30
Энергобезопасность и энергосбережение
Проверка экранов одножильных кабелей 10 кВ
с СПЭ-изоляцией на термическую стойкость
при двойном коротком замыкании на землю
А. Е. Вихман,
заместитель заведующего кафедрой проектирования,
информатизации и автоматизации систем энергообеспечения МИЭЭ
Рассматриваются вопросы, связанные с требованием проверки экранов одножильных кабелей на термическую стойкость при двойном коротком замыкании на землю; предлагаются методика проверки
экранов и пример оформления её результатов в проектной документации, прошедшие неоднократные
согласования в МОЭСК.
Ключевые слова: экраны одножильных кабелей, термическая стойкость, изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ-изоляция), двойное короткое замыкание на землю.
Начиная с 2004 года Московская электросетевая
компания требует при прокладке одножильных кабелей 10 кВ с изоляцией из СПЭ проверять экраны этих
кабелей на термическую стойкость при возникновении
двойного короткого замыкания на землю [1, 2].
Результаты этой проверки должны быть отражены в
проектной документации. Но до сегодняшнего времени
не выпущено никаких методических указаний, пособий, инструкций, в которых были бы изложены методика проверки и требования к оформлению ее результатов в проектной документации. Опрос проектировщиков выявил, что все пользуются различными методиками, полученными, как правило, от других проектировщиков. Некоторые разработали собственные
методики. Результаты оформляются также различно
[3, 4]. Недостатком таких методик является то, что
формулы и коэффициенты в этих методиках ничем не
подкреплены, происхождение их не известно и зачастую такой расчет является «отпиской».
В 1998 году ОРГРЭС разработала методики расчета токов при двойном коротком замыкании в
кабельных линиях и термической стойкости металлических экранов кабелей, а также металлических
экранов одножильных кабелей [5, 6], которые не
были опубликованы и не получили широкой известности. В 2004 году автор, обратившись в МОЭСК,
получил письмо [7] и материалы [5, 6]. При этом в
письме имелось указание, что при проектировании
кабельных линий с использованием одножильных
кабелей с изоляцией из СПЭ необходимо руководствоваться методиками ОРГРЭС.
На основании этих материалов и ГОСТ 28895 [8]
была разработана предлагаемая методика проверки
экранов.
Методика проверки экранов одножильных кабелей 10 кВ с изоляцией из СПЭ на термическую стойкость при двойном коротком замыкании на землю
1. По заданному МОЭСК току трехфазного короткого замыкания на шинах питающей станции (ПС),
питающего центра (ПЦ), распределительного пункта
(РП) или распределительной трансформаторной
подстанции (РТП) и т.п. определяем реактивное
сопротивление электрической системы при двойном
КЗ на землю:
(1)
где Х2с– реактивное сопротивление эл. системы при
двойном КЗ на землю, Ом;
Кп.н– коэффициент перенапряжения (Кп.н.=1,05);
Uн – номинальное напряжение сети (Uн=10 кВ);
– ток 3-фазного КЗ в голове линии на шинах
ПС, ПЦ, РП, РТП, кА.
2. Определяем сопротивление кабельной линии:
(2)
где Rк– сопротивление кабельной линии, Ом;
Rж– сопротивление жилы кабеля при t=90 °С, мОм/м;
Rэ – сопротивление экрана кабеля при t=70 °С, мОм/м;
m – коэффициент тока в экране (m=0,9);
l – длина кабельной линии, км.
Таблица 1
Сопротивление алюминиевой жилы одножильного
кабеля 10 кВ с изоляцией из СПЭ (при t=90°С)
Сечение жилы Sж, мм2
Rж, мОм/м
95
120
150
185
240
0,4 0,316 0,257 0,205 0,156
№ 3 (33), 2010
Диагностика и надежность энергооборудования
Таблица 2
Сопротивление медного экрана одножильного
кабеля 10 кВ с изоляцией из СПЭ (при t =70°С)
Сечение экрана Sэ, мм2
Rэ, мОм/м
16
25
35
50
1,33 0,85 0,61 0,42
70
0,3
3. Определяем ток двойного замыкания на землю,
кА:
31
на от существующей РТП. Для этого от РТП до ТП
необходимо проложить РКЛ–10 кВ в земле. РКЛ
выполняется одножильными кабелями АПвП2г–
10 кВ 3(1×240/50).
Длина РКЛ – 160 м.
По запросу районное отделение МОЭСК предоставило следующую информацию:
1.
на шинах РТП.
2. Время отключения защиты t=0,9 с.
(3)
Расчет:
По (1) определяем реактивное сопротивление эл.
системы при двойном КЗ на землю, Ом:
4. Определяем ток в экране при двойном замыкании на землю, кА:
(1)
(4)
Таблица 3
Допустимые односекундные токи КЗ
для медного экрана одножильного кабеля
с изоляцией из СПЭ 10 кВ [9]
Сечение экрана Sэ, мм2
16
25
35
IКЗ.доп., кА
3,3
5,1
7,1 10,15 14,2
50
70
По табл. 1 и 2 определяем удельное сопротивление:
жилы – 0,156 мОм/км и экрана – 0,42 мОм/км.
Затем определяем сопротивление кабельной
линии по (2), Ом:
(2)
По (3) определяем ток двойного замыкания на
землю, кА:
5. Определяем коэффициент А:
(3)
(5)
где А – эмпирический коэффициент, учитывающий
термические характеристики окружающих
или соседних неметаллических материалов,
км/с;
l – длина кабельной линии, км;
t – время протекания КЗ (или время срабатывания защитного аппарата, которое задает
сетевая компания), с;
Тм – максимально допустимая температура экрана (Тм=350 °С);
Тн – начальная температура экрана (Тн=70 °С);
α – температурный коэффициент сопротивления металла экрана, 1/°С (для меди
α=0,003931/°С).
6. Определяем минимально допустимое сечение
экрана (мм2) с учетом времени срабатывания защиты
в голове кабельной линии (t), которое задает МОЭСК:
(6)
Пример расчета
Исходные данные:
По ТУ МОЭСК проектируемая ТП (типа
2БКТП–10/0,4 кВ – 1000 кВА) должна быть запита-
№ 3 (33), 2010
Ток в экране при двойном КЗ на землю (см. формулу 4), кА:
(4)
По (6) определяем минимальное сечение экрана,
при котором обеспечивается термическая стойкость
при двойном КЗ на землю, мм2:
(6)
Вывод из расчета:
экран кабеля 50 мм2 не отвечает требованиям термической устойчивости. Поэтому необходимо выполнить объединение экранов 3-х кабелей согласно
Указанию МКС МЭ №143 от 03.07.2000 г. Либо
необходимо выбрать кабель с экраном большего
сечения.
Ниже приводится пример оформления результатов проверки экранов одножильных кабелей в проекте, который прошел согласование в МОЭСК
(рис. 1).
32
Энергобезопасность и энергосбережение
Рис. 1. Пример оформления проверки экранов одножильных кабелей
на термическую стойкость
Литература
1. Приказ МКС №327 от 6.05.2004 г. О применении кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
2. Письмо МКС №418–12/320 от 26.05.2004 г. О применении кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
3. Дмитриев М. В., Евдокунин Г. А. Однофазные силовые кабели 6–500 кВ. Расчет термической стойкости
экранов при КЗ // Новости электротехники. – 2008. – №2(50).
4. Тодирка С. Н., Попов Л. В., Пельтцер В. Б. Расчет термической стойкости экранов одножильных кабелей
10 кВ с полиэтиленовой изоляцией // Энергетик. – 2002. – № 4.
5. Методика расчета токов при однофазном двойном коротком замыкании в кабельных линиях и термической стойкости металлических экранов кабелей / АО «Фирма ОРГРЭС». — М., 1999.
6. Методика расчета металлических экранов одножильных кабелей / АО «Фирма ОРГРЭС». — М., 1999.
7. Письмо МКС № 2–07/650 от 17.11.2004 г. О направлении методик расчета.
8. ГОСТ 28895–91 (МЭК 949–88). Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом
неадиабатического нагрева. — М., 1991.
9. ТУ 16.К71–335–2004. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20, 35 кВ.
ВНИИКП. — М., 2004.
№ 3 (33), 2010