目前较为重要的建筑物慢慢的变多地使用10(6)kV电缆输电。设计中对电缆截面的选择,除应满足允许温升、电压损失、机械强度等要求外,还要校验其热稳定。为了适应现在供电设计工作的快节奏,本文对千常用的10(6)kV交联聚乙烯绝缘电缆按热稳定进行校验,计算出这些电缆的最小标称截面,按不一样列成表格,供工程设计参考使用。
式中Smin为电缆所需最小截面(mm2);,Iz为短路电流分量的有效值(kA);t为短路切除时间(s);C为热稳定系数。表1K值选择用表路电流周期分量的有效值(kA);t为短路切除时间
J为热功当量系数,取1.0;q为缆芯导体的单位体积热容量,铝芯取2.48,铜芯取3.4;θm为短路作用时间内缆芯允许最高温度;
θp为短路发生前电缆缆芯最高工作时候的温度;θH为电缆额定负荷的缆芯允许最高工作时候的温度;θo为环境和温度最高值;IH为电缆的额定负荷电流;Ip为电缆实际最大工作电流;α为20℃时缆芯的电阻温度系数,铜芯为0.00393,铝芯为0.00403;ρ为20℃时缆芯导体的电阻系数,铜芯为0.0184x10ˆ-4,铝芯为0.031x10ˆ-4;
η为热容影响的校正系数,对3~6kV电动机馈线;K为缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值,可由表1择取。
利用公式(2)计算热稳定系数C较为麻烦。配电手册给出了电缆长期允许工作时候的温度和短路时的允许最高温度及相应C值(表2),将其应用到工程中,与公式(2)相比,产生的误差不大,本文的热稳定检验即按表2给出的C值计算。
目前,生产中大量使用10(6)kV交联聚乙烯绝缘电缆,因此本文选用该类电缆进行热稳定校验。
式中:tb为主保护设施的启动机构、延时机构和执行机构动作时间的总和;tfd为断路器全分闸时间;tgu为断路器固有分闸时间,可由产品样本查得;thu为断路器燃弧维持的时间,当断开额定容量时,thu可参考下列数值:空气断路器为0.01~0.02s,少油或多油断路器为(目前一般不采用)0.02~0.04s。
当主保护设施为速动时(无延时保护),短路电流维持的时间t可取表3的数据。当继电保护有延时整定时,则按表中数据加上相应的整定时间。
把表3中的低速断路器的短路切除时间t,代入公式(1),计算得10(6)kV电缆的最小截面,经过截面的规范后,高、中速断路器保护的10(6)kV电缆选用这个最小标称截面也是适用的。
在三相交流系统中有几率发生的短路故障主要有三相短路、两相短路和单相短路(包括单相接地故障)。通常三相短路电流最大;当短路点发生在发电机附近时,两相短路电流可能大于三相短路电流。港口、船厂、大中城市中,一般远离发电机端,所以本文短路计算不考虑短路电流周期分量的衰减,忽略110(35)/10(6)kV变压器到10(6)kV开关柜的密集式母线)kV电缆,短路计算时短路点选在10(6)kV开关柜断路器的输出端子附近的电缆上。
表4列出了远离发电机端短路时110(35)/10(6)kV常用变压器低压侧三相短路的短路容量。
式中Sk为短路容量(MVA);Up为短路点所在级的网络平均电压(kV)。
表5和表6列出了远离发电机端的110(35)/10(6)kV变电站10(6)kV开关柜断路器的输出端子上三相短路时短路电流周期分量有效值(Iz)。
按公式(1)对110(35)/10(6)kV变电站馈出的电缆进行热稳定校验,常用的10(6)kV交联聚乙烯电缆的最小标称截面列在表7和表8。已知110(35)/10(6)kV变电站的变压器高压侧的短路容量与变压器容量,从表7和表8很快能查出:满足热稳定校验的10(6)kV交联聚乙烯电缆的最小标称截面。
从10(6)/0.4kV配电站供电的10(6)kV电缆,知道10(6)kV开关柜母线上或断路器的输出端子上的三相短路时短路电流周期分量有效值,在表5和表6中的相应电压下找到最接近的三相短路电流周期分量有效值;然后在相同的表中找到对应的变压器高压侧的短路容量与变压器容量,再在表7或表8中,由短路容量与变压器容量找出相应的10(6)kV交联聚乙烯电缆的最小标称截面。
例:某地在不同地点的三相短路电流分别为31.5kA和16kA,现有电缆6/6kV、YJY22-3X70用于配电,当地最高温度40°C,Ip/IH控制在0.85,是不是满足热稳定要求?
在表6中6.3kV侧,与31.5kA和16kA最接近的短路电流分别为34.923kA和15.381kA,前者短路电流对应的高压侧短路容量与变压器容量分别为∞MVA和40000kVA;后者短路电流对应的高压侧短路容量与变压器容量分别为300MVA和40000kVA。然后在表8中,对应于有关的高压侧短路容量与变压器容量查出6kV铜芯交联聚乙烯电缆的最小标称截面分别为120mm2和70mm2。
计算结果和查表得到的结果是相同的。说明电缆6/6kV、YJY22-3X70用千于配电只有在短路电流为16kA时才能满足热稳定要求。
1)文中的数据按变压器分列运行计算的,若变压器的运行方式为并列,三相短路电流值要成倍加大,交联聚乙烯电缆的最小标称截面应相应增大。
2)文中按主保护设施为速动保护(低速断路器保护)进行热稳定校验,不适合有延时保护设施的电缆热稳定校验。它也适用千高、中速断路器保护的10(6)kV电缆的热稳定校验,但有时查出的最小标称截面有些偏大。
3)按照公式计算电缆热稳定的最小标称截面,需要确定短路发生前的电缆缆芯最高工作时候的温度和热稳定系数,不如文中介绍的查表方法简捷。查表法可完全在工程设计中推广应用。
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