Российское акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС РОССИИ» ДЕПАРТАМЕНТ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ ДИРЕКЦИЯ ПО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКЕ _________ № _________ на № ________ от 16.03.98 О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания

ЦИРКУЛЯР № Ц-02-98 (Э)

Настоящий Циркуляр определяет методику проверки по условиям невозгорания силовых кабелей напряжением до 10 кВ, проложенных в кабельных сооружениях энергетических объектов.

В результате длительного протекания тока короткого замыкания (КЗ) по кабелям при отключении присоединений действием резервных защит имели место пожары в кабельных хозяйствах электростанций вследствие нагрева токопроводящих жил кабелей до температур, при которых происходили разрывы оболочек и разрушения концевых заделок с возгоранием кабелей.

При испытании на возгорание силовых кабелей напряжением до 6 кВ токами КЗ длительностью до 4 с установлено, что разрыв оболочек, разрушение концевых заделок и возгорание кабелей не происходит, если температура токопроводящих жил не превышает 350 °С для небронированных кабелей с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией и 400 °С для бронированных кабелей с пропитанной бумажной изоляцией и кабелей с изоляцией из вулканизированного полиэтилена.

С целью повышения надежности работы электроустановок и предотвращения пожаров в кабельных сооружениях энергетических объектов в дополнение к требованиям гл. 1.4 «Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания» «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ), шестое издание (М.: Энергоатомиздат, 1985) Дирекция по научно-технической политике

ПРЕДЛАГАЕТ:

1. На действующих энергетических объектах:

1.1. Проверить по условиям невозгорания силовые кабели при КЗ в начале кабельной линии и при действии резервной защиты. Допускается принимать расчетные токи КЗ на расстоянии 20 м от начала кабельной линии напряжением до 1 кВ и 50 м от начала кабельной линии напряжением 6 - 10 кВ.

Значения расчетных температур нагрева токопроводящих жил кабелей при проверке на невозгорание и при определении пригодности кабелей к дальнейшей эксплуатации приведены в таблице.

Значения расчетных температур нагрева токопроводящих жил кабелей при проверке на невозгорание и при определении пригодности кабелей к дальнейшей эксплуатации при длительности токов КЗ до 4 с

1.2. При получении расчетных значений температур выше указанных в гр. 2 таблицы предусмотреть:

изменение уставок защит;

замену защит быстродействующими;

изменение схемы питания.

Если данные мероприятия не могут быть применены или не дают положительных результатов, необходимо заменить кабели или их начальные участки кабелями с увеличенным сечением токопроводящих жил.

1.3. После каждого воздействия токов КЗ выполнять расчет температуры токопроводящих жил кабелей и определять пригодность кабелей к дальнейшей эксплуатации, руководствуясь следующим:

при температурах нагрева токопроводящих жил кабелей, не превышающих значений, указанных в гр. 3 таблицы, кабели пригодны к дальнейшей эксплуатации;

при температурах нагрева токопроводящих жил в интервалах значений, указанных в гр. 3 и 4 таблицы, допускается эксплуатация кабелей в течение 1 года. Такие кабельные линии перед включением в работу должны быть дополнительно осмотрены, в доступных местах отремонтированы (при необходимости) и испытаны выпрямленным напряжением 4U_ном в течение 5 мин;

при температурах нагрева токопроводящих жил кабелей, превышающих значения, указанных в гр. 4 таблицы, кабели считаются к дальнейшей эксплуатации непригодными и должны быть заменены.

1.4. Применять нанесение огнезащитных покрытий как средство пожаростойкости, предусмотренное требованиями «Инструкции по проектированию противопожарной защиты энергетических предприятий: РД 34.49.101-87 (М.: Информэнерго, 1987) и Информационным сообщением от 31.08.88 г. № 18-41/1 «О применении ОЗП кабельных сооружений».

1.5. Проводить для пучков из двух параллельно включенных кабелей и более проверку на невозгорание любого кабеля пучка в соответствии с п. 1.1.

2. На вновь проектируемых и реконструируемых энергетических объектах:

2.1. Применять силовые кабели сечением 70 мм² и выше с многопроволочными алюминиевыми жилами.

2.2. При выпуске рабочей проектной документации выполнять требования п/п. 1.1, 1.4 и 1.5.

3. Расчет температуры токопроводящих жил кабелей выполнять в соответствии с приложением 1.

4. Расчет токов КЗ и тепловых импульсов выполнять в соответствии с приложением 2.

С выходом настоящего Циркуляра аннулируется Циркуляр № Ц-03-95 (Э) от 30 июня 1995 г. «О проверке кабелей на невозгорание при действии тока короткого замыкания в сетях собственных нужд электростанций».

Приложение 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ЖИЛ КАБЕЛЯ ТОКОМ КЗ

Для определения температуры нагрева жил кабеля при действии тока КЗ длительностью до 4 с рекомендуется пользоваться прилагаемой номограммой (см. рисунок).

Номограмма построена на основании уравнения (1), выражающего зависимость температуры жилы непосредственно после КЗ от температуры жилы до КЗ, режима КЗ, конструктивных и тепло-физических параметров жилы:

                                                                               (1)

где  - температура жилы в конце КЗ, °С;

 - температура жилы до КЗ, °С;

а - величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 °С, равная 228 °С.

                                                                                                 (2)

где в - постоянная, характеризующая теплофизические характеристики материала жилы, равная для алюминия 45,65 мм⁴/(кА² · с) и для меди 19,58 мм⁴/(кА² · с);

 - интеграл Джоуля или тепловой импульс от тока КЗ, кА² · с;

S - сечение жилы, мм².

На номограмме по горизонтальной оси отложены значения температуры жилы до КЗ (), а по вертикальной - значения температуры после КЗ () для значений коэффициента к, характеризующего взаимосвязь между тепловым импульсом, сечением жилы и теплофизическими характеристиками материала жилы.

Значение начальной температуры жилы до КЗ может быть определено по формуле

                                                                    (3)

где  - фактическая температура окружающей среды во время КЗ, °С;

 - значение расчетной длительной допустимой температуры жилы, °С, равная для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1 кВ - 80 °С, 6 кВ - 65 °С и 10 кВ - 60 °С, для кабелей с пластмассовой изоляцией 70 °С и для кабелей с изоляцией из вулканизированного полиэтилена 90 °С;

Номограмма для выбора силовых кабелей

 - значение расчетной температуры окружающей среды (воздуха) 25 °С;

 - значение тока перед КЗ, А;

 - значение расчетного длительно допустимого тока, А, в соответствии с табл. П1.1 и П1.2.

Таблица П1.1

Значения расчетных длительно допустимых токов для кабелей с медными и алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией, прокладываемых в воздухе

Примечания: 1. Нагрузки для кабелей с алюминиевыми жилами указаны в знаменателе.

2. Нагрузки для трехжильных кабелей 1 кВ действительны и для четырехжильных кабелей с нулевой жилой меньшего сечения.

3. Нагрузки для четырехжильных кабелей с жилами равного сечения определяются умножением нагрузок для трехжильных кабелей на коэффициент 0,93.

Таблица П1.2

Значения расчетных длительно допустимых токов для кабелей на напряжение 1 кВ с резиновой и пластмассовой изоляцией, с медными и алюминиевыми жилами, прокладываемых в воздухе

Примечания: 1. Нагрузки для кабелей с алюминиевыми жилами указаны в знаменателе.

2. Нагрузки для кабелей с резиновой изоляцией определяются умножением нагрузок, приведенных в таблице, на коэффициент 0,95.

3. Нагрузки для кабелей с изоляцией из вулканизированного полиэтилена определяются умножением нагрузок, приведенных в таблице, на коэффициент 1,16.

4. Нагрузки для одножильных кабелей даны для одного кабеля, проложенного открыто, а для двух, трех и четырех одножильных кабелей, проложенный в одной трубе, следует руководствоваться графами для двухжильных и трехжильных кабелей с учетом п.п. 5 и 6 при открытой электропроводке, а при скрытой электропроводке эти нагрузки должны быть умножены на коэффициент 0,85.

5. Нагрузки для трехжильных кабелей действительны и для четырехжильных кабелей с нулевой жилой меньшего сечения.

6. Нагрузки для четырехжильных кабелей с жилами равного сечения определяются умножением нагрузок для трехжильных кабелей на коэффициент 0,882.

В режиме АПВ и АВР значения начальной температуры принимаются равными значению температуры после первого воздействия тока КЗ.

По номограмме могут быть определены:

значение  для данного режима КЗ (теплового импульса) в режимах без АПВ и АВР и с АПВ и АВР;

допустимое значение теплового импульса в кабеле по заданным условиям (температурам) термической стойкости и возгорания кабелей;

сечение кабелей для данного значения теплового импульса и заданных условий (температур) термической стойкости и возгорания кабелей.

Определение . По режимам работы конкретной линии рассчитывают значение  и коэффициента к находят ординату точки пересечения вертикальной () и наклонной (к) линии и определяют значение . Так, для  = 50 °С и к = 0,7  = 330 °С.

Определение теплового импульса и сечения кабеля. Для допустимой температуры термической стойкости (или температуры возгорания) и установленного по режимам работы значения  в точке пересечения горизонтальной и вертикальной линий определяют значение коэффициента к и по формуле (2) рассчитывают или значение теплового импульса, или значение сечения жилы кабеля.

Приложение 2

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ТЕПЛОВЫХ ИМПУЛЬСОВ

При проверке кабелей на невозгорание расчет токов КЗ и тепловых импульсов (интегралов Джоуля) следует проводить, руководствуясь ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ», ГОСТ 27514-87 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ» и ГОСТ 30323-95 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания», а также «Методическими указаниями по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияний электрической дуги» (М.: СПО ОРГРЭС, 1993).

1. Расчет токов КЗ

При проверке кабелей на невозгорание рассчитывается ток трехфазного металлического короткого замыкания в начале проверяемого кабеля.

При этом допускается принимать точку КЗ за отрезками кабеля длиной 50 м от начала (кабели напряжением до 10 кВ) и 20 м (кабели до 1 кВ).

Расчет токов КЗ для проверки кабелей на невозгорание проводить с учетом следующего:

1.1. Учитывается влияние тока подпитки от асинхронных электродвигателей на полный ток КЗ:

в сети 0,4 кВ - в том случае, если суммарный номинальный ток одновременно включенных электродвигателей превышает 10 % начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей. При этом следует учитывать электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ, а также электродвигатели секций, объединяемых действием АВР;

в сети 6 кВ - учитывать одновременно включенные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если они не отделены от точки КЗ токоограничивающими реакторами или силовыми трансформаторами.

1.2. Ток подпитки места КЗ от асинхронных электродвигателей рассчитывается без учета апериодической составляющей.

1.3. В расчетах периодической составляющей тока подпитки места КЗ от асинхронных электродвигателей 6,0 кВ допускается не учитывать их активное сопротивление.

1.4. В расчетах сети 0,4 кВ учитывается сопротивление электрической дуги в месте КЗ и увеличение активных сопротивлений кабелей от протекающего тока трехфазного КЗ по ГОСТ 28249-93 (табл. 2) и по «Методическим указаниям по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги».

1.5. Электродвигатели 0,4 кВ, подключенные ко вторичным сборкам, в расчетах не учитываются.

2. Расчет тепловых импульсов от токов КЗ

Тепловой импульс от тока КЗ определять как сумму интегралов Джоуля от периодической и апериодической составляющих тока КЗ по ГОСТ 30323-95.

За продолжительность КЗ принимать время от начала КЗ до его отключения (t_откл), равное времени действия резервной релейной защиты (в зоне которой находится проверяемый кабель) и полному времени отключения выключателя.

Для присоединений секций собственных нужд 6,0 и 0,4 кВ резервной защитой считать защиту ввода питания секции или трансформатора 6,0/0,4 кВ (токовая, дистанционная и другие защиты от многофазных КЗ).

При проверке кабелей на невозгорание для присоединений СН с асинхронными электродвигателями в точках КЗ, удаленных от генераторов и синхронных компенсаторов (отделены трансформаторами или реакторами), тепловой импульс (кА² · с) с временем отключения тока КЗ 0,4 с и более рассчитывается по формуле

где I_{по с} - начальное значение периодической составляющей тока КЗ от удаленных источников (система, генератор), кА;

Т_{а э} - эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от удаленных источников, равная 0,1 с для сети 6,0 кВ и 0,02 с для сети 0,4 кВ;

 - начальное значение периодической составляющей тока подпитки от асинхронных электродвигателей, равное сумме номинальных токов одновременно включенных электродвигателей, увеличенной в 4,5 раза для сети 0,4 кВ и в 5,5 раза для сети 6,0 кВ, кА.

ИНФОРМАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ

В настоящее время в энергосистемах страны все шире находят применение огнезащитные покрытия кабелей. Большой опыт их применения накопило Мосэнерго, и с 1984 г. целенаправленно проводится работа по покрытию кабельных трасс отечественными огнезащитными материалами.

Составом ОПК к середине 1988 г. покрыто на электростанциях около 80 %, а на подстанциях до 30 % всех кабельных трасс. На пяти электростанциях указанная работа завершена.

Применение ОПК является эффективным средством по предотвращению загорания кабельных трасс и распространения пожара.

Как показывает практика эксплуатации кабелей, покрытых ОПК, на коротких замыканиях как в вертикальном потоке, так и в горизонтальном распространения горения не происходит и в ряде случаев и не повреждаются соседние кабели.

Огнезащитный состав ОП выпускается Черновицким химическим заводом ПО «Укрлакокраска» Министерства химической промышленности ССР (г. Черновцы, ГСП-3, ул. М. Тореза 35, тел. 2-90-454).

Механизированное нанесение ОПК производится установкой «Щит» (ПО «Лакокраспокрытие», 14360, г. Хотьково, Московская обл.).

Управление пожарной безопасности, ВОХР и ГО Минэнерго СССР информационным письмом от 0.09.82 № 1/82 разъяснило порядок применения огнезащитного покрытия ОПК и разослало в энергосистемы «Рекомендации по применению огнезащитного покрытия ОПК для снижения пожарной опасности электрических кабелей», разработанные ВНИИПО МВД СССР и согласованные с ГУПО МВД СССР.

Наряду с ОПК, в Мосэнерго с 1987 г. Применяются пасты «Полисто-К» и «Полипласт-К» фирмы «Дунаменти» Венгерской народной республики. Указанные пасты закупаются через ВО «Загрантехэнерго» по заявкам энергосистемы комплектно с установкой по нанесению специальным распылителем «Униспрей», который позволяет регулировать факел от 0 до 90 - для нанесения пасты на труднодоступные места стенок кабелей. Эти пасты имеют хорошую виброустойчивость, не боятся масел, воды, долговечны, однако имеют небольшой срок хранения (6 и 12 месяцев) и даже в случае кратковременного замораживания к дальнейшему применению непригодны. С учетом опыта, накопленного предприятиями Минатомэнерго, Мосэнерго приняло решение по применению данных материалов по защите кабельных трасс в районе турбогенераторов для обеспечения сохранности цепей правления в случае разуплотнения масляных систем.

Государственная инспекция по эксплуатации электростанций и сетей предлагает:

1. Изучить опыт Мосэнерго и организовать широкое использование состава ОПК для защиты кабельных трасс, в первую очередь на энергообъектах, где затруднена эксплуатация автоматических систем пожаротушения, т.к. полное покрытие кабелей позволяет перевести системы пожаротушения на дистанционный пуск.

2. Применять состав ОПК для защиты силовых и контрольных кабелей, кабелей связи, блокировки и сигнализации, имеющие защитные оболочки из пластмасс и металла, эксплуатируемых в закрытых сухих и влажных электропомещениях при температуре от 5 до 50 °С.

3. Покрытия типа «Полиспас» применять для защиты кабельных трасс в районе турбогенераторов.

4. Принять к сведению, что наибольшие допустимые токовые нагрузки кабелей, покрытых огнезащитным составом, должны быть снижены на 2 - 7 % в зависимости от условия охлаждения кабельных трасс.

Главный инженер                                                                    А.Д. Щербаков

Рассылается по спискам:              1, 3 - 17, 6 - 10, 17, 18 -22 - по 1 экз.

                                                        Госинспекции по эксплуатации электростанций и сетей и Управлению пожарной безопасности, ВОХР и ГО - 10 экз.