(МЭК 949-88)
УДК 121.3.064.1.001.24:006.354 Группа Е49
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
РАСЧЕТ ТЕРМИЧЕСКИ ДОПУСТИМЫХ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ С
УЧЕТОМ НЕАДИАБАТИЧЕСКОГО НАГРЕВА
Calculation of thermally permissible short-circuit currents, taking into account non-adiabatic
heating effects
МКС 29.020
ОКСТУ 3503
Дата введения 01.01.93
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
ПОДГОТОВЛЕН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности и приборостроения СССР
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 23.01.91 № 34
Стандарт подготовлен методом прямого применения международного стандарта МЭК 94988 "Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева" и полностью ему соответствует
ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Пункт, в котором приведены ссылки |
Обозначение соответствующего международного стандарта |
Обозначение отечественного нормативно-технического документа, на который дана ссылка |
3 3, 5.1 |
- МЭК 287-82 |
- |
6. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2004 г.
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:
вычисление адиабатического тока короткого замыкания;
вычисление поправочного коэффициента, учитывающего неадиабатический характер нагрева;
перемножение значений по пп. а) и б) и получение допустимого тока короткого замыкания.
Требования настоящего стандарта являются рекомендуемыми.
Обозначения
А, В |
- постоянные, основанные на термических характеристиках окружающих или соседних материалов |
(мм2/с)2, мм2/с |
|
С1, С2 |
- |
постоянные, используемые в неадиабатической формуле для жил и |
мм/м, |
|
|
проволок экранов |
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 ток 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 |
і Ас 2 /мм2 |
M |
- |
коэффициент теплового контакта |
_ і с 2 |
S |
- |
площадь поперечного сечения токопроводящего элемента |
мм2 |
X, Y |
- |
постоянные, используемые в упрощенной формуле для жил и расположенных на расстоянии друг от друга проволок экранов |
(мм2/с)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 |
r
К-м/Вт
К-м/Вт
Ом-м
Дж/(К-м3)
Дж/(К-м3)
Дж/(К-м3)
Дж/(К-м3)
i - удельное термическое сопротивление окружающих или соседнихнеметаллических материалов
r2, r3 - удельные термические сопротивления среды с каждой стороны оболочки, экрана или брони
r20 - удельное электрическое сопротивление токопроводящего элемента при 20 °С
sc - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента при 20
°С
si - удельная объемная теплоемкость окружающих или соседних
неметаллических материалов
- удельная объемная теплоемкость экрана, оболочки или брони
, s3 - удельная объемная теплоемкость среды с каждой стороны экрана,
оболочки или брони
Допустимый ток короткого замыкания
Допустимый ток короткого замыкания определяют по формуле
I = e’ IАД,
где I - допустимый ток короткого замыкания, А;
IАД - ток короткого замыкания, вычисленный на основе адиабатического нагрева; e - коэффициент, учитывающий отвод тепла в соседние элементы (см. пп. 5 и 6). Для адиабатических расчетов e = 1.
Расчет адиабатического тока короткого замыкания
Формула адиабатического процесса нагрева при любой исходной температуре имеет следующий общий вид:
IАД • t K2 • S2lnfQ^+b^,
АД I® i + b 0
где IАД - ток короткого замыкания (среднее квадратическое значение при данной длительности), вычисленный на основе адиабатического процесса, А;
t - длительность короткого замыкания, с;
і
K - постоянная, зависящая от материала, токопроводящего элемента (Ас2 /мм2) (см. табл. 1);
K= k(P + 20)-10—12 ;
Г r20
S - площадь поперечного сечения токопроводящего элемента, мм2; для жил, указанных в ГОСТ 22483, можно использовать номинальное сечение;
Qf - конечная температура, °С;
Qi - исходная температура, °С;
b - величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления токопроводящего элемента при 0 °С (К) (см. табл. 1);
ln - loge;
sc - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента при 20 °С, Дж/(К’м3) (см. табл. 1);
р20 - удельное электрическое сопротивление токопроводящего элемента при 20 °С, ОМ’М (см. табл. 1).
Таблица 1
Материалы |
К1), Ас2 /мм2 |
b, к2) |
S3), Дж/(К’м3) |
р20,Ом’м2 |
а) Токопроводящей жилы: - медь |
226 |
234,5 |
3,45х106 |
1,7241х10-8 |
- алюминий |
148 |
228 |
2,5х106 |
2,8264х10-8 |
б) Оболочки, экрана, брони: - свинец или его сплав |
41 |
230 |
1,45x106 |
21,4 х10-8 |
- сталь |
78 |
202 |
3,8х106 |
13,8х10-8 |
- бронза |
180 |
313 |
3,4x106 |
3,5x10-8 |
- алюминий |
148 |
228 |
2,5x106 |
2,84x10-8 |
1) Значения получены по формуле разд. 3.
2) Значения из Публикации МЭК 287 (табл. 1).
3) Значения из журнала "Electra" № 24, октябрь 1972, с. 91.
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).
-ISC . д_ АД = e ; q=
(q i +b)exp —АД
-b,
Расчет неадиабатического коэффициента для токопроводящих жил и расположенных на расстоянии друг от друга проволок экранов
Общие положения
Общий вид эмпирического уравнения для неадиабатического коэффициента:
e 1+F-ApS+F 2-B [ S),
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);
A, B - эмпирические постоянные, основанные на термических характеристиках окружающих или соседних неметаллических материалов:
A = CL s (мм2 /с)2, где C1 = 2464 мм/м,
sc v ri
B = C2 [si I (мм2/с), где с2 = 1,22 К.мм2/Дж;
sc Ip і 0
sc - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента, Дж/(К.м3);
si - удельная объемная теплоемкость окружающих или соседних неметаллических материалов, Дж/(К.м3);
ri - удельное термическое сопротивление окружающих или соседних неметаллических материалов, К.м/Вт.
(Предлагаемые значения постоянных для этих материалов приведены в табл. 2).
Таблица 2
Тепловые постоянные материалов
Материалы |
Удельное техническое сопротивление р1), К.м/Вт |
Удельная объемная теплоемкость s2), Дж/(К.м3) |
Изоляционные материалы: |
|
|
Пропитанная бумага в кабелях с бумажной |
6,0 |
2,0x106 |
пропитанной изоляцией |
|
|
Пропитанная бумага в маслонаполненных кабелях |
5,0 |
2,0x106 |
Масло |
7,0 |
1,7x106 |
ПЭ |
3,5 |
2,4x106 |
Сшитый ПЭ |
3,5 |
2,4x106 |
ПВХ в кабелях: |
|
|