ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
РАСЧЕТ ТЕРМИЧЕСКИ ДОПУСТИМЫХ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ С УЧЕТОМ НЕАДИАБАТИЧЕСКОГО НАГРЕВА
ГОСТ 28895-91 (МЭК 949-88)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ И СТАНДАРТАМ
Москва
СОДЕРЖАНИЕ
1. Обозначения. 2 2. Допустимый ток короткого замыкания. 3 3. Расчет адиабатического тока короткого замыкания. 3 4. Расчет температуры при коротком замыкании. 4 5. Расчет неадиабатического коэффициента для токопроводящих жил и расположенных на расстоянии друг от друга проволок экранов. 4 6. Расчет неадиабатического коэффициента для оболочек, экранов и проволок брони. 5 Приложение А Пояснения к рекомендуемым методам учета неадиабатического нагрева при расчете допустимых токов короткого замыкания. 7 |
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
РАСЧЕТ ТЕРМИЧЕСКИ ДОПУСТИМЫХ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ С УЧЕТОМ НЕАДИАБАТИЧЕСКОГО НАГРЕВА Calculation of thermally permissible short-circuit currents, taking into account non-adiabatic heating effects |
(МЭК 949-88) |
Дата введения 01.01.93
Метод расчета номинальных характеристик любого токоведущего элемента кабеля при коротком замыкании основывается на предположении, что тепло сохраняется внутри токоведущего элемента в течение времени короткого замыкания (т.е. имеет место адиабатический нагрев). Однако во время короткого замыкания происходит передача тепла в соседние материалы и это следует учитывать.
В настоящем стандарте приведен простой метод учета неадиабатического характера нагрева при расчете номинальных характеристик в условиях короткого замыкания, что обеспечивает получение одинаковых значений номинальных характеристик различными разработчиками. Существуют методы расчета с использованием ЭВМ, но они не намного точнее и слишком сложны для стандартизации.
В формулах содержатся значения, которые зависят от вида используемых в кабелях материалов. Значения указаны в таблицах; эти значения либо являются стандартизованными (например удельное электрическое сопротивление и коэффициенты термического сопротивления), либо общеприняты в практике (например удельная теплоемкость).
Для получения сравнимых результатов расчетные характеристики при коротком замыкании должны быть определены посредством настоящего метода с использованием значений, указанных в настоящем стандарте. Однако могут быть использованы и другие, более приемлемые для некоторых материалов постоянные значения, для таких случаев в приложении приведены соответствующие номинальные характеристики кабеля при коротком замыкании и различные постоянные значения.
В настоящем стандарте приняты наиболее неблагоприятные условия короткого замыкания, поэтому определяемые номинальные характеристики являются предельными.
Неадиабатический метод применим для любой длительности короткого замыкания. По сравнению с адиабатическим методом он дает значительное увеличение допустимых токов короткого замыкания для экранов, оболочек и, в некоторых случаях, жил сечением менее 10 мм2 (особенно при наличии проволочных экранов).
Для наиболее широко используемых жил силовых кабелей 5 % - это минимальное увеличение допустимого тока короткого замыкания, которое может быть использовано на практике. При этом для соотношения длительности короткого замыкания и площади поперечного сечения жилы менее 0,1 с/мм2 увеличение тока незначительно, и может быть использован адиабатический метод. Это характерно для большинства практических случаев.
Настоящий стандарт устанавливает следующую методику расчета:
а) вычисление адиабатического тока короткого замыкания;
б) вычисление поправочного коэффициента, учитывающего неадиабатический характер нагрева;
в) перемножение а) и б) и получение допустимого тока короткого замыкания.
Требования настоящего стандарта являются рекомендуемыми.
1. Обозначения
|
- постоянные, основанные на термических характеристиках окружающих или соседних материалов |
- (мм2/с)½ |
|
|
- мм2/с |
|
- постоянные, используемые в неадиабатической формуле для жил и проволок экранов |
- мм/м |
|
|
- К??м×мм2/Дж |
Dit |
- диаметр воображаемого коаксиального цилиндра, вписанного по внутренней поверхности впадин гофрированной оболочки |
- мм |
Doc |
- диаметр воображаемого коаксиального цилиндра, описанного по наружной поверхности выступов гофрированной оболочки |
- мм |
F |
- коэффициент учета неполного теплового контакта |
- |
I |
- допустимый так короткого замыкания (среднее квадратическое значение для данной длительности |
- А |
IАД |
- ток короткого замыкания, вычисленный на основе адиабатического нагрева (среднее квадратическое значение для данной длительности) |
- А |
ISC |
- известный максимальный ток короткого замыкания (среднее квадратическое значение для данной длительности) |
- А |
K |
- постоянная, зависящая от материала токопроводящего элемента |
- Ас1/2/мм2 |
M |
- коэффициент теплового контакта |
- с-1/2 |
S |
- площадь поперечного сечения токопроводящего элемента |
- мм2 |
|
- постоянные, используемые в упрощенной формуле для жил и расположенных на расстоянии друг от друга проволок экранов |
- (мм2/с)1/2 |
|
|
- мм2/с |
d |
- средний диаметр оболочки, экрана или брони |
- мм |
n |
- число лент или проволок |
- |
t |
- длительность короткого замыкания |
- с |
w |
- ширина ленты |
- мм |
b |
- величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления при 0 °С |
- К |
d |
- толщина оболочки, экрана или брони |
- мм |
e |
- коэффициент учета тепловых потерь в соседние элементы |
- |
Qf |
- конечная температура |
- °С |
Qi |
- исходная температура |
- °С |
ri |
- удельное термическое сопротивление окружающих или соседних неметаллических материалов |
- К??м/Вт |
r2, 3 |
- удельные термические сопротивления среды с каждой стороны оболочки, экрана или брони |
- К??м/Вт |
r20 |
- удельное электрическое сопротивление токопроводящего элемента при 20 °С |
- Ом??м |
sc |
- удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента при 20°С |
- Дж/К×м3 |
si |
- удельная объемная теплоемкость окружающих или соседних неметаллических материалов |
- Дж/К×м3 |
s1 |
- удельная объемная теплоемкость экрана, оболочки или брони |
- Дж/К×м3 |
s2, 3 |
- удельная объемная теплоемкость среды с каждой стороны экрана, оболочки или брони |
- Дж/К×м3 |
2. Допустимый ток короткого замыкания
Допустимый ток короткого замыкания определяют по формуле
I = ??IАД,
где I - допустимый ток короткого замыкания, А;
IАД - ток короткого замыкания, вычисленный на основе адиабатического нагрева;
?? - коэффициент, учитывающий отвод тепла в соседние элементы (см. пп. 5 и 6).
Для адиабатических расчетов = 1.
3. Расчет адиабатического тока короткого замыкания
Формула адиабатического процесса нагрева при любой исходной температуре имеет следующий общий вид:
,
где IАД - ток короткого замыкания (среднее квадратическое значение при данной длительности), вычисленный на основе адиабатического процесса, А;
t - длительность короткого замыкания, с;
К - постоянная, зависящая от материала токопроводящего элемента (Ас½/мм2) (см. табл. 1);
;
S - площадь поперечного сечения токопроводящего элемента, мм2; для жил, указанных в ГОСТ 22483, можно использовать номинальное сечение;
f - конечная температура, °С;
i - исходная температура, °С;
- величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления токопроводящего элемента при 0 °С (К) (см. табл. 1);
ln - loge;
с - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента при 20 °С, Дж/К×м3 (см. табл. 1);
20 - удельное электрическое сопротивление токопроводящего элемента при 20 °С, Ом×м (см. табл. 1).
4. Расчет температуры при коротком замыкании
В некоторых случаях (например для систем с заземленной нейтралью через сопротивление) при известном максимальном токе короткого замыкания температуру жилы в конце короткого замыкания можно определить следующим образом:
,
где ISC - известный максимальный ток короткого замыкания (среднее квадратическое значение для данной длительности).
5. Расчет неадиабатического коэффициента для токопроводящих жил и расположенных на расстоянии друг от друга проволок экранов
5.1. Общие положения
Общий вид эмпирического уравнения для неадиабатического коэффициента:
,
где F - коэффициент учета неполного теплового контакта между жилой или проволоками и окружающими или соседними неметаллическими материалами, рекомендуемое значение - 0,7 (1,0 - для маслонаполненных кабелей);
А, В - эмпирические постоянные, основанные на термических характеристиках окружающих или соседних неметаллических материалов:
(мм2/с)½, где С1 = 2464 мм/м,
(мм2/с), где С2 = 1,22 K??мм2/Дж;
с - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента, Дж/Км3;
i - удельная объемная теплоемкость окружающих или соседних неметаллических материалов, Дж/Км3;
i - удельное термическое сопротивление окружающих или соседних неметаллических материалов, К×м/Вт.
(Предлагаемые значения постоянных для этих материалов приведены в табл. 2).
5.2. Токопроводящие однопроволочные или многопроволочные жилы
Для обычных комбинаций материалов общая формула может быть упрощена следующим образом:
,
где X и Y, включающие коэффициент теплового контакта 0,7 (1,0 для маслонаполненных кабелей), указаны в табл. 3.
5.3. Изолированные друг от друга проволоки экрана
5.3.1. Полностью уплотненные
Формула применима к проволокам экрана, расположенным на расстоянии не менее одного диаметра проволоки друг от друга и полностью окруженным неметаллическими материалами. Влияние тонких спирально наложенных выравнивающих лент не учитывают. Для обычных сочетаний материалов можно использовать упрощенную формулу, приведенную в п. 5.2; в иных случаях следует применять общую формулу, приведенную в п. 5.1 при F = 0,7. Ток вычисляют для одной проволоки и затем умножают на число проволок n, в результате чего получают полное значение тока короткого замыкания. Таким образом, во всех формулах используют площадь поперечного сечения одной проволоки.
5.3.2. Не полностью уплотненные
Этот метод также применим к проволокам экрана, расположенным под экструдированной трубкой; причем между проволоками имеется воздушное пространство. Влияние тонких спирально наложенных выравнивающих лент не учитывают. Используют общую формулу, приведенную в п. 5.1, при F = 0,5. Если проволоки расположены между двумя различными материалами, следует использовать среднее арифметическое значение удельных термических сопротивлений и удельных объемных теплоемкостей двух материалов. Ток определяют для одной проволоки и затем умножают на число проволок, в результате чего получают полное значение тока короткого замыкания. Таким образом, во всех формулах используют площадь поперечного сечения одной проволоки.
6. Расчет неадиабатического коэффициента для оболочек, экранов и проволок брони
Примечание. Важно правильно определить используемое в адиабатической формуле значение площади поперечного сечения оболочки или экрана.
6.1. Общие положения
Коэффициент ?? для оболочек, экранов и брони определяют по формуле
.
Коэффициент M определяют по формуле
, (c-½),
где 2, 3 - удельная объемная теплоемкость среды с каждой стороны экрана, оболочки или брони, Дж/Км3;
2, 3 - удельное термическое сопротивление среды с каждой стороны экрана, оболочки или брони, К×м/Вт;
1 - удельная объемная теплоемкость экрана, оболочки или брони, Дж/Км3;
- толщина экрана, оболочки или брони, мм.
Предлагаемые тепловые постоянные для различных материалов указаны в табл. 2. Рекомендуется использовать значение F = 0,7, за исключением случаев, когда металлический элемент полностью соединен одной стороной с соседней средой, в этом случае можно использовать значение F = 0,9.
Значение можно также определить по чертежу после того, как получено .