Испытание на короткое замыкание

Компания CMP Products провела свыше 300 испытаний в условиях коротких замыканий в соответствии со стандартом IEC 61914, регулирующим использование кабельных скоб в электрооборудовании. Эти испытания проводились с учетом различных факторов, таких как различные максимальные КЗ, интервалы установки кабельных скоб, а также типы кабелей, что позволило с точностью подтвердить способность кабельных скоб выдерживать воздействие различных электромеханических сил в соответствии со стандартом IEC 61914. Компания CMP Products располагает техническими ресурсами, возможностями и инструментами, позволяющими сотрудничать со своими клиентами и поставлять специфические решения, отвечающие требованиям к эксплуатации в стандартных или нестандартных условиях. Компания CMP Products также имеет возможность проводить физические испытания в условиях короткого замыкания с использованием любых кабельных скоб и с учетом проектных условий, например: определенные типы и размеры кабелей, разные параметры и конфигурации тока короткого замыкания, кабельной скобы, точек крепления и интервалов установки кабельных скоб.

Испытание на способность выдерживать электромеханические нагрузки согласно стандарту IEC 61914.

Испытание на короткое замыкание проводится с учетом заявленных изготовителем или ответственным поставщиком пиковых значений тока ороткого замыкания (ip ), а также исходных симметричных среднеквадратичных значений тока короткого замыкания (I»k). При наличии в линейке нескольких моделей кабельных скоб определяются один или несколько классов (см. IEC 61914 — параграф 5.1). Для каждого класса проводятся испытания с кабелями, которые имеют наиболее подверженные воздействию посторонних сил размеры.

Испытания проводятся при температуре окружающей среды с учетом того, что она аналогична температуре, при которой планируется непрерывная эксплуатация изделия. Используется небронированный одножильный кабель с напряжением 600/1000 В с многожильным медным проводником. Сборка испытательного устройства осуществляется с использованием подобранных кабелей и кабельных скоб, которые подлежат испытанию. Данные обо всем используемом оборудовании и кабелях полностью документируются. После этого проводится испытание заявленной компоновки с учетом заявленного значения короткого замыкания.

На изображениях ниже представлены стандартные примеры испытательных стендов.

СТАНДАРТНАЯ КОМПОНОВКА СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ СИЛАМ В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ:

В целях испытания расположение кабелей может быть аналогично схеме на рис. 1 и рис. 2, или иметь любую другую конфигурацию, заявленную изготовителем или ответственным поставщиком.
Один конец испытуемой конструкции подключен к трехфазному источнику питания, а другой — шине короткого замыкания всеми тремя фазами. Кабель крепится минимум в 5 точках, расположенных на одинаковом расстоянии по всей кабельной линии. В случае использования промежуточных фиксаторов должны быть установлены минимум 4 кабельные скобы и минимум 3 промежуточных фиксатора. Кабельные скобы и промежуточные фиксаторы (если используются) должны находиться на одинаковом расстоянии друг от друга. Кабельные скобы крепятся на опорную поверхность, заявленную изготовителем (например, кабельная лестница), которая должна быть подобрана с учетом возникающих в процессе испытания электромеханических сил.
Следует тщательно рассчитать площадь поперечного сечения кабеля, поскольку она должна соответствовать силе и длительности воздействия испытательного тока.

Необходимо зафиксировать каталожные ссылки изготовителя или ответственного поставщика кабельных скоб и промежуточных фиксаторов (если используются), данные сборочной конструкции, определяющие интервалы установки скоб и промежуточных
фиксаторов, а также наружные диаметры кабелей, используемых для испытания.

Испытуемая конструкция будет подвержена трехфазному короткому замыканию длительностью не менее 0,1 с. Помимо самого процесса испытания, будут зафиксированы и прочие значимые данные.

IEC 61914, ПАРАГРАФ 9.5.2, КАБЕЛЬНЫЕ СКОБЫ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ФИКСАТОРЫ, КЛАССИФИЦИРОВАННЫЕ ПО СТАНДАРТАМ IEC 61914:2009, ПАРАГРАФ 6.4.3 / IEC 61914:2015, ПАРАГРАФ 6.4.4

(IEC 61914:2009, параграф 6.4.3 / IEC 61914:2015 параграф 6.4.4, устойчивость к воздействию электромеханических сил, способность выдерживать одно короткое замыкание)

Кабельные скобы и промежуточные фиксаторы, описанные в вышеупомянутых разделах, должны соответствовать следующим требованиям:

• недопустимо наличие дефектов, которые могут повлиять на предусмотренную способность удерживать кабели на месте;
• кабельные скобы и промежуточные фиксаторы (если используются) должны быть исправными, все компоненты должны быть на месте (допускается небольшая деформация);
• недопустимо наличие срезов или видимых повреждений внешней оболочки кабеля, вызванных кабельными скобами или промежуточными фиксаторами (если используются).

IEC 61914, ПАРАГРАФ 9.5.3, КАБЕЛЬНЫЕ СКОБЫ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ФИКСАТОРЫ, КЛАССИФИЦИРОВАННЫЕ ПО СТАНДАРТАМ IEC 61914:2009, ПАРАГРАФ 6.4.4 / IEC 61914:2015, ПАРАГРАФ 6.4.5

(IEC 61914:2009, параграф 6.4.4 / IEC 61914:2015, параграф 6.4.5, устойчивость к воздействию электромеханических сил, способность выдерживать более одного короткого замыкания)

Кабельные скобы и промежуточные фиксаторы, описанные в вышеупомянутых разделах, должны соответствовать параграфу 9.5.2. После воздействия второго короткого замыкания необходимо провести испытание на электрическую прочность, подав постоянный ток с минимальным напряжением 2,8 кВ в течение 60+5 –0 секунд согласно требованиям стандарта IEC 60060-1:1989, «Методы испытаний высоким напряжением — Часть 1: Основные понятия и требования к испытанию», параграф 13.1, «Требования к испытательному напряжению», а также параграф 14.1, «Испытания на электрическую прочность». Испытание на электрическую прочность должно проводиться между кабельными жилами и опорной рамой. Опорная рама должна быть приклеена
к системе заземления. Если кабели оснащены экранами или защитными приспособлениями, экраны или защитные приспособления необходимо склеить вместе, а также приклеить к опорной раме. Если кабели не оснащены экранами или защитными приспособлениями, рубашки или оболочки кабелей, а также опорные рамы необходимо предварительно увлажнить достаточным количеством воды, чтобы облегчить протекание тока вдоль наружных рубашек и оболочек. Рубашки и оболочки кабеля, а также опорные рамы должны предварительно увлажняться в течение 2+1 –0 минут перед испытанием. Следует использовать воду, удельное сопротивление которой составляет 100+15 –15 омметров. Замер удельного сопротивления необходимо измерять непосредственно перед началом испытания.

Кабели должны соответствовать требованиям испытания на электрическую прочность. На изоляции не должно быть повреждений.

РАСЧЕТ СИЛ, ВОЗНИКАЮЩИХ И ДЕЙСТВУЮЩИХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ (IEC 61914)

Характеристики тока, подающегося в процессе короткого замыкания, зависят от различных факторов, среди которых электрическая сепарация от генератора. На изображении ниже представлено соотношение показателей тока и времени, характерное для короткого замыкания на расстоянии от генератора. В данном случае показатель переменного тока обладает постоянной амплитудой (I»k = Ik) и накладывается на затухающий показатель постоянного тока, i d.c. Исходное значение A падает до нуля.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ТОКА

В характеристики токов короткого замыкания должны быть включены временная зависимость тока по месту короткого замыкания с момента начала короткого замыкания и до его окончания. В большинстве практических случаев это не требуется. Обычно достаточно знать пиковое значение тока ip, исходное среднеквадратичное симметричное значение тока I»k, а также значение установившегося тока Ik.
Чтобы рассчитать силу тока для испытания на короткое замыкание, требуются следующие данные:

• пиковое значение тока ip;
• исходное симметричное среднеквадратичное значение тока короткого замыкания I»k;
• длительность короткого замыкания t.

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ, ВОЗНИКАЮЩИХ МЕЖДУ ПРОВОДНИКАМИ

Электромагнитная сила, воздействующая на проводник, определяется силой тока проводника и магнитным полем соседних проводников. В кабельных системах расстояния между проводниками обычно небольшие, следовательно, силы могут быть значительными. В данном случае используются два параллельных проводника, при этом значение электромагнитной силы может быть получено из уравнения B1:

F(t) = B(t) · i(t) · l

• l является длиной;
• F(t) является мгновенным значением силы, действующей на проводник;
• B(t) является мгновенным значением магнитного поля соседнего проводника;
• i(t) является мгновенным значением тока соседнего проводника.

Если не учесть показатель постоянного тока короткого замыкания, мгновенное значение силы будет иметь синусоидальные колебания с частотой, превышающей в два раза частоту токов (уравнение B.1). Показатель постоянного тока обеспечивает для затухающего показателя силы частоту, равную частоте системы.

При двух параллельных проводниках, изображенных на рис. выше, магнитное поле тока i1 в месте расположения другого проводника равно:

B = μ0 · H = μ0 · i1 / 2 ·π · S (B.2)
где μo = 4·π·10–7 (H/m)

а механическая сила равна:

F = i2 × B = i2 ·μ0 · i1 / 2·π · S (B.3)

данное уравнение обычно записывается следующим образом:

Fs = 0.2 · i1 · i2 / S (B.4)

В данном уравнении значение силы указано в N/m (Н/м), тока i — в кА, и расстояния S — в метрах. Для решения уравнения B.4 значение S >> d, при этом достигается допустимая точность в случае равномерного (или симметричного) распределения тока по проводникам.

ВВекторное уравнение B.3 подтверждает то, что два параллельных проводника отталкиваются, если расхождение фазового угла между двумя силами тока составляет 180°, а сила направлена к другому проводнику, к токам, которые имеют такой же фазовый угол.

В трехфазной системе магнитное поле уравнения B.2 является мгновенным значением вектора от двух других фаз.

При трехфазном коротком замыкании, когда проводники расположены в одной плоскости, силы, воздействующие на два внешних проводника, всегда направлены за пределы центрального проводника. Сила, воздействующая на центральный проводник, является осциллирующей. Максимальный показатель силы наружных проводников плоской формы может быть рассчитан следующим образом:

Fƒo = 0,16 ip2 / S (B.5)

Максимальный показатель силы средних проводников плоской формы может быть рассчитан следующим образом:

Fƒm = 0,17 ip2 / S (B.6)

При трехфазном коротком замыкании в системе с трехлистной компоновкой кабелей максимальное значение силы, воздействующей на проводник, рассчитывается следующим образом:

Ft = 0,17 ip2 / S (B.7)

где:

Fs — максимальное значение силы, воздействующей на проводник кабеля плоской формы при однофазном коротком замыкании [N/m];

Ffo — максимальное значение силы, воздействующей на внешний проводник кабеля плоской формы при трехфазном коротком замыкании [N/m];

Ffm— максимальное значение силы, воздействующей на центральный проводник кабеля плоской формы при трехфазном коротком замыкании [N/m];

Ft — максимальное значение силы, воздействующей на проводник трехлепесткового кабеля при однофазном коротком замыкании [N/m];

ip — пиковое значение тока короткого замыкания [kA];

d — наружный диаметр проводника [m];

S — расстояние от центра одного проводника до центра другого [m].