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短路试验

根据IEC 61914标准,进行的机电排斥力抵抗试验。

按照以下规定进行短路试验。使用制造商或责任供应商提供 的短路峰值电流(ip )和最初r.m.s. 对称短路电流 (I”k)。在有多 种电缆夹可供选择时,确定一种或多种(参见IEC 61914-第5.1 条)。该试验采用各个类别中的临界值。

根据IEC 61914:2009标准,进行的机电排斥力抵抗试验

按照以下规定进行短路试验。使用制造商或责任供应商提供的短路峰值电流(ip)和最初r.m.s. 对称短路电流 (I”k)。在有多种电缆夹可供选择时,确定一种或多种(参见5.1)。该试验采用各个类别中的临界值。

考虑到规定的永久应用温度,试验在环境温度下进行,使用无铠装的单芯600V/1000V电缆和捆绑好的铜导线。使用已选的电缆和电缆夹组装试验台,作为试验设备,必须记录好所使用的设备和电缆。在申报过的布置安排中,以申报的短路等级开展试验。典型的试验台布置如下图所示。

在短路情况下,抵抗机电排斥力试验的典型布置:

考虑到规定的永久应用温度,试验在环境温度下进行,使用无 铠装的单芯600V/1000V电缆和捆绑好的铜导线。使用已选的 电缆和电缆夹组装试验台,作为试验设备,必须记录好所使用 的设备和电缆。在申报过的布置安排中,以申报的短路等级开 展试验。

典型的试验台布置如下图所示。

为了进行试验,电缆布置应如图1、图2或制造商或负责供应商申报的其他布置图所示。

试验装置的一段应连接到三相电源,另一端连接到短路母线,三个相都要连接。该电缆沿着走线至少有5个固定点。若使用固定束带,至少使用4个电缆夹和3个中间束带。若使用,电缆夹和中间束带应等距分布。电缆夹固定到制造商规定的安装表面上(例如电缆梯架),选择安装表面时要考虑到试验中可能发生的机电排斥力。

必须特别注意,确保电缆的横截面面积足以应对试验电流的强度和时长。

制造商或责任供应商的电缆夹和中间束带(若使用)产品目录文件必须包含详细的组装信息,例如应用的间距和电缆外直径。

试验装置能够用于三相短路,时长不少于0.1秒。记录试验时长和其他相关数据。

电缆夹参见IEC 61914第9.5.2条,中间束带参见IEC 61914:2009第6.4.3条/IEC 61914:2015第6.4.4条

(IEC 61914:2009第6.4.3条 / IEC 61914:2015第6.4.4条 抵抗机电力 排斥力,承受一条短路)

上述条款规定的电缆夹和中间束带应满足以下要求:

  • 不得发生任何故障,影响固定电缆的预定功能;
  • 如果使用,电缆夹和中间束带应完整,不缺失任何部件(允许出 现微小变形):
  • 如果使用,电缆夹和中间束带不能给外护套造成肉眼可见(正 常视力或矫正视力)的割痕或损伤。

电缆夹参见IEC 61914第9.5.3条,中间束带参见IEC 61914:2009第6.4.4条/IEC 61914:2015第6.4.5条

(IEC 61914:2009第6.4.4条 / IEC 61914:2015第6.4.5条抵抗机电排 斥力,承受一条以上的短路)

上述条款中的电缆夹和中间束带应满足第9.5.2条的规定。经过一 秒的短路后,根据IEC 60060-1:1989标准《高压试验技术——第 一部分:一般定义和试验要求》中13.1条款“试验电压要求”和14.1 条款“耐压试验”的规定,使用最小2.8kV的直流试验电压进行长 达60秒的耐压试验。应在电缆芯和安装框架之间监测耐压试验。 安装框架应连接在接地系统上。若电缆配备有屏障或防护,该屏 障和防护应捆绑在一起连接到安装框架上。若电缆没有配备屏 障或防护,应该提前用水充分浇湿电缆外壳或护套和安装框架, 促使电流泄露路径能沿着外壳或护套。在试验开始之前,应该用 水(电阻100Ω.m+15 –15 ,在试验前及时测量确认)将电缆外壳或护套 和安装框架提前浇湿几分钟(2分钟+1 –0 )。

电缆应满足耐压试验的要求,不会造成任何绝缘故障。

计算短路电流造成的排斥力 (按照IEC 61914)

短路电流的特性取决于多种因素,包括与发电机的电气隔离。下 表显示了远端短路中电流和时间的典型关系特性。在这种情况 下,交流分量恒定不变(I”k = I k),而在直流分量id.c不断下降的基 础上,则进行叠加。从初始值A开始下降,直至0。

远端短路的短路电流,带恒定交流分量

试验电流的规范

一套完整的短路电流规范应该以时间函数的方式给出在短路 位置上,整个短路过程中的电流。在大多数实际情况中,这并 不是强制要求。通常只需要知道峰值电流ip和初始r.m.s. 对称 值I”k和稳态电流Ik。

为了确定短路试验中的电流,需要列出以下数据:

  • 峰值电流,ip;
  • 初始r.m.s.对称短路电流,I”k ;
  • 短路时长,t。

计算导线之间的机械力

通过导线电流和邻近导线的电磁场确定作用在导线上的电磁 力。 在电缆装置中,导线的间距通常很小,因此排斥力可能会 很大。如果是两条并排导线,可以按照以下方程式B1推算出作 用在导线上的电磁力:

F(t) = B(t) · i(t) · l

  • l指长度;
  • F(t) 指导线的瞬时电磁力;
  • B(t) 指邻近导线产生的瞬时磁场;
  • i(t)指邻近导线的瞬时电流。

如果忽略短路电流的直流分量,那么瞬时排斥力就会随两倍 的电流频率发生正弦变化(方程式B.1)。直流分量不断下降的分 力,频率与系统频率相同。

两条并排的导线

对于如上图所示的两条并排导线布置,其他导线电流 i1产生 磁场如下所示:

B = μ0 · H = μ0 · i1 / 2 ·π · S (B.2)

其中μo = 4·π·10–7 (H/m)
而机械力为:

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

方程式通常写成:

Fs = 0.2 · i1 · i2 / S (B.4)

在该方程式中,力的单位为N/m,i的单位为kA,S的单位为米。方程式B.4的评估要求 S >> d,但若电流在导线分配均匀(或对称),方程式精度符合要求。

矢量方程式B.3确认,如果两条导线的电流在180°相位角内大小不同,那么这两条并排导线会产生排斥力,而该排斥力方向朝着其他拥有同相位角电流的导线。

在三相系统中,方程式B.2中的磁场指的是另外两相产生的瞬时向量值。

对于平铺导线中的三相短路,作用在外围两根导线上的排斥力方向永远是从中心导线朝外。作用在中心导线的排斥力是不断变化的。在平铺形式中,作用在外围导线上的最大排斥力按照以下方法计算得出:

Fƒo = 0.16 ip2 / S (B.5)

在平铺形式中,作用在中心导线上的最大排斥力按照以下方法计算得出:

Fƒm = 0.17 ip2 / S (B.6)

针对三角形排列电缆的三相短路,作用在导线上的最大排斥力为:

Ft = 0.17 ip2 / S (B.7)

其中:

Fs指的是在平铺排列的单相短路中,作用在电缆导线上的最大排斥力 [N/m];

Ffo 指的是在平铺排列的三相短路中,作用在外围电缆导线上的最大排斥力 [N/m];

Ffm指的是在平铺排列的三相短路中,作用在中心电缆导线上的最大排斥力 [N/m];

Ft指的是在三角形排列的三相短路中,作用在电缆导线上的最大排斥力 [N/m];

ip指的是短路峰值电流 [kA]

d指的是导线的外直径 [m];

S 指的是两条邻近导线的中心距离[m]。