ГОСТ Р МЭК 60724-2009. Предельные температуры электрических кабелей на номинальное напряжение 1 кВ (Um = 1,2 кВ) и 3 кВ (Um = 3,6 кВ) в условиях короткого замыкания

(утв. Приказом Ростехрегулирования от 26.06.2009 № 214-ст)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ НА НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 1 кВ (U_{m} = 1,2\text{кВ}) И 3 кВ (U_{m} = 3,6\text{кВ}) В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Short-circuit temperature limits of electric cables with rated voltages of 1 kV (U_{m} = 1,2kV) and 3 kV (U_{m} = 3,6kV)

IEC 60724:2000 Short-circuit temperature limits of electric cables with rated voltages of 1 kV (U_{m} = 1,2kV) and 3 kV (U_{m} = 3,6kV) (IDT)

ГОСТ Р МЭК 60724-2009

1 января 2010 года

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения».

Сведения о стандарте

1. Подготовлен Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности» (ОАО «ВНИИКП») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4.

2. Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 46 «Кабельные изделия».

3. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 июня 2009 г. № 214-ст.

4. Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60724:2000 «Предельные температуры электрических кабелей на номинальное напряжение 1 кВ (U_{m} = 1,2\text{кВ}) и 3 кВ (U_{m} = 3,6\text{кВ}) в условиях короткого замыкания» [IEC 60724:2000 «Short-circuit temperature limits of electric cables with rated voltages of 1 kV (U_{m} = 1,2kV) and 3 kV (U_{m} = 3,6kV) »] с Изменением № 1:2008, которое выделено в тексте слева двойной вертикальной линией.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном Приложении А.

5. Введен впервые.

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет.

Введение

При выборе параметров кабельной сети в условиях короткого замыкания следует руководствоваться следующими факторами:

a) максимально допустимыми пределами температуры элементов конструкции кабеля (например, токопроводящей жилы, изоляции, экрана или металлической оболочки, подушки, брони и наружной оболочки). Практически энергия, вызывающая повышение температуры, обычно выражается значением, эквивалентным I^{2}t , что позволяет определить максимально допустимую продолжительность заданного тока короткого замыкания;

b) максимальным значением тока, при котором не произойдет механическое повреждение (такое как растрескивание) вследствие возникновения электромагнитных сил. Независимо от расчетов по предельным температурам это значение определяет максимальный ток, который не должен быть превышен;

c) тепловыми рабочими характеристиками соединительных и концевых муфт в диапазонах предельных значений тока и продолжительности его протекания, установленных для рассматриваемого кабеля. Арматура должна также выдерживать термомеханические и электромагнитные нагрузки, создаваемые током короткого замыкания;

d) условиями прокладки, оказывающими влияние на указанные выше факторы.

Фактор a) подробно рассмотрен в настоящем стандарте, и пределы установлены только на основе конструкции кабеля. Предполагается, что действие одного короткого замыкания не вызывает значительного повреждения кабеля, но повторение коротких замыканий может накапливать дефекты. Указания по факторам c) и d) приводятся при необходимости, когда это касается термомеханических нагрузок, возникающих в токопроводящих жилах и металлических оболочках. Фактор b) в настоящем стандарте не учитывается.

Предельные значения температур, рекомендованные настоящим стандартом, следует использовать только для руководства.

Установление предельных значений температур для соединительных и концевых муфт не представляется возможным вследствие того, что их конструкция не стандартизована и поведение различно. В идеальном случае арматура должна быть сконструирована так, чтобы можно было полностью использовать мощность кабеля, но это не всегда оправдано экономически, поэтому возможности кабельной сети в условиях коротких замыканий могут определяться характеристиками ее соединительных и концевых муфт. Насколько возможно, в настоящем стандарте даются рекомендации по характеристикам арматуры, монтируемой на кабелях, рассчитанных на предельные параметры короткого замыкания, приведенные в настоящем стандарте.

1. Область применения

Настоящий стандарт является руководством по максимальным пределам температуры электрических кабелей на номинальное напряжение 1 кВ (U_{m} = 1,2\text{кВ}) и 3 кВ (U_{m} = 3,6\text{кВ}) в условиях короткого замыкания. В стандарте приведены указания, касающиеся:

• материалов изоляции;
• материалов наружной оболочки и подушки;
• материалов токопроводящей жилы и металлической оболочки и способов их соединения.

Указания стандарта учитывают конструкцию арматуры и влияние условий прокладки на предельно допустимую температуру нагрева.

Расчет допустимого тока короткого замыкания в токопроводящих конструктивных элементах кабеля следует проводить по МЭК 60949.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:

МЭК 60055 (все части). Кабели с бумажной изоляцией в металлической оболочке на номинальное напряжение до 18/30 кВ включительно (с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами, исключая маслонаполненные кабели и кабели с газом под давлением)

МЭК 60502-1 <1>. Кабели силовые с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение от 1 кВ (U_{m} = 1,2\text{кВ}) до 30 кВ (U_{m} = 3,6\text{кВ}) . Часть 1. Кабели на номинальное напряжение 1 кВ (U_{m} = 1,2\text{кВ}) и 3 кВ (U_{m} = 3,6\text{кВ})

МЭК 60949:1988. Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева.

---

<1> В случае недатированных ссылок следует применять последнее издание нормативного документа.

3. Факторы, определяющие применение предельных температур

3.1. Общие положения

Предельные температуры при токе короткого замыкания, указанные в разделе 4, являются фактическими температурами токопроводящего конструктивного элемента, контактирующего с материалами других элементов конструкции кабеля. Эти температуры действительны для короткого замыкания продолжительностью до 5 с. Они могут быть получены при расчете допустимого тока короткого замыкания, если учитывается рассеяние тепла в изоляции во время короткого замыкания (неадиабатический процесс).

Если рассеяние тепла при токе короткого замыкания не учитывается (адиабатический процесс), эти расчеты дают значение безопасных токовых нагрузок в условиях короткого замыкания.

Примечание. Предельные температуры, указанные в разделе 4, не должны быть превышены и при повторных коротких замыканиях, происходящих за короткий промежуток времени.

Приведенная продолжительность короткого замыкания 5 с является ограничением для установления предельных температур, а не для применения метода расчета при адиабатическом характере нагрева. Временной предел при применении метода расчета при адиабатическом характере нагрева является функцией продолжительности короткого замыкания и площади поперечного сечения токопроводящего элемента конструкции кабеля. Это рассматривается в МЭК 60949.

Указанные значения температуры токопроводящей жилы следует применять с осторожностью для кабелей с оболочкой из низкотемпературного материала, с особой осторожностью в случае жилы сечением 1000 мм2 и выше. Причиной этого является то, что высокая термическая временная константа этих кабелей приводит к более продолжительному воздействию высоких температур на наружную оболочку. Кроме того, высокие механические напряжения могут приводить к деформации изоляции. Тем не менее, следует подчеркнуть, что для токопроводящей жилы сечением свыше 1000 мм2 предельно допустимый ток короткого замыкания так высок, что он, как правило, не достигается в обычных сетях.

Допускается устанавливать другие предельные температуры, если известно, что они более приемлемы для материалов или конструкции кабеля.

3.2. Кабели

3.2.1 Кабели с бумажной изоляцией (кабели с пропитанной бумажной изоляцией по МЭК 60055)

Предельные температуры для кабелей с бумажной изоляцией, пропитанной маслоканифольным или нестекающим составом, обусловлены способностью пропиточного к миграции и образованию пустот. Для всех кабелей с бумажной изоляцией имеются также ограничения из-за теплового разрушения элементов кабеля и возможного разрыва бумажных лент вследствие перемещения изолированных жил.

3.2.2 Кабели с полимерной изоляцией по МЭК 60502-1

Для термопластичных изоляционных материалов предельные значения температур следует применять с осторожностью, если кабели проложены непосредственно в грунте или прочно закреплены скобами при прокладке на воздухе. Локальные механические нагрузки при закреплении скобами или при монтаже с радиусом изгиба менее установленного, особенно для жестко закрепленных кабелей, могут вызвать значительные деформирующие усилия в кабелях при коротком замыкании. При невозможности изменить эти условия рекомендуется уменьшить предельное значение температуры на 10 °C.

3.3. Арматура

Следует учитывать конструкцию и способ монтажа соединительных и концевых муфт с тем, чтобы предельные температуры при токах короткого замыкания, установленные в настоящем стандарте, могли быть с безопасностью использованы на практике. Приведенные ниже указания a) - h) не являются исчерпывающими и предназначены только для руководства. Предпочтительно, чтобы характеристики арматуры рассматривались в совокупности с конкретными условиями прокладки кабеля.

a) Продольные силы в токопроводящих жилах кабеля могут быть значительными в зависимости от #степени ограничения поперечных перемещений кабеля. Значение возникающего напряжения в жиле может быть порядка 50 Н/мм2. Эти силы могут вызвать выпучивание токопроводящих жил, а также# повреждения в соединительных и концевых муфтах.

b) Короткое замыкание вызывает осевое растяжение токопроводящих жил кабеля. Это растяжение может продолжаться в течение весьма длительного времени, особенно если кабель после короткого #замыкания нагружен лишь частично. При расчетах конструкций следует использовать минимальное значение напряжения на жиле 40 Н/мм2.#

c) В кабелях с пропитанной бумажной изоляцией расширение пропиточного состава может привести к значительному увеличению жидкостного давления. Если пропиточный состав просочится в соединительные и концевые муфты, может произойти размягчение битумного заполнения. Влага может проникнуть в арматуру и кабель в таком количестве, что повлияет на характеристики изоляции.

d) Установление предельного значения температуры подразумевает, что допустимо любое сочетание величины тока и времени, которое обеспечивает температуру, не превышающую это предельное значение. Для токов короткого замыкания этого недостаточно. Во избежание чрезмерных электромагнитных сил должен быть установлен дополнительный предел для пикового значения тока. Эти силы весьма существенны для концевых муфт, и требуются соответствующие крепления, чтобы избежать их нежелательных перемещений и повреждений.

e) Если предполагается, что температура жилы будет выше 160 °C, то не следует применять муфты с использованием пайки.

f) Следует проверять конструкцию в отношении стабильности электрического контакта во всех соединениях муфт (таких как соединения токопроводящих жил, соединения брони и металлической оболочки) при коротком замыкании.

g) Проволоки экрана и/или брони, смонтированные вместе в соединительной или концевой муфте, могут иметь более низкие характеристики при коротком замыкании, чем в кабеле. Для таких соединений ожидаемое повышение температуры не должно быть чрезмерным для примененных материалов и должны быть предусмотрены соответствующие механические крепления.

h) Следует учитывать возможность усадки полимерной изоляции в продольном направлении на разделанных концах кабеля после воздействия температуры короткого замыкания.

3.4. Условия прокладки

Для наиболее полного использования характеристик кабеля в условиях короткого замыкания следует проанализировать влияние условий прокладки. Одним из важных факторов является величина и характер механического воздействия на кабель. Увеличение длины кабеля во время короткого замыкания может быть значительным. Когда этому удлинению оказывается противодействие, то возникают значительные силы.

Кабели воздушной прокладки рекомендуется прокладывать так, чтобы удлинение поглощалось в большей степени равномерно по длине (что достигается прокладкой по извилистой трассе), чем в результате повышенной подвижности только лишь нескольких точек. Места крепления должны быть расположены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы не препятствовать боковому смещению многожильных кабелей или групп одножильных кабелей.

Если кабели проложены непосредственно в грунте или места крепления расположены часто, должны быть установлены приспособления у соединительных и концевых муфт, компенсирующие возникающие продольные силы. Следует избегать резких изгибов, т.к. продольные силы трансформируются в радиальное давление в местах изгибов по трассе кабеля, что может вызвать повреждение термопластичных элементов конструкции кабеля, таких как изоляция и оболочки. Рекомендуется, чтобы минимальный радиус изгиба при прокладке отвечал соответствующим правилам по прокладке. Для кабелей воздушной прокладки желательно также избегать закрепления в местах изгиба для предотвращения местного давления на кабель.

1 кВ (U_{m} = 1,2\text{кВ}) и 3 кВ (U_{m} = 3,6\text{кВ})

Таблицы 1 - 3 следует использовать с учетом пояснений раздела 3. Указанные значения предельных температур являются фактическими значениями температуры токопроводящих элементов. Предельные значения приведены для короткого замыкания продолжительностью не более 5 с.

При выборе предельной температуры для конкретной конструкции кабеля следует учитывать указанное во всех подпунктах 4.1 - 4.3.

4.1. Материалы изоляции

Предельные температуры для всех типов токопроводящих жил, находящихся в контакте с материалами изоляции, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Предельные температуры нагрева для материалов изоляции

Материал <1>	Температура, °C
Бумага	250
Поливинилхлоридный пластикат (PVC/A):
- жила с сечением до 300 мм2 включ.;	160
- жила с сечением св. 300 мм2	140
Сшитый полиэтилен (XLPE)	250
Этиленпропиленовая резина (EPR и HEPR)	250
<1> Материалы и их обозначение по МЭК 60055 и МЭК 60502-1.

4.2. Материалы наружной оболочки и подушки, если отсутствуют электрические и прочие требования

#Предельные температуры экрана/металлической оболочки/брони, если они находятся в соприкосновении или утоплены в материал наружной оболочки, но отделены в тепловом отношении от изоляции посредством слоев из соответствующих материалов достаточной толщины, приведены в таблице 2. Если такое тепловое разделение не предусмотрено, следует принимать предельную температуру изоляции, если она ниже предельной температуры наружной оболочки.

Таблица 2

Предельные температуры для материалов наружной оболочки

Материал <1>	Температура <2>, °C
Поливинилхлоридный пластикат (ST и ST )
1 2
Полиэтилен:	200
- ST ;	150
3
- ST	180
7
Полихлоропрен, хлорсульфированный полиэтилен или аналогичные полимеры (SE )	200
1
<1> Материалы и их обозначение по МЭК 60502-1. <2> Допускаются более высокие температуры, если они подтверждены экспериментальными данными.#

4.3. Материалы токопроводящей жилы, металлической оболочки, экрана, брони и способы их соединения

#Предельные температуры токопроводящих элементов приведены в таблице 3. Должны быть также учтены ограничения, касающиеся неметаллических материалов, находящихся в соприкосновении с# материалами токопроводящих элементов.

#Таблица 3

Предельные температуры для токопроводящих элементов#

Материал токопроводящих элементов	Условие	Температура, °C
Медь, алюминий	Токопроводящий элемент без соединений	<1>
	Сварное соединение	<1>
	Экзотермическое сварное соединение	250 <2>
	Паяное соединение	160
	Соединение сжатием (механическая деформация)	250 <2>
	Механическое (болтовое) соединение	<3>
Свинец	-	170
Свинцовый сплав	-	210
Сталь	-	<1>
<1> Температура ограничена материалом, находящимся в контакте с токопроводящим элементом (см. 4.1 и 4.2). Для экранов (за исключением экранов из проволок, утопленных в оболочку), при наличии теплоизоляционного сепаратора, отделяющего экран от другого материала в кабеле, температура не должна быть более 350 °C. <2> Температура жилы на примыкающем участке, температура самого соединения должна быть ниже. <3> В соответствии с рекомендациями изготовителя.

Обозначение ссылочного международного стандарта	Обозначение и наименование соответствующего национального стандарта
МЭК 60055 (все части)	ГОСТ 18410-73. Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия
МЭК 60502-1 <1>	ГОСТ 16442-80. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия
МЭК 60949:1988	ГОСТ Р МЭК 60949-2009. Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева
<1> В случае недатированных ссылок следует применять последнее издание нормативного документа.

---