Какая предельная температура нагрева допускается для изолируемых проводов с медными жилами. Технические характеристики греющих кабелей. Определяется температура жил в конце короткого замыкания
Температура нагрева жил кабеля, на котором монтируется заделка типа КВВ, при длительной нагрузке не должна превышать 65 С. Заделки этого типа обладают высокой химической стойкостью, за исключением концентрированной соляной кислоты, хлороуглево-дородов и других материалов, разрушающе действующих на поли-винилхлорид.
Температура нагрева жил кабеля, а следовательно, и ток ограничиваются допустимой температурой для изоляции кабеля и зависят от материала изоляции хшл кабеля. Сечение кабеля выбирается по таблицам ПУЭ, которые учитывают температуру жилы кабеля.
Температуру нагрева жил кабеля контролируют термометром (термопарой), установленным на оболочке кабеля.
Тепловой перепад Д для кабелей 16 - 240 мм2 в зависимости от тока нагрузки. Проверка температуры нагрева жил кабелей производится измерением температур их металлических оболочек.
Тепловой перепад Д (для кабелей 16 - 240 мм2 в зависимости от тока нагрузки. Проверка температуры нагрева жил кабелей производится измерением температур их металлических оболочек. Для измерений рекомендуется применять терморезисторы или термопары и лишь в крайнем случае термометры.
Условные обозначения подземных сооружений. Непосредственно измерить температуру нагрева жил кабеля весьма сложно, поэтому контроль за нагревом кабелей в процессе их эксплуатации ведут измерением температуры нагрева оболочки кабеля.
В табл. 1 - 65 приведены допустимые превышения температуры нагрева жил кабелей при коротком замыкании. При этом принято, что до момента короткого замыкания температура жил кабеля не превышала допустимой температуры по нагреву в длительном режиме.
Для повышения долговечности кабелей данного типа необходимо установить температуру нагрева жил кабелей не более 90 С.
Такие кабели после воздействия тока короткого замыкания должны быть осмотрены, концевые заделки при необходимости отремонтированы, а также должны быть проведены испытания повышенным напряжением. При температуре нагрева жил кабелей выше указанных значений, кабели считаются непригодными к дальнейшей эксплуатации и подлежат немедленной замене.
Допустимые длительные токовые нагрузки на кабели напряжением до 35 ко включительно с изоляцией из пропитанной кабельной бумаги в свинцовой, алюминиевой или слоистой полихлорвя-ниловой оболочке приняты в соответствии с допустимы-мя температурами нагрева жил кабелей по ГОСТ.
Прокладка кабелей внутри коробов должна осуществляться в соответствии с требованиями ПУЭ, предъявляемыми к прокладке кабелей в кабельных каналах. При этом расстояние от конструкций до передней стенки короба не нормируется. Температура нагрева жил кабелей должна быть не более указанной в § 1 - 3 - 9 ПУЭ.
Потери в кабеле складываются из потерь в жилах, изоляции и в оболочке. Потери в изоляции и оболочке могут быть ничтожно малыми или значительными. Поток тепла, вызванный потерями во всех элементах кабеля, идет в радиальном направлении от центра кабеля наружу через тепловое сопротивление различных элементов и вызывает общий перегрев кабеля. Этот перегрев с учетом основной температуры почвы и обусловливает температуру на жиле кабеля. Температура нагрева жилы кабеля не должна превышать предела, установленного для данной изоляции.
Страница 20 из 23
Измерение температуры оболочек кабеля необходимо производить в местах, в которых кабель работает в наиболее тяжелом режиме (места пересечения кабеля с тепло- и паропроводами, в пучках действующих кабельных линий, на участках трассы с сухим или имеющим большое тепловое сопротивление грунтом), в период максимальной нагрузки кабеля.
Для определения температурного перепада Д£каб за t0б следует принимать максимальное значение температуры, а за величину тока I - максимальную нагрузку линии.
Измерение температур нагрева оболочек кабелей или окружающей среды может производиться с помощью термопар, термосопротивлений или термометров.
При контроле нагрева кабелей следует иметь в виду следующие диапазоны температур, с которыми наиболее часто приходится встречаться: температура оболочек кабеля до +60"С; температура грунта от -5 до + 25° С; температура воздуха от -40 до +45иС.
Из приведенных данных следует, что диапазоны температур составляют лишь несколько десятков градусов, причем нередко разность температур оболочек кабеля и окружающей среды составляет более 10-20" С. Это требует применения весьма чувствительных термоиндикаторов.
а) Метод термопары
При контроле нагрева кабеля термопарами необходимо, чтобы в рабочем диапазоне температур они создавали э. д. с. порядка 0,5-1 мв, что позволит применить имеющиеся в лабораториях милливольтметры и гальванометры.
Наиболее чувствительными являются термопары, изготовляемые из сплавов хромель - копель, развивающие термо-э. д. с. в 6,9 мв на 100° С.
Могут применяться также медьконстантановые термопары (4 мв на 100°С).
Термопары должны иметь два спая, один из которых размещается на кабеле, а другой - в точке, в которой температура все время фиксируется чувствительным и точным термометром (температура «холодного» спая).
Для создания хорошего контакта термопары с оболочкой кабеля целесообразно рабочий спай зачеканить в свинцовый лепесток (диск диаметром 3-4 см, толщиной 2-3 мм) и применять, как их называют на практике, «лепестковые» термопары. Такой лепесток надежно закрепляется на кабеле тафтяной или киперной лентой.
При отсутствии лепестковых термопар под рабочий спай следует вначале подложить мягкий станиоль и лишь после этого плотно прижать термопару к оболочке кабеля путем обмотки плотной тканевой лентой.
При контроле нагрева кабеля в одном месте следует закладывать не менее двух термопар для взаимного контроля показаний и резерва на случай поломки рабочего спая.
Обычно на практике приходится контролировать на каком-либо участке температуру нескольких по соседству расположенных кабелей, на которых закладывается группа термопар (до 10-20 шт.).
Все холодные спаи этих термопар обычно выводятся в одно место, в котором их температура фиксируется термометром. При этом к полученному отсчету температуры по шкале прибора необходимо прибавить температуру окружающей среды (в месте нахождения концов «холодного» спая), если она положительна, и отнять, если она отрицательна.
Хорошо размещать «холодные» спаи в сосуде с тающим льдом или снегом. Это дает устойчивую температуру «холодных» спаев 0°С до тех пор, пока не растает весь лед или снег, а показания милливольтметра (градуированного обычно в градусах) сразу дают температуру оболочек кабелей в градусах Цельсия без поправки на температуру окружающей среды, поскольку она равна нулю.
Концы термопар присоединяются к контактору с переключателем, к которому во время измерений присоединяются переносной милливольтметр (гальванометр).
Для измерений могут применяться также потенциометры с чувствительностью не менее 0,05 мв на деление.
б) Метод термосопротивлений
Более чувствительным методом является контроль нагрева кабелей с помощью термосопротивлений.
Термосопротивления изготовляются из тонкой изолированной проволоки диаметром 0,05-0,07 мм имеющей большой температурный коэффициент (изменение сопротивления при нагреве)
Величина термосопротивления должна быть не менее 5-10 Ом (обычно 20-30 Ом).
Несколько метров тонкой проволоки укрепляют на куске плотного листового электрокартона так, чтобы жилы проволоки были расположены на одной стороне листа (рис. 45). Выводные концы сопротивлений для большей механической прочности выполняют из более толстой изолированной проволоки.
Для того чтобы нити проволоки не расползались и не перепутывались, необходимо закрепить их на пластинке бакелитовым лаком.
Рис. 45. Намотка термосопротиилений для измерений температур на оболочках кабелей.
1 - концы для присоединения термоэлемента к мостику; 2 - переход на провод большого сечения.
Для предохранения нитей проволоки от обрыва на них следует наложить сверху кусок тонкой кабельной бумаги, также смазав ее бакелитовым лаком.
После изготовления термосопротивления листу, на котором оно закреплено, следует придать цилиндрическую форму, намотав его на стержень диаметром 40- 50 мм.
Величина омического сопротивления термоэлементов после одночасовой выдержки при неизменной температуре точно измеряется на мостике.
Так, например, если термосопротивление изготовлено из медной проволоки диаметром 0,05 мм и имеет при комнатной температуре (+20° С) сопротивление, равное 20 Ом, то при изменении температуры кабеля на 1°С изменение сопротивления составит около 0,1 Ом, что с достаточной для практики точностью может быть установлено обычными измерительными мостиками.
Иногда, исходя из местных условий, термосопротивление должно иметь очень малые размеры, например для закладки на свинцовую оболочку кабелей в просветах нижней брони ленты (верхняя бронелента разрезается). В этих случаях следует применять очень тонкую проволоку с высоким удельным сопротивлением.
В последнее время для измерения температур кабелей нашли применение полупроводниковые термосопротивления.
в) Метод термометра
В том случае, когда кабели расположены в туннеле, канале или помещениях, их температуру можно контролировать непосредственно термометрами. Шкала термометров должна быть не более 50-100° С.
Термометр в целях удобства подсоединения к кабелю должен иметь конец с ртутной головкой, изогнутой под прямым углом. Под ртутную головку термометра подкладывается мягкий станиоль, после чего термометр плотно прижимается к кабелю путем намотки и затяжки тканевой лентой.
Если желательна непрерывная или периодическая автоматическая регистрация температур нагрева кабелей, то термопары или термосопротивления должны быть подсоединены к специально установленным для этой цели электронным потенциометрам типа ЭПД-07, ЭПД-12, ЭПП 09.
При закладке термопар, термосопротивленнй пли термометров важно сохранить без изменений условия охлаждения кабелей.
В туннелях или каналах это касается вентиляции кабелей. Не допускается установка каких-либо перегородок, заполнение чем бы то ни было пространств между отдельными полками и т. д.
При траншейных прокладках кабелей, после того как заложены термопары или термосопротивления, яму засыпают и утрамбовывают тем же грунтом.
Измерение температур можно начинать не ранее чем через сутки после закрытия ямы и восстановления покровов над кабелями. Это диктуется необходимостью прогрева грунта и создания нормального теплового поля вокруг кабеля.
Концы от термопар или сопротивлений выводятся на стену какого-либо находящегося рядом помещения или размещаются и укрепляются в специально оборудованном для этой цели контрольном колодце.
В зависимости от результатов контроля увеличивается или уменьшается нагрузка кабельной линии или принимаются меры по улучшению охлаждения кабелей.
Провода и кабели, являясь проводниками, нагреваются током нагрузки. Величина допустимой температуры нагрева для изолированных проводников определяется характеристиками изоляции, для неизолированных (голых) проводов – надежностью контактных соединений. Значения длительно допустимой температуры нагрева проводов и жил кабелей при температуре окружающего воздуха + 25ºС и температуре земли или воды + 15ºС указываются в правилах устройства электроустановок (ПУЭ).
Величина тока, соответствующая длительно допустимой температуре данного провода или жилы кабеля, называется длительно допустимым током нагрузки (I доп ). Значения длительно допустимого тока для различных сечений проводов и жил кабелей, а также различных условий их прокладки, приводятся в ПУЭ и справочной литературе. Таким образом, определение сечения проводов и жил кабелей по нагреву сводится к сравнению максимального рабочего тока линии с табличным значением длительно допустимого тока нагрузки:
по которому из таблиц выбирается соответствующее стандартное сечение проводов и жил кабелей. Если температура окружающей среды отличается от табличных значений, то величина длительно допустимого тока корректируется умножением на поправочный коэффициент, значения которого принимаются по ПУЭ и справочной литературе.
Выбранное по условию нагрева сечение проводов и жил кабелей должно быть согласовано с защитой, с тем чтобы при протекании по проводнику тока, нагревающего его выше допустимой температуры, проводник был отключен защитным аппаратом (плавким предохранителем, автоматическим выключателем и т.п.).
Расчет и выбор сечений проводов и жил кабелей выполняется в следующей последовательности:
1)выбирается тип защитного аппарата – плавкий предохранитель или автоматический выключатель;
2)если выбран плавкий предохранитель, то определяется номинальный ток его плавкой вставки, который должен удовлетворять двум условиям:
где - максимальный ток нагрузки при пуске асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (его пусковой ток);
Коэффициент, характеризующий условия работы двигателя; для нормальных условий работы = 2,5; для тяжелых условий = 1,6…2,0.
По большему расчетному значению номинального тока плавкой вставки выбирается стандартное значение номинального тока плавкой вставки предохранителя;
3)определяется длительно допустимый ток нагрузки, соответствующий выбранному номинальному току плавкой вставки предохранителя:
Для кабелей с бумажной изоляцией,
Для всех остальных кабелей и проводов;
указанные соотношения принимаются для случая, когда провода сети защищаются от перегрузок. По ПУЭ к таким сетям относятся осветительные сети в жилых и общественных зданиях, торговых и служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, а также в пожаро- и взрывоопасных зонах; для случаев, при которых необходимо защищать провода только от коротких замыканий, выбирается соотношение:
Полученное расчетное значение длительно допустимого тока нагрузки округляется в большую сторону до ближайшего табличного значения длительно допустимого тока нагрузки и соответствующего ему стандартного сечения проводов или жил кабеля;
4)если в качестве защитного аппарата выбран автоматический выключатель и он защищает провода сети от перегрузок, то справедливы все указанные выше соотношения, в которых вместо номинального тока плавкой вставки предохранителя надо указать номинальный ток расцепителя автоматического выключателя;
Методика проверки кабеля на невозгорание заключается в расчете температуры жил кабеля в конце короткого замыкания и сравнении ее с допустимой.
1.Определяется начальная температура жил кабеля (до короткого замыкания).
За начальную температуру принимают максимально возможную температуру предшествующего режима
Т= Т 0 + (I 2 /I дд 2) * (Т доп -Т 0расч) ,
где Т 0 – фактическая температура окружающей среды во время короткого замыкания, 0 С (для Самарской области при прокладке в земле Θ 0 = 20 0 С, при прокладке в воздухе Θ 0 = 30 0 С;
Т Доп – расчетная длительно допустимая температура жилы, 0 С (для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1 кВ - 80 0 С, 6 кВ – 65 0 С, 10 кВ – 60 0 С; для кабелей с пластмассовой изоляцией - 70 0 С и для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена - 90 0 С);
Т 0расч – расчетная температура окружающей среды, 0 С (для земли - 15 0 С, для воздуха - 25 0 С).
2.Определяется значение коэффициента К
К =b *I КЗ 2 *t О /F 2 ,
гдеb – постоянная, м 4 /(кА 2 · с), для алюминиевых жил -45,65, для медных – 19,58;
I КЗ – максимальное установившееся значение тока трехфазного короткого замыкания на шинах источника питания с учетом подпитки от электродвигателей 6-10 кВ, кА.
t О – время протекания тока короткого замыкания, с.
t О =t МТЗ ВВ +t Р +t В +t А,
гдеt МТЗ ВВ – время действия МТЗ резервной защиты (на вводе на секцию в РП (ГПП), с. Для примера расчета равно 1,25 с. ;
t Р – время срабатывания электромеханических реле (0,1 с.) или микропроцессорных защит (0,05 с.);
t В – время отключения масляного (0,1 с.) или вакуумного (0,03 с.) выключателя;
t А – эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания от удаленных источников, равная 0,1 с для сети 6-10 кВ.
3.Определяется температура жил в конце короткого замыкания
Т К =Т * е К + а (е К – 1),
где а – величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 0 С, равная 228 0 С.
Пример расчета
Кабель с алюминиевыми жилами 3х150 и бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ проложен частично в земле, частично на воздухе.
I = 195 A, Iдд земл = 275 А, Iдд возд = 210 А, Iкз = 8,64 кА,
t МТЗ ВВ = 1,25 с,t Р = 0,05с, t В = 0,03 с, t А = 0,1 с.
1. Начальная температура
Т З = 20 + (60 – 15) · (195/275) 2 = 42,6 0 С – в земле,Т В = 30 + (60 – 25) · (195/210) 2 = 60,2 0 С – в воздухе.
2. t О = 1,25 + 0,05 + 0,03 + 0,1 = 1,43 с.
К = 45,65 · 8,64 2 · 1,43 / 150 2 = 0,22.
3. При прокладке кабеля в земле
Т КЗ = 42,6 · е 0,22 + 228 (е 0,22 – 1) = 108 0 С,
При прокладке в воздухе
Θ К В = 60,2 · е 0,22 + 228 (е 0,22 – 1) = 131 0 С.
Предельно допустимые температуры нагрева проводников, при которых кабели пригодны к дальнейшей эксплуатации после отключения короткого замыкания, приведены в табл.8.1 . В частности, для кабелей 6-10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией она составляет 200 0 С.
Отсюда следует вывод о невозгораемости кабеля при коротком замыкании и о возможности его нормальной дальнейшей эксплуатации после отключения короткого замыкания.
Предельно допустимая температура нагрева кабеля имеет большое значение, так как от нее зависят нагрузочная способность, срок службы и надежность работы кабеля.
Каждый вид изоляции кабеля рассчитан на определенную длительно допустимую температуру, при которой старение изоляции проходит медленно. Превышение температуры нагрева кабеля выше допустимой ускоряет процесс старения изоляции и сокращает срок службы кабеля.
При нагревании кабеля наиболее быстрому старению подвергается бумажная изоляция, механическая прочность и эластичность которой при этом понижаются. Длительно допустимые температуры для силовых кабелей стационарной прокладки приведены в табл. 17.
Таблица 17.
Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей
При включении кабеля под нагрузку вначале нагреваются его жилы, а затем изоляция и оболочка. Опытными измерениями установлено, что перепад температуры между жилой и оболочкой кабеля напряжением 6 кВ примерно 15 °С, а для кабелей 10 кВ - 20 °С. Поэтому в практических условиях обычно ограничиваются измерением температуры оболочки, учитывая, что температура жилы кабеля выше на 15-20 °С.
Температуру нагрева жил можно определить и расчетным путем по формуле
где t о6 - температура на оболочке кабеля, °С; I - длительная максимальная нагрузка кабеля, А; п - число жил кабеля; ρ - удельное сопротивление меди или алюминия при температуре, близкой к температуре жилы, Ом.мм 2 /м; S K - сумма тепловых сопротивлений изоляции и защитных покровов кабеля, Ом (определяется по справочнику); q - сечение жилы кабеля, мм 2 .
Контроль за нагревом кабелей в процессе эксплуатации осуществляется измерением температуры свинцовой или алюминиевой оболочки, или брони в тех местах кабельной трассы, где предположительно кабельная линия может иметь перегрев против допустимых температур. Такими местами могут быть прокладки вблизи теплопроводов, в среде с большим тепловым сопротивлением (шлак, трубы и т. п.), где создаются неблагоприятные условия для охлаждения кабельной линии.
Измерение температуры на поверхности кабелей, проложенных в земле, рекомендуется производить термопарами. Для установки термопар на трассе кабеля отрывают котлован размером 900х900 мм с углублением 150-200 мм в одной из стенок котлована по оси кабеля. После удаления наружного покрова, очистки брони от коррозии создают надежный контакт (легкоплавким припоем или фольгой) с проводом термопары.
Рис. 113. Измерение температуры на поверхности работающего кабеля:
1 - кабель, 2 - здание, 3 - щитки термопар, 4 - металлическая труба, 5 - теплопровод
Измерительные провода выводят через газовую трубу и подключают к специальным ящикам, после чего котлован засыпают землей. Схема измерения температуры на поверхности кабеля приведена на рис. 113. Измерение температуры на поверхности контролируемых кабелей с одновременным измерением токовых нагрузок производят в течение суток через 2-3 ч. Если в результате измерений окажется, что температура жилы кабеля на отдельных участках превышает допустимую, необходимо или снизить токовую нагрузку на кабель, или принять меры к улучшению условий его охлаждения. В некоторых случаях целесообразно заменить перегревающийся участок линии кабелем большого сечения. Измерение температуры кабелей, проложенных открыто в кабельных сооружениях, можно производить обычным лабораторным термометром, укрепляя его на оболочках кабеля. Необходимо вести тщательный контроль за температурой окружающего воздуха и работой вентиляции в кабельных сооружениях. Контроль за нагревом кабелей производят по мере необходимости.