Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пожарная опасность электроустановок 11
1.1. Анализ статистики пожаров, причиной которых послужили электротехнические устройства 11
1.2. Пожарная опасность распределительных сетей до 1 кВ 19
1.2.1. Аварийные режимы и пожарная опасность кабельных линий 20
1.2.2. Анализ современных кабельных изделий 23
Выводы 28
Глава 2. Анализ существующих критериев выбора сечений кабелей с точки зрения пожарной безопасности 30
2.1. Обзор существующих критериев выбора и проверки сечения токоведущих жил кабелей до 1 кВ 30
2.1.1. Допустимый нагрев токоведущих жил кабелей и проводов 31
2.1.2. Условие соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты 33
2.1.3. Допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемника в нормальном режиме работы 34
2.1.4. Допустимое отклонение напряжения в режиме пуска электродвигательной нагрузки 36
2.1.5. Чувствительность защиты к токам короткого замыкания 37
2.1.6. Технико-экономические аспекты выбора сечений токоведущих жил кабельных изделий 39
2.1.7. Термическая стойкость к токам короткого замыкания 41
2.2. Анализ критериев выбора и проверки сечения токоведущих жил кабелей до 1кВ с точки зрения пожарной безопасности 42
Выводы 46
Глава 3. Исследование влияния аппаратов защиты на пожароопасность кабельных линий до 1 кВ 47
3.1. Анализ теории воспламенения полимерных материалов изоляции кабельных изделий до 1кВ 47
3.1.1. Воспламенение полимерных материалов изоляции при токах перегрузки или КЗ на участке, удаленном от зоны замыкания 47
3.1.2. Воспламенение полимерных материалов изоляции в зоне замыкания 49
3.2. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на пожарную опасность кабельных линий распределительных сетей до 1 кВ 53
3.2.1. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на вероятность воспламенения изоляции кабельного изделия 54
3.2.2. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на возникновение частиц металлов при КЗ 61
3.2.3. Эффективность защиты распределительных сетей до 1кВ выполненной в соответствии с существующими нормативными требованиями 67
3.3. Исследование чувствительности аппаратов защиты к токам однофазных КЗ в распределительных сетях до 1кВ 68
3.3.1. Особенности построения защиты от токов однофазного КЗ в распределительных сетях до 1кВ 68
3.3.2. Экспериментальное исследование чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1кВ 71
3.4. Разработка мероприятий по повышению быстродействия защиты от однофазных КЗ 77
3.4.1. Условие чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам однофазного КЗ 79
3.4.2. УЗО дифференциального типа и его влияние на снижение пожарной опасности 80
3.4.3. Специальная защита от однофазных КЗ 82
3.4.4. Автоматические выключатели с токоограничивающим эффектом 85
Выводы 89
Глава 4. Разработка методики выбора сечений кабельных линий с учетом чувствительности защит к токам однофазного КЗ 91
4.1. Выбор критериев расчета 91
4.2. Разработка алгоритма расчетно-экспериментального исследования 98
4.3. Разработка программы расчета 100
4.4. Расчетно-экспериментальные исследования 105
4.5. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил с учетом чувствительности токовой отсечки к однофазным КЗ 111
Выводы 113
Заключение 114
Список литературы 116
Приложение 1 124
Приложение 2 125
- Анализ статистики пожаров, причиной которых послужили электротехнические устройства
- Допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемника в нормальном режиме работы
- Воспламенение полимерных материалов изоляции в зоне замыкания
- Расчетно-экспериментальные исследования
Введение к работе
К распределительным сетям до 1 кВ, как и к системе электроснабжения в целом, кроме требований надежности и экономичности принимаемых решений, прежде всего, должны предъявляться требования по обеспечению безопасности для жизни и здоровья людей, а также требования по взрывопожаробезопасности, связанные как с возникновением, так и с распространением пожара.
Пожарная опасность электротехнических устройств и изделий является всеобщей для различных видов деятельности человека. Она связана с другими видами опасностей, усугубляя их, влияет на их развитие, инициирует и приводит к опасным последствиям.
Согласно отечественной и зарубежной статистике, значительная доля пожаров во всем мире связана с производством, преобразованием, трансформацией, передачей, распределением электрической энергии и преобразованием ее в другие виды энергии (более 30% от общего числа пожаров).
Анализ статистических данных показывает, что в настоящее время наиболее пожароопасным видом электротехнических изделий являются кабельные изделия (здесь, и в дальнейшем, термин «кабельные изделия» в соответствии с ГОСТ 15845-80 [1] употребляется для обобщения трех видов электротехнических изделий - кабели, провода, шнуры), как по числу происшествий (более 60%), так и по числу погибших (более 30%) и пострадавших (более 40%). Количество пожаров от этого вида источника пожара остается ежегодно примерно одинаковым. В связи с этим, решение проблемы снижения пожарной опасности кабельных сетей и разработка эффективных средств защиты, является актуальной задачей.
Как показывает практика, наиболее пожароопасными являются кабельные линии и электропроводки распределительных и групповых сетей до 1 кВ. Пожароопасность указанных сетей объясняется рядом факторов:
? неудовлетворительным техническим состоянием, находящихся в эксплуатации электрических сетей низкого напряжения;
? низким качеством электроприборов и несоответствием их стандартам безопасности;
? отсутствием эффективных служб контроля безопасной эксплуатации электроустановок;
? несоблюдением правил пожарной безопасности при эксплуатации бытовой техники;
весьма низкой эффективностью аппаратов защиты. Основными причинами, приводящими к загоранию кабельных изделий, являются аварийные режимы работы кабельных линий и электропроводок - перегрузки и короткие замыкания (КЗ). Наиболее опасными проявлениями аварийного режима работы являются:
? недопустимый перегрев токоведущих жил, в результате протекания сверхтоков;
? электрический дуговой разряд в зоне КЗ, как высокотемпературный источник зажигания (5000°С + 8000°С).
Наличие аппаратов защиты, выбранных в соответствии с существующими нормативными требованиями, как правило, позволяют отключить место возникновения КЗ или перегрузки, но не всегда гарантирует безопасное протекание аварийных режимов, и отсутствие проявления пожароопасных факторов. Обусловлено это, прежде всего, недостаточной чувствительностью и быстродействием аппаратов защиты применяемых в распределительных и групповых сетях до 1 кВ.
В настоящее время, в России ведется активное внедрение устройств защитного отключения (УЗО) в качестве эффективного противопожарного средства защиты кабельных линий и электропроводок.
Однако массовое применение УЗО на промышленных объектах вызывает ряд проблем:
s номинальные токи таких устройств не превышают 125А, что не покрывает весь диапазон необходимых токов аппаратов защиты используемых в распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий; S данные устройства не обладают достаточной устойчивостью к высоким токам КЗ на промышленных объектах. Данные обстоятельства приводят к необходимости поиска других, альтернативных технических решений обеспечения пожарной безопасности эксплуатации кабельных линий и электропроводок на промышленных предприятиях. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.
Целью диссертационной работы является разработка методов и способов повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации распределительных и групповых сетей СЭС промышленных предприятий и объектов.
Для достижения данной цели в работе решались следующие задачи:
1. Анализ и классификация существующих критериев выбора сечений кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ.
2. Исследование влияния параметров аппаратов защиты, используемых в распределительных сетях промышленных предприятий,
на пожарную опасность кабельных линий и электропроводок до 1кВ.
3. Оценка чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1кВ.
4. Разработка способов повышения быстродействия защиты от токов однофазного КЗ с целью повышения пожарной безопасности кабельных сетей.
5. Разработка методики выбора способа защиты кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1кВ, с учетом быстродействия отключения однофазных КЗ.
6. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил кабеля соответствующего выбранному способу защиты кабельной линии (электропроводки).
Методы исследования: Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в электротехнике, теории электрических цепей и электрических сетей, положения основ теории электроснабжения. Использовалось теоретическое и машинное моделирование.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается корректностью постановки задачи и хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами машинного моделирования и экспериментальными данными.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к однофазному КЗ.
2. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимальную длину кабельной линии.
3. Предложен принципиально новый подход к выбору сечений кабельных линий и электропроводок, позволяющий оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.
4. Предложенная программа позволяет определить область, в пределах которой выбор «завышенного» сечения экономически оправдан и при этом обеспечивается надежная защита от однофазных КЗ.
Практическая ценность работы:
1. Предложены практические рекомендации повышения быстродействия существующих защит, с целью повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ.
2. Разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.
3. Разработана методика выбора сечения кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1кВ с учетом чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам КЗ.
4. Методика выбора целесообразного способа защиты от однофазных КЗ и соответствующего сечения кабельной линии внедрена в практику проектирования ОАО «ВНИПИнефть».
5. Предлагаемая методика использована при проектировании распределительной кабельной сети комбинированной установки сернокислотного алкилирования с блоком изомеризации н.бутана ЗАО «Рязанская НПК».
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на:
- девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2003г.);
- десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2004г.);
- одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2005г.);
- всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение, электрооборудование, электроника» (Оренбург, 2005г.);
- на научно-технических семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 128 страниц, 23 рисунка, 11 таблиц. Список литературы включает 74 наименования.
Анализ статистики пожаров, причиной которых послужили электротехнические устройства
В общем случае, пожар - это случайное событие, возникновение которого связано с вероятностью появления в данной точке (зоне) пространства или оборудования горючего материала, окислителя и источника зажигания.
На большинстве промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, жилых, общественных, административных и других зданиях и сооружениях горючие материалы (вещества) и окислитель (кислород воздуха) присутствуют постоянно. В этих условиях основным, а часто единственным фактором предотвращения пожара является исключение источников зажигания или доведение их энергии до безопасного уровня.
Источник зажигания можно охарактеризовать, как средство энергетического воздействия с достаточной для зажигания температурой, энергией и длительностью действия, инициирующее возникновение горения. Его проявления многообразны, и имеют вероятностный характер.
Воспламенение изоляции кабельных изделий обусловлено рядом причин. На основании анализа возможных аварийных ситуаций в распределительных кабельных сетях и электропроводках, можно выделить следующие причины воспламенения изоляционных материалов кабельных изделий [6,7]: 1. Перегрев токоведущих жил током КЗ, причиной которого послужил: пробой изоляции повышенным напряжением, в том числе от грозовых перенапряжений; пробой изоляции в месте образования микротрещин как заводского дефекта; пробой изоляции в месте механического повреждения при монтаже или эксплуатации; пробой изоляции в результате старения изоляции кабельного изделия; пробой изоляции в месте локального внешнего или внутреннего перегрева; пробой изоляции в месте локального повышения влажности или агрессивности среды; случайное соединение токопроводящих жил кабелей и проводов между собой или соединение токопроводящих жил на землю; умышленное соединение токопроводящих жил кабеля или проводников между собой или соединения их на землю; 2. Перегрев токоведущих жил током перегрузки в результате: подключения потребителя завышенной мощности; перегрузки технологического оборудования, а также изменения технологического процесса; появления значительных токов утечки между токоведущими жилами, и токоведущими жилами и землей (корпусом), в том числе на распределительных устройствах за счет снижения величины электроизоляции; 3. Перегрев мест переходных соединений в результате: ослабления контактного давления в месте существующего соединения двух или более токопроводящих жил, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления; окисления в месте существующего соединения двух или более проводников, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления. 4. Горение электрической дуги на каком-либо участке цепи, вызван ное током КЗ (см. п.1). Анализ изложенных причин воспламенения кабельных изделий приводит к тому, что, несмотря на все многообразие первичных физических явлений и проявлений аварийных ситуаций, приводящих к нагреву горючего материала изоляции до температуры самовоспламенения, можно выделить два основных фактора пожароопасного проявления электрического тока: 1. Высокая температура токоведущих жил, вызванная протеканием сверхтоков КЗ и перегрузки. 2. Горение в зоне замыкания электрической дуги, как высокотемпературного источника зажигания. Аварийные режимы в распределительных сетях представляют опасность не только с точки зрения возможности зажигания собственной изоляции, но также и за счет выброса из зоны замыкания частиц металлов, которые, разлетаясь на значительные расстояния, могут явиться причиной загораний, пожаров и взрывов. Многочисленными исследованиями было установлено, что причиной образования частиц металлов является «электрический взрыв» жидкой перемычки проводниковых материалов, возникающий в зоне КЗ [8,9]. Условием взрыва перемычки является неравенство [7]:
Допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемника в нормальном режиме работы
Соблюдение температурных режимов, в нормальном режиме работы, при протекании расчетных токов нагрузки, обеспечивается выбором минимального сечения токоведущих жил в соответствии с условием (2.3). В режиме возможной перегрузки, превышающей длительно допустимый ток выбранного сечения, допустимый температурный режим обеспечивается соответствием выбранного сечения аппарату максимальной токовой защиты, по условию (2.4). Таким образом, сечение токоведущих жил кабелей выбирается как большая величина из соотношений (2.3) и (2.5).
Наибольшую пожарную опасность в электротехнических изделиях представляют токи КЗ. В результате КЗ возникают токи, в десятки раз превышающие номинальные значения, а, следовательно, возникает значительный перегрев токоведущих жил кабельных линий и электропроводок. Здесь, особое внимание заслуживает опасность длительного протекания чрезмерных токов КЗ, вызывающих воспламенение изоляции по всей длине.
Но и токи не вызывающие перегрев токоведущих жил, достаточный для воспламенения изоляции по всей длине кабельной линии, также могут быть опасными. Электрическая дуга в месте повреждения, если она продолжительное время не отключается, способна вызвать местное воспламенение изоляции.
В практике эксплуатации и проектирования электроустановок во многих случаях идут на некоторое увеличение номинального тока срабатывания аппаратов защиты. Например, для устранения ложных отключений от допустимых кратковременных перегрузок, либо для достижения селективности по отношению к ниже стоящим аппаратам защиты. В результате аппарат защиты может оказаться нечувствительным к токам КЗ, что вызывает длительное существование пожароопасного режима.
Таким образом, проверка аппаратов защиты на отключение токов КЗ становится необходимой, а во взрывоопасных и пожароопасных установках она чрезвычайно важна. Согласно [6], отключение токов КЗ в конце защищаемой линии будет обеспечено, если выполняются условия (2.11 -2.14). Некоторыми специалистами [34-39], в целях повышения пожарной безопасности кабельных линий распределительных сетей до 1кВ, рекомендуется проверка кабелей на термическую стойкость при КЗ. Данные утверждения не имеют достаточного научного обоснования. Ведь понятие термической стойкости для кабельных изделий характеризует сохранность физико-химических свойств изоляции, и возможность его дальнейшего использования, после устранения аварийной ситуации. Кроме того, значение минимально допустимого сечения по условию термической стойкости (2.18), определяется из условия [40]: где &к- температура нагрева токоведущей жилы к моменту отключения КЗ, С; 0КДОП- предельно допустимая температура нагрева при КЗ (150С для кабелей с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией), С. А согласно [41], температура самовоспламенения поливинилхлоридной изоляции составляет 390С, а изоляции из электротехнической резины - 350С. Также необходимо отметить, что самовоспламенение изоляции кабельного изделия во многом зависит не только от температуры источника зажигания (перегретой токоведущей жилы), но и от длительности воздействия источника зажигания на изоляцию кабельного изделия. Как известно, при продолжительности КЗ до 1с (что соответствует времени срабатывания защиты в распределительных сетях до 1 кВ), процесс нагрева жилы считается адиабатическим, т.е. практически без передачи тепла в окружающую ее изоляцию. Таким образом, температура поверх -45-ности изоляционного покрова (место возможного воспламенения) к моменту отключения аварийного тока не достигнет предельных для нее значений. На практике, выбор минимально допустимого сечения токоведущих жил кабелей и проводов по термической стойкости связан со значительным завышением сечений кабельных линий и электропроводок, а в некоторых случаях, даже невозможностью обеспечения термической стойкости электропроводки. Наиболее остро данная проблема стоит в распределительных сетях с высоким уровнем токов КЗ. Завышение сечения кабельных изделий кроме огромных капиталовложений, также приводит к проблемам проведения электромонтажных работ, связанных с подключением к электрооборудованию, т.к. вводные устройства электрооборудования не рассчитаны на подключение таких сечений. Некоторыми предпосылками обеспечения пожаробезопасности кабельных изделий обладает отраслевой, внутриведомственный документ РАО «ЕЭС России» - циркуляр №Ц-2-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания» от 15 марта 1998г. [42]. Данный циркуляр определяет методику проверки по условию невозгорания силовых кабелей напряжением до 10 кВ, проложенных в кабельных сооружениях энергетических объектов. Суть данной методики заключается в следующем: температура токопроводящих жил, после воздействия тока короткого замыкания, не должна превышать, для кабельных изделий с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией, температуры 350С. Однако, кабель, удовлетворяющий как условию невозгораемости, в соответствии с [42], так и условию термической стойкости, не обеспечивает достаточной пожарной безопасности. Обусловлено это тем, что данными условиями не учтена зажигательная способность электрической -дуги в зоне замыкания, которая является одним из главных источников зажигания в кабельных линиях и электропроводках. Другим, не менее важным условием обеспечения пожарной безопасности электропроводок и кабельных линий, кроме исключения появления источника зажигания в горючем материале кабельных изделий, является соблюдение требований к видам и способам прокладки [2,43]. Для исключения распространения горения по трассе используются различные огнепреградительные устройства в виде огнепреградительных поясов и перегородок из огнезащитных материалов, располагаемых по длине трассы, а также в местах прохода через стены и перекрытия. Перспективным, в настоящее время, является использование кабельных изделий, не распространяющих горение (анализ кабельных изделий с улучшенными показателями пожарной безопасности см. 1.2.2.).
Воспламенение полимерных материалов изоляции в зоне замыкания
Аварийные режимы в кабельных линиях представляют опасность не только с точки зрения возможности воспламенения собственной изоляции, но, также, и за счет выброса из зоны замыкания частиц металлов, которые, разлетаясь на значительные расстояния, могут явиться причиной загораний, пожаров и взрывов.
Возможность выполнения защиты от данного фактора пожарной опасности кабелей и проводов основывается на концепции о существовании критического времени действия аварийных токов, в течение которого расплавление жилы провода, а, следовательно, и появления пожароопасных частиц металлов исключается. При этом роль ограничителя длительности аварийных токов выполняет аппарат защиты.
Исследования по определению критических значений длительности токов КЗ, при которых не происходит образования частиц металла в зоне замыкания, проводились ВНИИПО МЧС России [7,63]. Экспериментальные исследования проводились путем моделирования места КЗ замыкающимися токопроводящими жилами проводов АПВ 1x2,5мм2 и АПВ 1x4мм2 в двух режимах КЗ: глухом металлическом (провода замыкались постоянным усилием перед подачей напряжения) и дуговом (замыкались провода, находящиеся под напряжением).Наличие (отсутствие) выброса частиц металла из зоны КЗ оценивалось визуально.
Результатом проведенных экспериментальных исследований явилось определение критических значений длительности токов КЗ, при которых не происходит образования частиц металла в зоне замыкания, при глухом металлическом и дуговом КЗ, для проводов АПВ 1x2,5 мм2 и АПВ 1x4 мм2.
Пользуясь этими данными, можно подобрать времятоковые характеристики аппаратов защиты таким образом, чтобы они лежали левее и ниже полученных экспериментальных значений, что исключает искрообразование при КЗ, а, следовательно, снижает пожарную опасность электропроводок и кабельных линий.
На основании экспериментальных данных, полученных ВНИИПО МЧС России, в данной диссертационной работе, автор провел исследование влияния времятоковых характеристик аппаратов защиты, используемых в распределительных сетях до 1 кВ, на возникновение частиц металлов в зоне замыкания. Основные результаты исследования проиллюстрированы на рис. 3.7 и 3.8.
На рис. 3.8 представлены времятоковые характеристики образования частиц металла в зоне дугового, и глухого металлического КЗ, для провода АПВ 1x2,5 мм2, а также времятоковые характеристики аппаратов защиты, выбранных в соответствии с нормативными требованиями. Взаимное расположение времятоковых характеристик показывает, что при защите выполненной автоматическими выключателями существует вероятность образования частиц металлов в зоне работы теплового расцепителя, и зависит от разброса защитных характеристик автоматического выключателя. При защите выполненной предохранителем полностью исключается образование частиц металлов. Аналогичный результат получен при защите выполненной автоматическим выключателем с током электромагнитной отсечки 3-51н (рис. 3.7.а).
На рис.3.8 изображены времятоковые характеристики образования частиц металла в зоне дугового, и глухого металлического КЗ, для провода АПВ 1x4 мм2, а также времятоковые характеристики защитных аппаратов, соответствующих данному сечению провода. Взаимное расположение данных характеристик показывает, что при выполнении защиты электропроводки автоматическими выключателями, последние не обеспечивают защиту от образования и выброса из зоны КЗ пожароопасных частиц металлов. При выполнении защиты предохранителем, однозначного ответа об эффективности дать нельзя, поскольку эффективность защиты будет зависеть от разброса защитной характеристики предохранителя.
При сравнении времятоковых характеристик образования частиц металла для проводов АПВ 1x2,5 мм2 и АПВ 1x4 мм2, получен несколько неожиданный результат. Как видно из рис. 3.9., характеристика образования частиц металла при дуговом КЗ в проводе АПВ 1x4 мм2, лежит ниже аналогичной кривой для провода АПВ 1x2,5 мм2. С физической точки зрения данный факт не находит должного объяснения. Можно высказать предположение, что при одних и тех же кратностях тока КЗ, достаточного для возникновения дугового разряда, в проводнике большего сечения создаются наиболее благоприятные условия для поверхностного оплавления и выброса металла из зоны КЗ. В тоже время, полное время расплавления токопроводящей жилы сечением 4 мм2, при прочих равных условиях, остается большим, чем у жилы сечением 2,5 мм2.
Таким образом, можно предположить, что вероятность образования и выброса частиц металла из зоны дугового КЗ не зависит от сечения токопроводящей жилы кабельного изделия.
Расчетно-экспериментальные исследования
Существует область, в пределах которой, завышение сечения по условию чувствительности токовой отсечки автоматического выклю чателя к токам однофазного КЗ экономически оправдана. В табл. 4.1.-4.4. область, соответствующая зоне экономически целесообразного завышения сечения, выделена цветом. Необходимо отметить, что при использовании кабеля с алюминиевыми жилами данная зона существенно шире, чем при использовании кабелей с медными жилами. Данное обстоятельство объясняется следующим. Стоимость кабельных изделий с алюминиевыми жилами значительно ниже стоимости кабельных изделий соответствующего сечения с медными жилами (3 4 раза), тогда как сопротивление, а, следовательно, потери электроэнергии в кабельных изделиях с медными жилами ниже всего лишь в 1,5 раза. Кроме того, наблюдается сужение зоны экономически целесообразного завышения сечения при увеличении нагрузки кабельной линии, что связано с тем что, плотность длительно допустимого тока у сечений большего сечения значительно меньше плотности тока более мелких сечений, таким образом, потери электроэнергии, составляющие значительную часть выражения (4,17), значительно меньше, чем у сечений небольшого сечения. 2. Существует некая критическая длина кабельной линии, в пределах которой, наиболее целесообразно, в качестве защиты от однофаз ных КЗ использовать токовую отсечку автоматического выключате ля. Данная критическая длина составляет: для кабелей с алюминиевыми токоведущими жилами - 200 м; для кабелей с медными токоведущими жилами - 120 м. В случае превышения указанной критической длины кабельной линии, целесообразно использование специальных защит от однофазных КЗ (выносной релейной защиты, использование специальных блоков защит и автоматических выключателей с выделенной функцией защиты от однофазных КЗ). 4.5. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил с учетом чувствительности токовой отсечки к однофазным КЗ Для выбора целесообразного способа защиты от однофазных КЗ и соответствующего ему сечения токоведущих жил кабеля была разработана методика, которая включает в себя 2 этапа. 1 этап - расчет максимально допустимой длины кабельной линии и определение области оптимальных решений. На первом этапе проектировщик для заданного узла распределительной сети (распределительного щита, силового пункта и т.п.) выполняет расчет максимально допустимой длины кабельной линии с учетом чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к току однофазного КЗ в конце линии для каждого из электроприемников. Расчет проводится с помощью программы «ОПТИМА». Исходными данными для выполнения расчета являются: s номинальное напряжение распределительной сети, В; s значение допустимых потерь напряжения на участке кабельной линии в нормальном режиме работы, %; s значение допустимых потерь напряжения на участке кабельной линии в режиме пуска электродвигательной нагрузки, %; У поправочный коэффициент на условия прокладки кабельной линии; s марка выбираемого кабеля; s стоимость электроэнергии, руб/кВтч; s число часов работы данного электрооборудования, ч/год. Результаты расчета представляются в виде табличной зависимости предельной длины кабельной линии (для выбранных условий), от рас четной мощности нагрузки и сечения кабельной линии. Желтым цветом в таблице выделена область целесообразного завышения сечений кабельной линии с экономической точки зрения. 2 этап - выбор способа защиты кабельной линии от однофазных КЗ. и соответствующего сечения токоведущих жил кабельной линии. На основании полученных на первом этапе таблицы можно провести выбор целесообразного способа защиты от однофазных КЗ, а также соответствующего способу защиты сечения кабельной линии. Исходными данными для выбора являются мощность электроприемника и длина кабельной линии. Выбор производится следующим образом. Для заданной расчетной мощности электроприемника и длины кабельной линии по таблице критической длины производится сравнение фактической длины кабельной линии и максимальной длины для каждого из сечений. В случае если фактическая длина кабельной линии находится в зоне выделенной цветом, наиболее целесообразным является применение в качестве защиты от однофазных КЗ токовую отсечку автоматического выключателя. Необходимое сечение соответствует Lmax. В случае если фактическая длина кабельной линии выходит из зоны выделенной цветом, наиболее целесообразным является применение специальных защит от однофазного КЗ (выносной защиты, автоматических выключателей с блоком ТТНП или функцией защиты от однофазных КЗ). Выбор сечения кабельной линии производится без учета критерия чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к токам однофазного КЗ (3.6). 1. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономиче ские показатели. В качестве обобщенного технического крите рия предложено использовать максимальную длину кабельной линии, удовлетворяющую следующему условию Lmax — Т " lLmaxAUH тахдііп» -тахОКЗ- " 2. Разработаны алгоритм и программа расчета «ОПТИМА» для определения Lmax с учетом технических и экономических критериев. 3. Проведенные исследования показали, что существует область, в пределах которой выбор завышенного сечения экономически оправдан. При этом обеспечивается надежная и быстродействующая защита кабельной линии от однофазных КЗ с помощью автоматических выключателей. 4. Разработана методика, позволяющая оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.
