Расчет термической стойкости кабеля

Расчет термической стойкости кабеля — обязательная проверка при проектировании электроустановок напряжением 0,4 кВ и 6–10 кВ. При коротком замыкании по жиле за доли секунды проходит ток, в разы превышающий номинальный. Жила быстро нагревается, и если температура превысит допустимый предел для материала изоляции, кабель выходит из строя или становится непригодным для дальнейшей эксплуатации.

Онлайн-калькулятор выполняет расчет термической стойкости кабеля по току короткого замыкания и времени отключения защиты: определяет температуру нагрева жилы и делает вывод о пригодности кабеля, в том числе проверку на невозгорание. Достаточно указать сечение и материал жилы, тип изоляции, ток КЗ и аппарат защиты — калькулятор рассчитает конечную температуру и покажет, можно ли использовать кабель после короткого замыкания.

Проверка кабеля на термическую стойкость требуется для кабелей любых сечений — от 1,5 мм² до больших сечений, проложенных в воздухе или в земле, в том числе для параллельно проложенных кабелей.

Методика расчёта

Расчёт основан на интеграле Джоуля: количество тепла, выделяющегося в жиле, пропорционально квадрату тока короткого замыкания и времени его протекания (I²_кз·t). Начальная температура жилы определяется по фактической загрузке кабеля до КЗ — чем ближе рабочий ток к длительно допустимому, тем выше начальная температура.

Время отключения тока КЗ определяется по время-токовой характеристике аппарата защиты — автоматического выключателя с характеристикой B, C или D либо предохранителя типа gG. Конечная температура жилы сравнивается с допустимой температурой при коротком замыкании для данного типа изоляции: для кабелей с ПВХ-изоляцией — 160 °C, с бумажной изоляцией — 200 °C, с изоляцией из сшитого полиэтилена — 250 °C (ПУЭ, табл. 1.4.16; ГОСТ Р 50571.5.54).

По результатам проверки калькулятор делает вывод (на примере ПВХ-изоляции):

• до 160 °C — возгорание отсутствует, кабель пригоден для дальнейшей эксплуатации;
• 160–250 °C — возгорание отсутствует, допускается эксплуатация кабеля в течение одного года;
• 250–350 °C — кабель не пригоден для дальнейшей эксплуатации;
• выше 350 °C — кабель не прошёл проверку на невозгорание.

Для других типов изоляции пороги отличаются: бумага — 200/300 °C, сшитый полиэтилен — 250/300 °C.

Как пользоваться калькулятором

1. Выберите расчётную точку (секцию шин или потребителя) либо вручную задайте ток короткого замыкания в проверяемой точке линии.
2. Укажите аппарат защиты: ток отсечки и характеристику (B, C, D или gG) — по ним определяется время отключения КЗ.
3. Задайте характеристики кабеля: сечение жилы, материал (медь или алюминий), тип изоляции, допустимый ток, число параллельных ниток и способ прокладки (в воздухе или в земле).
4. Выберите регион — калькулятор учтёт температуру окружающей среды и температуру жилы в нормальном режиме работы.
5. Выберите вид тока КЗ и выполните расчёт — калькулятор покажет расчётный коэффициент K, конечную температуру жилы и вывод о пригодности кабеля.

FAQ

Как проверить кабель на термическую стойкость при коротком замыкании?

Определите ток короткого замыкания в проверяемой точке линии и время отключения защитой, рассчитайте температуру нагрева жилы по интегралу Джоуля (I²_кз·t) и сравните её с допустимой температурой для изоляции кабеля. Онлайн-калькулятор выполняет этот расчёт автоматически и выдаёт вывод о пригодности кабеля.

Что такое проверка кабеля на невозгорание?

Это проверка того, что температура нагрева жилы при коротком замыкании не превышает критический предел, при котором возможно возгорание изоляции. Для кабелей с ПВХ-изоляцией этот предел составляет 350 °C, для кабелей с бумажной изоляцией — 400 °C, для кабелей из сшитого полиэтилена — 400 °C. Если расчётная температура ниже этого предела, кабель прошёл проверку на невозгорание.

Какая температура нагрева жилы допустима при коротком замыкании?

По ПУЭ (табл. 1.4.16): для кабелей с ПВХ-изоляцией — 160 °C, с бумажной изоляцией — 200 °C, с изоляцией из сшитого полиэтилена — 250 °C. При превышении этих температур изоляция интенсивно стареет, а при значительно более высоких температурах возможно возгорание.

Можно ли использовать кабель после короткого замыкания?

Зависит от расчётной температуры нагрева жилы. Если она не превышает допустимую для изоляции, кабель пригоден для дальнейшей эксплуатации. При умеренном превышении допускается эксплуатация в течение одного года, при значительном — кабель необходимо заменить.

Как время отключения защиты влияет на нагрев кабеля?

Количество выделившегося тепла пропорционально времени протекания тока короткого замыкания: чем быстрее аппарат защиты отключит повреждённый участок, тем меньше нагрев жилы. Поэтому время отключения берётся по фактической время-токовой характеристике автоматического выключателя или предохранителя.

Проверяется ли термическая стойкость экрана кабеля 10 кВ?

Данный калькулятор проверяет термическую стойкость жилы кабеля. Для кабелей 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена также требуется проверка термической стойкости медного экрана — она выполняется по отдельной методике с учётом сечения экрана и тока короткого замыкания.