74
Проверка кабельных
линий 6–500 кВ при
коротких замыканиях.
Условия термической
стойкости и невозгораемости
УДК
621.315.21
Двадцать
лет
назад
в
1998
году
РАО
«
ЕЭС
России
»
выпусти
-
ло
циркуляр
«
О
проверке
кабелей
на
невозгорание
при
воз
-
действии
тока
короткого
замыкания
» [1].
Появление
такого
документа
,
по
всей
видимости
,
стало
следствием
ряда
пожа
-
ров
,
которые
были
обусловлены
неверным
выбором
сечений
кабельных
линий
.
Вместе
с
тем
,
новые
стандарты
по
кабель
-
ным
линиям
6–500
кВ
,
выпущенные
в
последние
годы
,
уже
не
содержат
указаний
о
проверке
кабелей
на
невозгорание
при
воздействии
токов
короткого
замыкания
,
и
по
этой
причине
проектные
организации
постепенно
исключили
подобную
про
-
верку
из
своей
практики
.
В
новой
статье
сделана
попытка
ра
-
зобраться
,
действительно
ли
можно
не
опасаться
возгорания
кабельных
линий
6–500
кВ
при
коротких
замыканиях
.
Также
здесь
предложены
формулы
для
проверки
КЛ
на
невозгорае
-
мость
,
которых
нет
ни
в
циркуляре
[1],
ни
в
других
нормах
.
к
а
б
е
л
ь
н
ы
е
л
и
н
и
и
кабельные линии
Дмитриев
М
.
В
.,
к
.
т
.
н
.,
доцент
Санкт
-
Петербургского
политехнического
университета
Ключевые
слова
:
кабельная
линия
,
сшитый
полиэтилен
,
короткое
замыкание
,
термическая
стойкость
,
невозгораемость
Keywords:
cable line, cross-linked
polyethylene, short circuit,
thermal stability, non-
ignition
ВВЕДЕНИЕ
При
коротком
замыкании
(
КЗ
)
в
кабельной
линии
(
КЛ
)
ток
КЗ
проходит
вдоль
жилы
КЛ
до
места
поврежде
-
ния
ее
изоляции
,
где
попадает
в
экран
,
по
которо
-
му
возвращается
к
концам
КЛ
и
через
заземляющие
устройства
экрана
уходит
в
землю
.
Проверка
кабеля
на
термическую
стойкость
и
невозгораемость
заклю
-
чается
в
расчете
температур
жилы
и
экрана
,
дости
-
гаемых
за
время
прохождении
тока
КЗ
,
и
сравнении
этих
температур
с
допустимыми
значениями
,
при
ко
-
торых
изоляция
КЛ
(
и
оболочка
КЛ
):
–
не
плавится
и
не
деградирует
;
–
не
воспламеняется
.
Предельная
температура
термостойкости
изоля
-
ции
КЛ
достигается
раньше
,
чем
температура
вос
-
пламенения
.
По
всей
видимости
,
именно
поэтому
считается
,
что
если
при
КЗ
кабель
прошел
проверку
термостойкости
,
то
проверка
невозгораемости
уже
лишена
смысла
и
может
не
выполняться
.
Однако
есть
ряд
аргументов
,
которые
показывают
недоста
-
точную
корректность
сложившейся
практики
.
1.
Для
неответственных
КЛ
и
/
или
КЛ
малой
про
-
тяженности
с
целью
экономии
средств
появились
предложения
[2, 3]
проверять
термостойкость
для
случая
,
когда
КЗ
отключается
основной
защитой
,
а
не
резервной
,
что
позволяет
применять
кабели
сниженного
сечения
жилы
и
экрана
.
Несмотря
на
это
,
невозгораемость
КЛ
все
равно
необходимо
проверять
по
резервной
защите
,
и
,
следовательно
,
может
получиться
,
что
сохранение
термостойкости
75
КЛ
при
малом
времени
защиты
не
будет
означать
сохранение
невозгораемости
КЛ
при
боль
-
шом
времени
.
2.
Согласно
[4]
и
другим
нор
-
мативным
документам
проверка
термической
стойкости
провод
-
ников
всегда
выполняется
с
уче
-
том
не
только
периодической
,
но
и
апериодической
составляющей
тока
КЗ
.
Несмотря
на
такое
базо
-
вое
правило
,
расчет
термической
стойкости
КЛ
по
непонятным
при
-
чинам
проводится
без
учета
тепла
,
выделившего
-
ся
от
апериодической
составляющей
.
Внимание
на
это
впервые
было
обращено
в
[2],
где
показано
,
что
апериодическая
составляющая
оказывает
заметное
влияние
на
температуру
жилы
и
экрана
.
Позднее
к
такому
же
выводу
пришли
и
в
[3].
Наличие
апери
-
одической
составляющей
,
неучтенной
при
проверке
термостойкости
КЛ
,
теоретически
способно
пере
-
греть
кабель
до
температур
самовозгорания
.
3.
В
соответствии
с
материалами
СИГРЭ
[5]
при
выборе
сечения
кабелей
надо
принимать
во
внима
-
ние
возможность
повторного
прохождения
по
ним
токов
КЗ
,
то
есть
следует
учитывать
наличие
автома
-
тического
повторного
включения
(
АПВ
).
Если
линия
целиком
кабельная
,
то
АПВ
на
ней
запрещено
ПУЭ
и
другими
документами
,
однако
для
кабельно
-
воз
-
душных
линий
(
КВЛ
),
имеющих
и
кабельные
,
и
воз
-
душные
участки
,
АПВ
зачастую
все
же
использует
-
ся
.
К
сожалению
,
не
всегда
термическая
стойкость
жил
и
экранов
КЛ
проверяется
с
учетом
повторного
протекания
токов
КЗ
в
цикле
неуспешного
АПВ
.
На
-
пример
,
возможна
ситуация
,
когда
на
стадии
проекта
АПВ
на
КВЛ
было
запрещено
и
не
учитывалось
при
выборе
кабелей
,
однако
позже
сетевая
компания
по
-
меняла
решение
и
ввела
АПВ
—
тогда
КЗ
на
кабель
-
ном
участке
КВЛ
даст
неуспешное
АПВ
и
,
вероятно
,
приведет
к
перегреву
КЛ
до
температуры
самовозго
-
рания
.
Расчет
температуры
кабелей
при
АПВ
на
КВЛ
выполнен
в
[3].
4.
Возгорание
кабеля
вряд
ли
является
пробле
-
мой
для
тех
КЛ
,
которые
были
проложены
в
открытом
грунте
.
Однако
в
последние
годы
КЛ
все
чаще
размещают
в
грунте
в
по
-
лимерных
трубах
(
рисунок
1
а
),
и
тогда
воздух
,
заполняющий
трубу
,
способен
сыграть
негатив
-
ную
роль
,
если
кабель
разогрет
до
температуры
самовозгорания
.
Вопросы
горения
кабелей
в
поли
-
мерных
трубах
рассмотрены
,
на
-
пример
,
в
[6, 7]
и
представляются
заслуживающими
серьезного
вни
-
мания
.
экран
жила
изоляция
оболочка
труба
кабель
Рис
. 1.
Однофазный
кабель
6–500
кВ
:
а
)
пофазная
прокладка
в
трубах
;
б
)
охлаж
дение
жилы
и
экрана
а
)
б
)
Итак
,
отсутствие
в
нормах
на
кабели
четкой
ин
-
формации
о
выборе
времени
прохождения
тока
КЗ
,
а
также
об
учете
АПВ
и
апериодической
составля
-
ющей
тока
КЗ
может
привести
не
только
к
ошибкам
при
проверке
КЛ
на
термостойкость
,
но
и
к
более
серьезным
последствиям
—
достижению
КЛ
темпе
-
ратуры
самовозгорания
.
Ситуация
усугубляется
ро
-
стом
числа
КЛ
,
проложенных
в
трубах
.
По
мнению
автора
,
если
ошибки
и
неточности
при
проверке
термостойкости
КЛ
еще
допустимы
,
то
проверка
невозгораемости
КЛ
должна
проводиться
с
учетом
абсолютно
всех
факторов
,
повышающих
температуру
кабеля
—
это
максимальное
время
КЗ
,
наличие
апериодической
составляющей
,
неуспеш
-
ное
АПВ
для
КВЛ
(
или
даже
несколько
таких
АПВ
подряд
).
МЕСТО
И
ВИД
КЗ
При
КЗ
проверка
КЛ
может
осуществляться
:
–
на
термическую
стойкость
;
–
на
невозгораемость
;
–
на
наведенные
токи
и
напряжения
.
Важно
понимать
,
что
в
перечисленных
случаях
рассматриваются
разные
места
возникновения
КЗ
:
–
КЗ
в
самом
кабеле
—
рисунок
2
а
(
вопросы
термо
-
стойкости
и
невозгораемости
);
–
КЗ
в
сети
вне
кабеля
—
рисунки
2
б
и
2
в
(
вопросы
наведенных
токов
и
напряжений
).
Следует
отметить
,
что
в
расчетах
термической
стойкости
и
невозгораемости
используется
полный
Рис
. 2.
КЗ
в
сети
с
КЛ
,
имеющей
n
кабелей
на
фазу
:
а
)
КЗ
непосред
-
ственно
в
КЛ
;
б
)
КЗ
на
шинах
в
кон
-
це
КЛ
;
в
)
КЗ
на
шинах
в
начале
КЛ
В1
I
1
В2
сеть
сеть
I
Ж
=I
2
/n
I
2
I
Ж
=I
2
/n
В1
I
1
В2
сеть
сеть
I
Ж
=I
1
/n
I
2
I
Ж
=I
1
/n
В1
I
1
В2
сеть
сеть
I
2
I
Ж1
=I
1
I
Ж2
=I
2
I
K
I
K
I
K
а
)
б
)
в
)
№
4 (49) 2018
76
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
ток
КЗ
I
К
=
I
1
+
I
2
,
определяемый
суммой
составля
-
ющих
тока
КЗ
от
обоих
концов
КЛ
(
рисунок
2
а
).
При
этом
не
имеет
значения
,
сколько
у
КЛ
кабелей
на
каждую
фазу
или
сколько
у
нее
параллельных
цепей
.
Если
говорить
о
расчетах
наведенных
токов
и
на
-
пряжений
,
то
здесь
важную
роль
играет
не
весь
ток
КЗ
,
а
только
та
его
часть
,
которая
проходит
по
жиле
КЛ
,
и
поэтому
здесь
уже
важно
учитывать
число
ка
-
белей
на
фазу
.
Из
двух
схем
на
рисунках
2
б
и
2
в
,
от
-
личающихся
местом
КЗ
,
расчеты
достаточно
сделать
в
той
,
где
ток
в
жиле
больше
.
Далее
в
статье
основное
внимание
сосредоточим
на
вопросах
термостойкости
и
невозгораемости
,
так
как
наведенные
в
экранах
и
жилах
КЛ
токи
и
напря
-
жения
уже
были
подробно
изучены
[8, 9].
При
КЗ
непосредственно
в
КЛ
величины
токов
в
жилах
и
экранах
КЛ
будут
зависеть
от
двух
фак
-
торов
:
–
от
схемы
сети
(
кольцевая
или
радиальная
);
–
от
схемы
заземления
экранов
(
двустороннее
заземление
,
двустороннее
заземление
с
транс
-
позицией
,
одностороннее
заземление
).
В
качестве
примера
на
рисунке
3
рассмотрено
КЗ
для
КЛ
в
кольцевой
схеме
(
линия
имеет
двусторон
-
нее
питание
).
В
условиях
рисунка
3
ток
КЗ
является
суммой
токов
жил
слева
I
Ж
1
и
справа
I
Ж
2
от
места
по
-
вреждения
,
он
равен
I
К
=
I
Ж
1
+
I
Ж
2
,
аналогично
ток
КЗ
может
быть
найден
через
токи
экранов
I
К
=
I
Э
1
+
I
Э
2
.
Эти
правила
нарушается
в
двух
случаях
.
Во
-
первых
,
когда
экраны
имеют
одностороннее
заземление
(
ри
-
сунок
3
б
),
что
обеспечивает
I
К
=
I
Э
1
или
I
К
=
I
Э
2
(
зависит
от
того
,
на
каком
из
двух
концов
КЛ
заземлены
экра
-
ны
).
Во
-
вторых
,
когда
схема
сети
радиальная
(
на
кон
-
це
«
нагрузка
»,
а
не
«
сеть
»),
что
обеспечивает
I
К
=
I
Ж
1
.
Видно
,
что
в
общем
случае
каждый
из
токов
I
Ж
1
,
I
Ж
2
,
I
Э
1
,
I
Э
2
по
отдельности
оказывается
меньше
пол
-
ного
тока
КЗ
I
К
.
Несмотря
на
это
,
в
проектной
практи
-
ке
вне
зависимости
от
схемы
сети
и
схемы
заземле
-
ния
экранов
для
упрощения
расчетов
и
во
избежание
ошибок
проверку
жил
и
экранов
КЛ
проводят
на
пол
-
ный
ток
КЗ
I
К
.
Проверка
жилы
и
экрана
выполняется
при
од
-
ном
и
том
же
токе
I
К
.
Поскольку
у
многих
КЛ
сечение
жилы
в
несколько
раз
больше
,
чем
сечение
экрана
,
то
главную
опасность
ток
КЗ
представляет
именно
для
экранов
,
и
именно
их
проверке
следует
уделять
основное
внимание
.
В
качестве
конкретной
величины
I
К
используют
наи
-
больший
из
токов
КЗ
на
шинах
в
начале
и
конце
КЛ
.
Например
,
если
в
начале
КЛ
I
К
= 20
кА
,
а
в
конце
КЛ
I
К
= 30
кА
,
то
проверку
термической
стойкости
и
невоз
-
гораемости
КЛ
необходимо
проводить
для
I
К
= 30
кА
.
Все
цифры
—
это
действующие
значения
периодиче
-
ской
составляющей
тока
КЗ
,
а
параметры
апериоди
-
ческой
составляющей
оговаривается
отдельно
.
Согласно
нормативным
документам
([4]
и
др
.)
при
проверке
проводников
на
термическую
стойкость
(
и
невозгораемость
)
в
качестве
расчетного
вида
КЗ
следует
принимать
тот
,
который
обеспечит
наиболь
-
ший
нагрев
:
–
трехфазное
или
однофазное
КЗ
в
сетях
с
зазем
-
ленной
нейтралью
;
–
трехфазное
или
двухфазное
(
двойное
)
КЗ
в
сетях
с
изолированной
(
компенсированной
)
нейтралью
.
ДЛИТЕЛЬНОСТЬ
КЗ
И
УЧЕТ
АПВ
В
стандартах
[10, 11],
посвященных
КЛ
6–500
кВ
,
при
-
водятся
формулы
для
проверки
термической
стойко
-
сти
кабелей
.
Хотя
результаты
расчетов
существенно
зависят
от
величины
тока
КЗ
I
К
и
длительности
его
прохождения
t
К
,
в
документах
[10, 11]
по
непонятным
причинам
нет
указаний
о
том
,
какое
t
К
использовать
.
Формулы
для
проверки
термической
стойко
-
сти
упрощаются
,
если
закладывать
в
расчеты
вре
-
мя
t
К
= 1
с
,
и
поэтому
в
[10, 11],
а
также
в
каталогах
кабельных
заводов
примеры
расчета
выполнены
именно
при
t
К
= 1
с
.
Наличие
указанных
примеров
и
одновременное
отсутствие
правил
выбора
t
К
при
-
вело
некоторых
проектировщиков
к
мысли
о
том
,
что
использование
t
К
= 1
с
вполне
оправданно
и
закон
-
но
.
С
этим
никак
нельзя
согласиться
,
ведь
на
самом
деле
t
К
может
быть
как
менее
,
так
и
более
1
с
.
В
статьях
[2, 3]
высказывается
предположение
,
что
правила
выбора
t
К
должны
зависеть
от
степени
ответственности
КЛ
,
а
также
от
ее
длины
.
Для
не
-
протяженных
КЛ
6–35
кВ
допустимо
проверять
жилы
и
экраны
при
времени
действия
основной
защиты
—
это
снизит
стоимость
КЛ
,
позволит
минимизировать
сечение
экранов
,
что
обеспечит
возможность
их
про
-
стого
двустороннего
заземления
без
риска
появле
-
ния
в
экранах
значительных
наведенных
токов
и
по
-
терь
мощности
,
характерных
для
КЛ
с
повышенными
сечениями
экранов
[8].
Для
протяженных
КЛ
6–35
кВ
и
для
любых
КЛ
110–500
кВ
простое
заземление
экранов
с
двух
сто
-
рон
обычно
не
применяется
,
а
предпочтение
отдает
-
ся
заземлению
с
одной
стороны
или
транспозиции
,
обеспечивающих
полное
отсутствие
экранных
токов
и
потерь
мощности
,
причем
вне
зависимости
от
сечения
экранов
КЛ
.
Поэтому
выбор
КЛ
на
малые
величины
време
-
ни
t
К
,
приводящий
к
снижению
сечения
экрана
,
тут
никак
не
повлияет
на
потери
в
экранах
,
тогда
как
стоимость
замены
КЛ
,
если
КЛ
потеряет
термическую
стойкость
при
КЗ
,
будет
высока
(
в
силу
большой
длины
и
/
или
класса
напряжения
).
Следова
-
тельно
,
перечисленные
КЛ
луч
-
ше
проверять
не
по
основной
,
Рис
. 3.
Повреждение
КЛ
в
кольцевой
схеме
:
а
)
двустороннее
заземление
экранов
без
транспозиции
или
с
ней
;
б
)
одностороннее
заземление
экранов
I
K
В1
I
Ж1
I
Ж2
I
Э2
I
Э1
В2
сеть
сеть
I
K
В1
I
Ж1
I
Ж2
I
Э1
В2
сеть
сеть
а
)
б
)
77
а
по
резервной
защите
,
закладывая
в
расчеты
повы
-
шенные
значения
t
К
.
В
части
выбора
времени
t
К
интересна
позиция
,
из
-
ложенная
в
ГОСТ
[4],
где
в
п
. 4.1.5
написано
: «
Рас
-
четную
продолжительность
КЗ
при
проверке
прово
-
дников
и
электрических
аппаратов
на
термическую
стойкость
следует
определять
путем
сложения
вре
-
мени
действия
основной
релейной
защиты
,
в
зону
которой
входят
проверяемые
проводники
и
элек
-
трические
аппараты
,
и
полного
времени
отключения
соответствующего
выключателя
,
а
при
проверке
ка
-
белей
на
невозгораемость
—
путем
сложения
време
-
ни
действия
резервной
релейной
защиты
и
полного
времени
отключения
ближайшего
к
месту
КЗ
выклю
-
чателя
».
Сложно
утверждать
,
можно
ли
распространять
требования
этого
общего
ГОСТ
на
кабели
со
СПЭ
-
изо
ляцией
,
имеющие
свою
собственную
специфику
,
но
,
по
крайней
мере
,
изучив
ГОСТ
,
целесообразно
согласиться
со
следующим
:
–
значения
времени
t
К
,
используемые
в
расчетах
термической
стойкости
и
невозгораемости
,
не
обязательно
должны
быть
равны
друг
другу
,
а
могут
существенно
отличаться
;
–
при
проверке
невозгораемости
время
t
К
долж
-
но
выбираться
с
запасом
и
отвечать
действию
резервной
защиты
,
но
никак
не
основной
.
В
п
. 4.1.5
ГОСТ
сказано
,
что
t
К
получается
сум
-
мированием
времени
действия
основной
(
резерв
-
ной
)
защиты
,
а
также
полного
времени
отключения
выключателя
.
Хотя
в
ГОСТ
не
упоминается
возмож
-
ность
отказа
выключателя
КЛ
,
но
в
некоторых
слу
-
чаях
его
можно
было
бы
учесть
,
заложив
в
расчеты
t
К
не
простое
отключение
,
а
отключение
с
действи
-
ем
устройства
резервирования
отказа
выключателя
(
УРОВ
).
Впрочем
,
надежность
современных
выклю
-
чателей
—
отдельная
тема
исследований
.
Кроме
перечисленных
вопросов
есть
и
еще
один
важный
—
необходимо
дать
в
нормативных
доку
-
ментах
разъяснение
понятию
«
резервная
защита
».
Например
,
п
. 9.9.3
Стандарта
[12]
гласит
«
Установка
второй
быстродействующей
защиты
предусматри
-
вается
на
особо
ответственных
линиях
напряжени
-
ем
110–220
кВ
.
Две
основные
быстродействующие
защиты
должны
устанавливаться
на
кабельных
и
кабельно
-
воздушных
линиях
,
а
также
на
воз
-
душных
линиях
в
местах
массовой
застройки
».
Эта
фраза
означает
,
что
для
определенных
линий
пред
-
усматривается
установка
второй
быстродействую
-
щей
защиты
,
которая
обеспечивает
такое
же
время
отключения
КЗ
как
и
основная
защита
,
дублирует
собой
основную
защиту
,
но
при
этом
формально
не
является
резервной
.
Под
спорное
понятие
«
резервная
защита
»
по
-
падает
и
устройство
ЛЗШ
(
логическая
защита
шин
),
применяемое
для
сетей
среднего
напряжения
,
кото
-
рое
обеспечивает
отключение
КЗ
в
линии
с
меньшим
временем
,
чем
вышестоящая
защита
(
которая
фор
-
мально
является
резервной
).
При
определении
времени
t
К
следует
учитывать
наличие
на
линии
АПВ
.
Если
для
чисто
кабельных
линий
АПВ
запрещено
,
то
для
КВЛ
встречается
три
варианта
:
1)
повторное
включение
КВЛ
запрещено
;
2)
повторное
включение
разрешено
только
тогда
,
когда
КЗ
находится
на
воздушном
участке
КВЛ
,
а
не
на
кабельном
(«
селективное
АПВ
»);
3)
повторное
включение
КВЛ
разрешено
.
Возможность
повторного
прохождения
по
КЛ
тока
КЗ
есть
только
в
третьем
варианте
организации
АПВ
.
Также
следует
отметить
,
что
попытки
включить
КВЛ
под
напряжение
могут
повторяться
несколько
раз
подряд
,
и
это
следует
принимать
во
внимание
при
определении
t
К
для
каждого
конкретного
объекта
.
Поскольку
АПВ
бывает
растянуто
во
времени
,
то
процесс
нагрева
КЛ
уже
не
будет
адиабатическим
,
и
придется
учитывать
охлаждение
КЛ
за
время
бес
-
токовой
паузы
.
ПРЕДЕЛЬНЫЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ЖИЛЫ
И
ЭКРАНА
В
настоящее
время
при
строительстве
КЛ
6–500
кВ
в
России
и
в
мире
массово
используют
кабели
с
изо
-
ляцией
из
сшитого
полиэтилена
(
СПЭ
)
как
однофаз
-
ные
,
так
и
трехфазные
.
На
рисунке
1
б
показана
кон
-
струкция
однофазного
кабеля
,
включающая
в
себя
жилу
,
изоляцию
,
экран
и
оболочку
.
Согласно
нормам
[10, 11]
и
многим
другим
доку
-
ментам
термическая
стойкость
(
термостойкость
)
ка
-
белей
со
СПЭ
-
изоляцией
сохраняется
,
если
за
вре
-
мя
прохождения
тока
КЗ
температура
:
–
не
превышает
250°
С
для
жилы
;
–
не
превышает
350°
С
для
экрана
.
Указанные
температуры
используются
при
обяза
-
тельной
проверке
кабелей
всех
классов
6–500
кВ
на
термостойкость
при
прохождении
токов
КЗ
,
и
глав
-
ная
цель
такой
проверки
—
убедиться
в
отсутствии
перегрева
СПЭ
-
изоляции
.
Однако
здесь
возникает
вопрос
:
если
жила
и
экран
с
разных
сторон
примы
-
кают
к
одной
и
той
же
СПЭ
-
изоляции
,
то
почему
для
экрана
допустимая
температура
существенно
выше
,
чем
для
жилы
?
Ответ
на
вопрос
,
по
всей
видимости
,
заключается
в
том
,
что
кроме
максимальной
темпе
-
ратуры
жилы
и
экрана
также
важно
и
время
,
в
тече
-
ние
которого
эта
температура
сохраняется
.
В
[13]
была
дана
оценка
постоянным
времени
ох
-
лаждения
жилы
и
экрана
,
и
было
показано
,
что
отве
-
дение
тепла
от
экрана
идет
гораздо
быстрее
,
чем
от
жилы
.
Это
несложно
понять
по
рисунку
1
б
,
где
отве
-
дению
тепла
от
жилы
мешает
изоляция
и
оболочка
,
тогда
как
отведению
тепла
от
экрана
—
лишь
обо
-
лочка
.
Таким
образом
,
при
КЗ
для
экрана
допуска
-
ется
более
высокая
температура
(350°
С
),
чем
для
жилы
(250°
С
),
но
зато
экран
быстрее
охлаждается
в
сравнении
с
жилой
.
Строго
говоря
,
неверно
принимать
для
всех
кабе
-
лей
термостойкость
жилы
и
экрана
на
одном
и
том
же
уровне
250°
С
и
350°
С
соответственно
.
Как
было
пока
-
зано
в
[13],
процесс
охлаждения
КЛ
существенно
зави
-
сит
от
сечения
ее
жилы
и
толщины
ее
изоляции
,
в
свою
очередь
определяемой
классом
напряжения
КЛ
.
Одна
-
ко
едва
ли
проектные
организации
готовы
к
детальным
проверкам
термической
стойкости
КЛ
,
да
и
не
найти
достаточного
числа
экспериментальных
данных
,
сви
-
детельствующих
об
опасности
тех
или
иных
сочетаний
температуры
и
времени
ее
воздействия
.
№
4 (49) 2018
78
Обсудив
термостойкость
,
обратимся
к
невоз
-
гораемости
.
В
циркуляре
[1],
а
также
в
ГОСТ
[4]
и
СТО
[10]
указывается
,
что
для
КЛ
с
СПЭ
-
изоляцией
предельная
температура
жилы
по
условиям
невоз
-
гораемости
составляет
400°
С
(
при
времени
до
4
с
).
Никаких
указаний
относительно
предельной
тем
-
пературы
экрана
КЛ
найти
не
удалось
и
,
вероятно
,
этот
вопрос
может
стать
интересной
темой
для
ис
-
следований
,
а
пока
остается
только
догадываться
,
какую
именно
температуру
экрана
КЛ
следовало
бы
принять
в
качестве
предельной
с
точки
зрения
невозгораемости
.
Если
в
вопросах
термостойкости
КЛ
допустимые
температуры
жилы
и
экрана
,
составляющие
250°
С
и
350°
С
,
отличаются
друг
от
друга
в
1,4
раза
,
то
мож
-
но
было
бы
предположить
,
что
и
в
вопросах
невоз
-
гораемости
допустимые
температуры
жилы
и
экра
-
на
отличаются
примерно
также
.
Тогда
,
опираясь
на
предельную
температуру
жилы
400°
С
,
в
качестве
предельной
температуры
экрана
экспертно
примем
550°
С
.
Еще
раз
подчеркнем
,
что
эта
цифра
пока
не
имеет
экспериментального
обоснования
,
а
является
предположением
.
ПРОВЕРКА
ТЕРМИЧЕСКОЙ
СТОЙКОСТИ
И
НЕВОЗГОРАЕМОСТИ
В
статье
[2]
показано
,
что
во
избежание
недопустимо
-
го
разогрева
проводника
проходящим
по
нему
током
КЗ
его
сечение
должно
удовлетворять
неравенству
:
___________
K
·
F
≥
I
K
√
K
A
·
t
K
, (1)
где
F
—
сечение
проводника
(
мм
2
);
I
K
и
t
K
—
ток
КЗ
(
кА
)
и
время
его
прохождения
(
с
);
K
—
коэффициент
,
зависящий
от
свойств
проводника
(
кА√с
/
мм
2
или
про
-
ще
кА
/
мм
2
);
K
A
—
коэффициент
(
о
.
е
.),
учитывающий
апериодическую
составляющую
тока
КЗ
(
отсутствие
апериодической
составляющей
отвечает
случаю
K
A
= 1).
Предельная
температура
проводника
T
K
,
превы
-
шение
которой
недопустимо
,
входит
в
выражение
для
коэффициента
K
,
согласно
[2]
имеющее
вид
:
______________________________
K
=
√
·
c
· (
T
K
–
T
Н
) /
, (2)
где
—
удельная
плотность
материала
проводни
-
ка
;
c
—
удельная
теплоемкость
материала
прово
-
дника
;
T
K
и
T
Н
—
начальная
и
конечная
температу
-
ра
про
вод
ни
ка
;
=
0
· [1 +
(
T
СР
–
T
20
)] —
удельное
активное
сопротивление
материала
проводника
;
0
—
удельное
активное
сопротивление
прово
-
дника
при
температуре
T
20
= 20°
С
;
—
темпера
-
турный
коэффициент
сопротивления
проводника
,
T
СР
= (
T
K
–
T
Н
)/2 —
средняя
температура
проводника
при
его
нагреве
от
T
Н
до
T
K
.
Начальная
температура
T
Н
жилы
и
экрана
указана
в
СТО
[11] (
см
.
п
. 5.1.10
и
п
. 8.2).
Подставляя
в
фор
-
мулы
(1)
и
(2)
температуру
T
К
,
отвечающую
термо
-
стойкости
или
невозгораемости
,
можно
проверить
кабель
,
соответственно
,
на
термостойкость
или
не
-
возгораемость
.
Необходимые
характеристики
меди
и
алюминия
даны
в
таблице
1,
результаты
расчетов
коэффициента
K
—
в
таблице
2,
пример
расчета
для
медного
экрана
КЛ
—
в
таблице
3 (
без
учета
аперио
-
дической
составляющей
тока
).
Выбор
медного
экрана
для
примера
расчета
об
-
условлен
двумя
причинами
.
Во
-
первых
,
сечение
экрана
обычно
в
разы
меньше
,
чем
сечение
жилы
,
и
поэтому
при
КЗ
именно
экран
КЛ
,
а
не
жила
пер
-
вым
достигает
предельных
температур
.
Во
-
вторых
,
выбирая
между
экранами
из
меди
или
алюминия
,
в
России
традиционно
отдают
свое
предпочтение
меди
.
Если
бы
время
t
K
при
проверке
на
термостойкость
и
время
t
K
при
проверке
на
невозгораемость
совпа
-
дали
,
то
тогда
из
таблицы
3
следовал
бы
вывод
:
предельные
токи
КЗ
по
условию
невозгораемости
в
1,19
раза
(
на
19%)
превышают
предель
-
ные
токи
КЗ
по
усло
-
вию
термостойкости
.
Поскольку
времена
t
K
для
проверок
термо
-
стойкости
и
невозго
-
раемости
могут
не
со
-
впадать
друг
с
другом
,
то
сложно
заранее
ут
-
верждать
,
в
каком
со
-
отношении
будут
нахо
-
диться
токи
КЗ
,
предельные
по
тер
-
мостойкости
и
не
-
возгораемости
.
Сле
-
довательно
,
отказ
от
проверки
невозгора
-
емости
КЛ
,
который
произошел
за
послед
-
ние
годы
,
нельзя
счи
-
тать
обоснованным
и
безопасным
.
Отсутствие
в
нор
-
мах
четких
правил
по
Табл
. 1.
Физические
свойства
меди
и
алюминия
Вели
-
чина
Размер
-
ность
Медь
Алюми
-
ний
кг
/
м
3
8890
2700
c
Дж
/(
кг
·
К
)
380
920
0
Ом
·
м
1,72·10
-8
2,6·10
-8
о
.
е
.
0,0039
0,0049
Табл
. 3.
Допустимый
ток
КЗ
по
(1).
Рассмотрен
медный
экран
при
t
К
= 1
с
и
K
A
= 1
F
Э
,
мм
2
I
К
,
кА
Терми
-
ческая
стойкость
(
K
= 0,174)
Невозго
-
раемость
(
K
= 0,207)
35
6,1
7,2
50
8,7
10,4
70
12,2
14,5
95
16,5
19,7
120
20,9
24,8
150
26,1
31,1
185
32,2
38,3
240
41,8
49,7
300
52,2
62,1
400
69,6
82,8
Табл
. 2.
Коэффициент
K
по
(2)
для
жилы
и
экрана
Эле
-
мент Материал
T
Н
, °
С
T
К
, °
С
K
,
кА
/
мм
2
Термич
.
стойкость
Невозго
-
раемость
Термич
.
стойкость
Невозго
-
раемость
Жила
Медь
90
250
400
0,141
0,180
Алюминий
0,094
0,119
Экран
Медь
80
350
550*
0,174
0,207
Алюминий
0,115
0,136
*
требует
подтверждения
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
79
выбору
t
K
,
по
учету
апериодических
токов
(
коэффици
-
ент
K
A
),
по
учету
АПВ
на
КВЛ
не
позволяет
сделать
вывод
,
что
выполненная
проектировщиком
проверка
термостойкости
КЛ
также
гарантирует
и
невозгорае
-
мость
КЛ
.
АПЕРИОДИЧЕСКАЯ
СОСТАВЛЯЮЩАЯ
ТОКА
КЗ
Пример
осциллограммы
тока
КЗ
,
содержащей
зату
-
хающую
апериодическую
составляющую
,
показан
на
рисунке
4.
Согласно
[2]
учет
апериодической
со
-
ставляющей
тока
КЗ
можно
выполнить
при
помощи
коэффициента
K
A
,
входящего
в
формулу
(1):
1
–
exp
(–2
t
K
/
K
)
K
A
= 1 + —, (3)
t
K
/
K
где
t
K
—
время
прохождения
тока
КЗ
;
K
—
постоян
-
ная
времени
затухания
апериодической
составляю
-
щей
тока
КЗ
.
Коэффициент
K
A
зависит
от
постоянной
времени
K
,
которая
,
в
свою
очередь
,
зависит
от
схемы
сети
,
но
в
первом
приближении
может
быть
принята
рав
-
ной
75
мс
для
шин
подстанций
и
315
мс
для
шин
электростанций
.
Значения
K
A
даны
в
таблице
4,
от
-
куда
видно
,
что
отказ
от
учета
апериодической
со
-
ставляющей
наиболее
опасен
:
–
для
КЛ
,
проложенных
на
территории
электриче
-
ских
станций
или
вблизи
от
них
;
–
при
малых
длительностях
КЗ
.
В
качестве
примера
рассмотрим
проверку
медно
-
го
экрана
сечением
150
мм
2
для
случая
,
когда
кабель
проложен
в
сети
собственных
нужд
электрической
станции
(
K
= 0,315
с
).
Пусть
время
КЗ
одинаково
и
при
проверке
на
термостойкость
,
и
при
проверке
на
невозгораемость
и
составляет
t
K
= 0,6
с
.
Тогда
K
A
= 1,513
о
.
е
. (
таблица
4).
Ток
КЗ
,
предельный
по
условиям
невозгораемос
-
ти
,
может
быть
получен
при
K
= 0,207
кА
/
мм
2
(
табли
-
ца
2).
С
помощью
(1)
найдем
I
K
:
K
·
F
0,207 · 150
I
K
= — = — = 32,6
кА
. (4)
__________
__________________
√
K
A
·
t
K
√
1,513 · 0,6
Ток
КЗ
,
предельный
по
условиям
термостой
-
кости
,
может
быть
получен
при
K
= 0,174
кА
/
мм
2
(
таблица
2).
С
помощью
(1)
найдем
I
K
:
K
·
F
0,174 · 150
I
K
= — = — = 27,4
кА
. (5)
__________
__________________
√
K
A
·
t
K
√
1,513 · 0,6
Предельным
для
экрана
будет
признано
мень
-
шее
из
двух
значений
тока
КЗ
,
полученных
в
(4)
и
(5).
При
условии
равенства
закладываемого
в
расчеты
времени
t
K
меньшим
по
величине
всегда
будет
ток
КЗ
при
проверке
термостойкости
(5),
и
тогда
может
показаться
,
что
в
проверке
невозгораемости
(4)
нет
смысла
.
Однако
проблема
заключается
в
том
,
что
расчет
термостойкости
КЛ
проектировщик
делает
не
так
,
как
показано
в
(5),
а
без
учета
апериодического
тока
:
K
·
F
0,174 · 150
I
K
= — = — = 33,7
кА
. (6)
___
_______
√
t
K
√
0,6
Итак
,
в
условиях
примера
проектная
организация
будет
полагать
,
что
медный
экран
сечением
150
мм
2
:
–
остается
термостойким
при
токе
КЗ
вплоть
до
33,7
кА
(6),
хотя
на
самом
деле
предельный
ток
КЗ
для
такого
экрана
составляет
всего
27,4
кА
(5);
–
без
проблем
выдержит
любые
токи
КЗ
менее
33,7
кА
(6),
хотя
на
самом
деле
уже
при
токе
32,6
кА
(4)
возможно
возгорание
кабеля
.
Видно
,
что
учет
апериодической
составляющей
тока
КЗ
особенно
важен
для
КЛ
,
которые
проложены
в
сети
собственных
нужд
электрических
станций
,
так
как
,
во
-
первых
,
здесь
достигаются
наибольшие
K
A
и
,
во
-
вторых
,
прокладка
КЛ
идет
не
в
грунте
,
а
в
лот
-
ках
,
галереях
,
эстакадах
,
что
может
способствовать
развитию
огня
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По
мнению
автора
,
в
настоящее
время
проектирова
-
ние
КЛ
проводится
с
рядом
ошибок
,
которые
не
по
-
зволяют
быть
уверенным
,
что
прокладываемые
КЛ
на
самом
деле
при
КЗ
обладают
термостойкостью
и
невозгораемостью
.
В
подобной
ситуации
разумным
было
бы
вернуть
в
проектную
практику
проверку
не
-
возгораемости
КЛ
,
о
которой
говорится
в
циркуляре
[1]
и
ряде
других
документов
.
Также
актуальным
являет
-
ся
внесение
дополнений
в
нормы
по
КЛ
,
где
отдельно
по
термостойкости
и
отдельно
по
невозгораемости
следовало
бы
дать
ответы
на
все
важнейшие
вопро
-
сы
,
связанные
с
проверкой
сечений
жилы
и
экрана
:
–
выбор
расчетного
тока
КЗ
I
K
;
–
учет
апериодической
составляющей
тока
КЗ
;
–
выбор
расчетной
длительности
КЗ
t
K
;
–
критерии
выбора
между
основной
и
резервной
защитой
;
Табл
. 4.
Поправочный
коэф
-
фициент
K
A
в
формуле
(1)
t
К
,
с
K
A
,
о
.
е
.
подстанция
К
= 0,075,
с
*
станция
К
= 0,315,
с
*
0,1
1,698
2,481
0,2
1,373
2,133
0,4
1,187
1,725
0,6
1,125
1,513
0,8
1,094
1,391
1
1,075
1,314
1,2
1,063
1,262
1,4
1,054
1,225
1,6
1,047
1,197
1,8
1,042
1,175
2
1,038
1,157
*
требует
подтверждения
i
K
(
t
)
t
Рис
. 4.
Ток
КЗ
,
содержа
-
щий
апе
ри
-
одическую
состав
-
ляющую
№
4 (49) 2018
80
–
определение
понятия
«
резервная
защита
»;
–
необходимость
учета
УРОВ
и
его
параметры
;
–
учет
АПВ
на
КВЛ
,
число
повторных
включений
,
их
временные
пара
метры
;
–
предельные
температуры
жилы
и
экрана
(
в
лите
-
ратуре
не
встречается
предельной
температуры
экрана
КЛ
по
условию
невозгораемости
);
–
методы
проверки
и
расчетные
формулы
(
в
лите
-
ратуре
не
встречается
формул
для
проверки
жил
и
экранов
КЛ
по
условию
невозгораемости
).
Интересно
было
бы
разобраться
и
с
тем
,
как
воз
-
никает
горение
изоляции
КЛ
,
если
снаружи
она
по
-
крыта
экраном
и
оболочкой
;
как
долго
должна
сохра
-
няться
высокая
температура
жилы
и
/
или
экрана
для
начала
горения
;
как
процессы
в
КЛ
изменятся
,
если
оболочка
имеет
НГ
-
исполнение
или
покрыта
огне
-
стойким
со
ставом
.
В
условиях
,
когда
прокладка
КЛ
в
трубах
стала
носить
массовый
характер
,
но
при
этом
нет
поряд
-
ка
с
проверкой
КЛ
на
термическую
стойкость
и
не
-
возгораемость
,
следует
признать
обоснованной
техническую
политику
сетевых
компаний
,
которые
применяют
на
своих
объектах
специальные
поли
-
мерные
трубы
с
внутренним
НГ
-
слоем
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Циркуляр
№
Ц
-02-98 (
Э
).
О
про
-
верке
кабелей
на
невозгорание
при
воздействии
тока
короткого
за
-
мыкания
.
РАО
«
ЕЭС
России
».
Утв
.
16.03.1998
г
.
2.
Дмитриев
М
.
В
.
Экраны
однофаз
-
ных
кабелей
6–500
кВ
.
Выбор
се
-
чения
с
учетом
апериодической
составляющей
тока
КЗ
//
Новости
Электротехники
, 2014,
№
4(88).
С
. 34–37.
3.
Алексеев
В
.
Г
.,
Дементьев
Ю
.
А
.,
Смекалов
В
.
В
.
Особенности
выбо
-
ра
кабелей
110–500
кВ
для
кабель
-
ных
и
кабельно
-
воздушных
линий
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2017,
№
1(40).
С
. 84–92.
4.
ГОСТ
52736-2007.
Короткие
замы
-
кания
в
электроустановках
.
Мето
-
ды
расчета
электродинамического
и
термического
действия
тока
ко
-
роткого
замыкания
.
М
.:
Стандарт
-
информ
, 2007. 40
с
.
5. Short Circuit Protection of Circuits
with Mixed Conductor Technologies
in Transmission Networks / CIGRE
Working Group B5.23, 2014, p. 241.
6.
Смелков
Г
.
И
.
и
др
.
К
вопросу
о
рас
-
пространении
горения
электропро
-
водок
,
прокладываемых
в
грунте
в
пластмассовых
трубах
//
ЭЛЕК
-
ТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распре
-
деление
, 2018,
№
2(47).
С
. 116–121.
7.
Дмитриев
М
.
В
.
Пожарная
опас
-
ность
кабельных
линий
6–500
кВ
в
полимерных
трубах
//
ЭЛЕКТРО
-
ЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распреде
-
ление
, 2018,
№
2(47).
С
. 122–127.
8.
Дмитриев
М
.
В
.
Заземление
экра
-
нов
однофазных
силовых
кабелей
6–500
кВ
.
СПб
.:
Изд
-
во
Политехн
.
ун
-
та
, 2010. 152
с
.
9.
Дмитриев
М
.
В
.
Напряжения
,
на
-
веденные
на
кабельные
линии
6–500
кВ
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2017,
№
6(45).
С
. 86–91.
10.
СТО
56947007-29.060.20.020-2009.
Методические
указания
по
приме
-
нению
силовых
кабелей
с
изоляци
-
ей
из
сшитого
полиэтилена
на
на
-
пряжение
10
кВ
и
выше
.
Стандарт
организации
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»,
2009.
11.
СТО
56947007-29.060.20.071-2011.
Силовые
кабельные
линии
на
-
пряжением
110–500
кВ
.
Условия
создания
.
Нормы
и
требования
.
Стандарт
организации
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
», 2011.
12.
СТО
56947007-29.240.10.028-2009.
Нормы
технологического
проек
-
тирования
подстанций
перемен
-
ного
тока
с
высшим
напряжением
35–750
кВ
.
Стандарт
организации
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
», 2009.
13.
Дмитриев
М
.
В
.
Кабельные
линии
6–500
кВ
.
Тепловой
расчет
при
коротком
замыкании
//
Новости
Электротехники
, 2014,
№
5(89).
С
. 52–55.
REFERENCES
1. Circular no. Ts-02-98 (E). On check-
ing cables for non-ignition on expo-
sure to short-circuit current. Moscow,
RAO UES of Russia Publ., 1998. (in
Russian)
2. Dmitriev M.V. 6-500 kV single-phase
cables screens. Cross section de-
termination taking into account the
aperiodic component of short-circuit
current.
Novosti Elektrotekhniki
[Elec-
trical engineering news], 2014, no.
4(88), pp. 34–37. (in Russian)
3. Alekseev V.G., Dementiev Y.A., Sme-
kalov V.V. Special aspects of cable
selection for underground and over-
head-to-underground 110-500 kV
transmission lines.
ELEKTROENER-
GIYa: peredacha i raspredelenie
[ELECTRIC POWER: Transmission
and Distribution], 2017, no. 1(40),
pp. 84-92. (in Russian)
4. State Standard 52736-2007. Short-
circuits in electrical installations. Cal-
culation methods of electrodynamics
and thermal effects of short-circuit
current. Moscow, Standartinform
Publ., 2007. 40 p. (in Russian)
5. Short Circuit Protection of Circuits
with Mixed Conductor Technologies
in Transmission Networks. CIGRE
Working Group B5.23, 2014, p. 241.
6. Smelkov G.I. et al. Fire hazard of
cable lines in plastic pipes laid in the
ground.
ELEKTROENERGIYa: pere-
dacha i raspredelenie
[ELECTRIC
POWER: Transmission and Distribu-
tion], 2018, no. 2(47), pp. 116-121. (in
Russian)
7. Dmitriev M.V. Fire danger of 6-500 kV
cable lines in polymer pipes.
ELEK-
TROENERGIYa: peredacha i raspre-
delenie
[ELECTRIC POWER: Trans-
mission and Distribution], 2018, no.
2(47), pp. 122-127. (in Russian)
8. Dmitriev
M.V.
Zazemlenie ekranov od-
nofaznykh silovykh kabeley 6–500 kV
[Grounding of 6-500 kV single-phase
power cable screens]. St. Petersburg,
SPbPU Publ., 2010. 152 p.
9. Dmitriev M.V. Induced voltage on
6-500 kV cable lines.
ELEKTROEN-
ERGIYa: peredacha i raspredelenie
[ELECTRIC POWER: Transmission
and Distribution], 2017, no. 6(45), pp.
86-91. (in Russian)
10. STO 56947007-29.060.20.020-2009.
Methodical instructions for 10 kV and
higher XLPE cables application. Mos-
cow, "FGC UES" PJSC Publ., 2009.
(in Russian)
11. STO 56947007-29.060.20.071-2011.
110-500 kV power cable lines. Terms
of creation. Standards and require-
ments. Moscow, "FGC UES" PJSC
Publ., 2011. (in Russian)
12. STO 56947007-29.240.10.028-2009.
Standards for 35-750 kV substations
technological design. Moscow, "FGC
UES" PJSC Publ., 2009. (in Russian)
13. Dmitriev M.V. 6-500 kV cable lines.
Thermal calculation for a short circuit.
Novosti Elektrotekhniki
[Electrical en-
gineering news], 2014, no. 5(89), pp.
52–55. (in Russian)
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
Оригинал статьи: Проверка кабельных линий 6–500 кВ при коротких замыканиях. Условия термической стойкости и невозгораемости
Двадцать лет назад в 1998 году РАО «ЕЭС России» выпустило циркуляр «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания» [1]. Появление такого документа, по всей видимости, стало следствием ряда пожаров, которые были обусловлены неверным выбором сечений кабельных линий. Вместе с тем, новые стандарты по кабельным линиям 6–500 кВ, выпущенные в последние годы, уже не содержат указаний о проверке кабелей на невозгорание при воздействии токов короткого замыкания, и по этой причине проектные организации постепенно исключили подобную проверку из своей практики. В новой статье сделана попытка разобраться, действительно ли можно не опасаться возгорания кабельных линий 6–500 кВ при коротких замыканиях. Также здесь предложены формулы для проверки КЛ на невозгораемость, которых нет ни в циркуляре [1], ни в других нормах.
