ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ ТОКОВ К. 3. ДЛЯ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 380/220 В, ВНУТРЕННИХ ПРОВОДОК СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И СЕТЕЙ СО СТАЛЬНЫМИ ПРОВОДАМИ
Для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей на напряжении 380 В начинают применяться кабельные линии. Кабельные сети не портят ценных
сельскохозяйственных угодий, имеют высокую надежность главным образом потому, что не подвержены в такой степени, как воздушные, грозовым явлениям. Кабельные сети напряжением 380/220 В применяют для электроснабжения мощных животноводческих комплексов, птицефабрик, тепличных комбинатов. Одиночные кабельные линии можно использовать и для менее ответственных потребителей. Кроме того, кабелем или изолированным проводом выполняют внутренние проводки в сельскохозяйственных производственных помещениях.
Порядок расчета токов к. з. для кабельных электрических сетей такой же, как и для воздушных. Особенность расчета состоит в том, что кабельные линии представляют на схемах замещения другими сопротивлениями. Это обусловлено тем, что кабельные линии оказывают переменному току иное сопротивление, чем воздушные с проводами такого же сечения, причем существенно отличаются индуктивные сопротивления. Это отличие обусловлено гораздо меньшими расстояниями между токоведущими жилами в кабеле и геометрическими размерами поперечного сечения самих жил. Отличаются от индуктивного сопротивления воздушных линий и индуктивные сопротивления проводок, выполненных в трубах или на роликах. Особенно эти различия сказываются на индуктивном сопротивлении петли фазный — нулевой провод. Эти обстоятельства учитывают в расчетах токов κ.·3. посредством вычисления фактических сопротивлений кабельных линий или внутренних проводок по соответствующим исходным данным (прил. 3 и 5). Средние значения индуктивных сопротивлений 1 м петли фазный — нулевой провод линий напряжением 380/220 В, выполненных проводами или кабелем из цветных металлов, приведены ниже:
Индуктивное сопротивление
Конструктивное выполнение линии χ мОм/м
(Ом/км)
Кабель или провода, проложенные в трубах . 0,15
Изолированные провода на роликах . . 0,4
Провода на изоляторах внутри помещений, по наружным стенам здания 0,5
Воздушные линии 0,6
Рис. 3. 5. Зависимость сопротивления стальных проводов от протекающего по ним тока: а — для активного сопротивления; б — для внутреннего индуктивного.
На слабо нагруженных участках воздушных сетей 380/220 В можно использовать стальные многопроволочные провода. Как известно, значение активного и индуктивного сопротивления стальных проводов зависит от протекающего по ним тока (рис. 3.5). Активное сопротивление стального провода можно определить по кривым на рисунке 3.5, а или по справочным данным [5].
Индуктивное сопротивление стальных проводов складывается из двух составляющих: внешнего индуктивного сопротивления
, такого же, как и для линий с проводами из цветных металлов, и внутреннего индуктивного сопротивления
обусловленного ферромагнитными свойствами материала провода, то есть .
Внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов, как и активное, определяется по соответствующим кривым или по справочным данным в зависимости от значения протекающего по проводам тока [5].
Поскольку ток к. з. сам является предметом расчета, то неизвестно, каким значением активного и индуктивного сопротивления надо представлять стальные провода в схеме замещения. Для упрощения расчетов поэтому принято вводить в схему замещения стальные провода некоторыми средними значениями сопротивлений (табл. 3.1), а затем, если появится необходимость в уточнении, по справочным данным уточняют сопротивления стальных проводов и расчет повторяют.
В таблице 3.1 сопротивления 1 м петли фазный — нулевой провод приведены для площади поперечного сечения нулевого провода такого же, как и фазного. Приближенное значение сопротивления 1 м петли фаза — нуль при других сочетаниях сечений проводов в петле можно получить, суммируя полное сопротивление фазного и
Рис. 3. 6. Схемы к примеру 3. 2: а — расчетная; б — схема замещения.
нулевого проводов.
Например, для воздушной линии с фазными проводами ПС50 и нулевым проводом ПС35 сопротивление петли фаза — нуль при длине ее l=100 м составит: Ζп=
-
соответственно полные сопротивления (мОм/м) 1 м фазного и нулевого проводов.
Активное и индуктивное сопротивления стальных проводов значительно превышают соответствующие параметры проводов из цветных металлов такого же сечения. Это приводит к тому, что уровень токов к. з. в сетях со стальными проводами существенно ниже, что, в свою очередь, затрудняет выполнение чувствительной защиты этой сети от коротких замыканий.
3.1. Средние значения сопротивлений 1 м стальных многопроволочных проводов для воздушных линий напряжением 380/220 В, мОм/м (Ом/км)
ПРОВЕРКА ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ
Токи к. з., протекая по проводам и кабелям, быстро нагревают токоведущие жилы. Повышение температуры, в свою очередь, ведет к снижению механической прочности проводов, разложению изоляции, потере изоляцией электрических и механических свойств. ПУЭ ограничивают допустимые для проводников сети напряжением 380/220 В температуры нагрева при к. з. до следующих пределов:
для кабелей и изолированных проводов с полихлорвиниловой или резиновой изоляцией с медными или алюминиевыми жилами . . 150 °C для алюминиевых неизолированных проводов
при тяжениях более 9,81 МПа . 160 °C
В соответствии с ПУЭ проводники сетей напряжением 380/220 В не требуется проверять на термическую устойчивость при к. з. Этот вывод справедлив для промышленных и городских электрических сетей с довольно высокими уровнями токов к. з. Но опыт эксплуатации сельских сетей 380/220 В показал, что из-за малой кратности токов к. з. в них значительно увеличивается время отключения коротких замыканий, что в итоге иногда приводит к недопустимому перегреву проводов и кабелей. Поэтому целесообразно проверять провода и кабели сельских сетей напряжением 380/220 В на термическую устойчивость к действию токов к. з. Проверять можно по кривым, приведенным на рисунке 3.7. Кривые представляют собой зависимость допускаемого значения тока трехфазного к. з. от длительности циркуляции этого тока по проводам при условии, что температура токоведущей жилы провода при этом достигает, но не превосходит предельных значений, регламентируемых ПУЭ.
Порядок пользования кривыми объясняется на примере. Пусть требуется определить термическую устойчивость проложенного по стенам производственного помещения кабеля АВРГ с площадью поперечного сечения 25 мм2, который обтекается током к. з. 900 А в течение времени ίκ=1,5 с. Поскольку при указанном способе прокладки кабеля тяжение будет менее 9,81 МПа, то пользоваться следует сплошной кривой для площади сечения 25 мм2. По току 0,9 кА и времени tк = 1,5 с определяем точку с этими координатами на рисунке 3.7. Поскольку она находится ниже кривой, характеризующей термическую устойчивость кабелей с площадью поперечного сечения F=25 мм2, то проверяемый кабель будет термически устойчив.
Проверку проводников на термическую устойчивость можно выполнять также по формуле
(3.12)
где Fт — площадь поперечного сечения, обеспечивающая термическую устойчивость провода или кабеля при заданном токе к. з. Iκ(3), мм2; Iκ(3) — наибольший ток трехфазного к. з., который может обтекать проверяемый кабель в данной электроустановке, расчетную точку для вычисления этого тока выбирают в начале проверяемого кабеля, A; tк — время отключения короткого замыкания, с; С — постоянная величина, зависящая от номинального напряжения проводов и кабелей, материала их токоведущих жил и устанавливаемых ПУЭ допустимых температур нагрева жил в нормальном режиме и при к. з.; для проводов и кабелей сельских распределительных сетей напряжением 380/220 В с алюминиевыми жилами можно принимать С=69,5, с медными жилами — С= 105.
Если проверяемый на термическую устойчивость провод или кабель защищен от к. з. автоматическим выключателем, то время tк следует определять как сумму времени срабатывания теплового расцепителя tp при соответствующем токе
и времени отключения самого автоматического выключателя tn, которое берут с определенным запасом для всех типов выключателей, равным 0,05 с. Значение tp определяют по защитным характеристикам автоматических выключателей.
В тех случаях, когда защитными аппаратами для проверяемого кабеля являются предохранители, время tк определяют по защитной характеристике данного типа предохранителя с соответствующим номинальным током плавкой вставки с учетом значения тока к. з. отключаемого предохранителем.
Если площадь сечения FT, вычисленная по формуле (3.12), окажется меньше, чем фактическая, то проверяемый кабель будет термически устойчив к действию тока к. з. Проиллюстрируем использование формулы (3.12) для условий вышеприведенного
примера:
Так как 15,86<25, условие термической устойчивости кабеля АВРГ с площадью поперечного сечения 25 мм2 к току 900 А, отключаемого за время 1,5 с, выполняется.
Пример 3.3. Проверить термическую устойчивость кабеля марки АПВГ с площадью поперечного сечения 35 мм2, защищенного предохранителями ПН2 с номинальным током плавкой вставки 120 А. Ток при трехфазном к. з. в начале кабеля равен 500 А.
По ампер-секундным характеристикам предохранителей ПН2 определяем, что плавкая вставка на ток 120А перегорит при токе к. з. 500 А за 2 с, то есть 500 A, tк=2 с. На рисунке 3.7 находим 
точку с координатами
=0,5 кА и tк=2 с, которая лежит значительно ниже кривой для площади сечения 35 мм2, что свидетельствует о достаточной термической устойчивости проверяемого кабеля. К этому же выводу мы бы пришли, если бы проверку выполняли по формуле (3.12):
Поскольку
, то очевидно, что проверяемый ка
бель имеет достаточно большой запас термической устойчивости.