Приложение А (обязательное). Определение температуры токопроводящей жилы кабеля

Приложение А
(обязательное)

Определение температуры токопроводящей жилы кабеля

А.1 Назначение

При проведении некоторых испытаний необходимо повысить температуру токопроводящей жилы до заданного значения, обычно на 5-10 °С выше максимально допустимой температуры жилы при нормальных условиях эксплуатации при приложении к кабелю напряжения промышленной частоты или импульсного напряжения. Возможность доступа к токопроводящей жиле для непосредственного изменения ее температуры отсутствует.

Кроме того, температура жилы должна поддерживаться в ограниченном диапазоне (5 °С), в то время как температура окружающей среды может изменяться в более широком диапазоне.

Хотя сначала предварительная калибровка испытуемого кабеля или расчеты могут быть удовлетворительными, изменение условий окружающей среды в течение всего испытания может привести к отклонениям температуры жилы за допустимые пределы.

Поэтому следует использовать методы, при которых температуру жилы можно постоянно регистрировать и контролировать в течение всего испытания.

Ниже приведено руководство по общепринятым методам измерения.

А.2 Калибровка температуры основного испытательного контура

А.2.1 Общие положения

Назначение калибровки состоит в определении температуры токопроводящей жилы путем непосредственного измерения при заданном значении тока в требуемом для испытания диапазоне температуры.

Используемый для калибровки кабель (здесь и далее называемый стандартный кабель) должен быть идентичен используемому в основном испытательном контуре.

А.2.2 Монтаж кабеля и термопар

Калибровку проводят на отрезке кабеля длиной не менее 5 м, отобранном от такого же кабеля, что и испытуемый. Длина должна быть такой, чтобы передача тепла вдоль кабеля к его концам не изменяла температуру центральной двухметровой части кабеля более чем на 2 °С.

В середине стандартного кабеля помещают две термопары: одну - на токопроводящей жиле ТС_1с, а другую - на внешней поверхности или непосредственно под внешней поверхностью TC_1s.

Две другие термопары ТС_2с и ТС_3c устанавливают на токопроводящей жиле стандартного кабеля (см. рисунок А.1): каждую термопару крепят на расстоянии около 1 м от центра кабеля.

Термопары крепят к токопроводящей жиле с помощью механических приспособлений, так как они могут перемещаться вследствие вибрации кабеля при нагреве. Следует применять меры по обеспечению хорошего температурного контакта во время испытаний и по предотвращению утечки тепла в окружающую среду. Рекомендуется крепить термопары, как показано на рисунке А.2, между двух повивов многопроволочной жилы или между жилой (сплошной) и экраном по жиле. Для обеспечения доступа к токопроводящей жиле в середине эталонного кабеля проделывают небольшой проем путем осторожного удаления слоев, лежащих выше токопроводящей жилы. После установки термопары (термопар) удаленные слои можно вернуть на место. Это может восстановить температурные характеристики стандартного кабеля.

Примечание - При передаче незначительного количества тепла в направлении концов кабеля разность между показаниями ТС_1с, ТС_2с и ТС_3с должна быть менее 2 °С.

Если основной испытательный контур состоит из нескольких отдельных отрезков кабеля, смонтированных близко друг к другу, эти отрезки подвержены тепловому эффекту близости. Поэтому калибровку следует проводить с учетом фактической испытательной установки, при этом измерения выполняют на самом горячем участке кабеля (обычно в срединной части).

А.2.3 Метод калибровки

Калибровку проводят в помещении без сквозняков при температуре (20  15) °С.

Для одновременного измерения температуры токопроводящей жилы, наружной оболочки и окружающей среды следует использовать записывающие устройства.

Кабель нагревают до тех пор, пока температура токопроводящей жилы по показаниям термопары ТС_1с (см. рисунок А.1) не стабилизируется и не достигнет значения на 5-10 °С выше максимальной температуры нагрева жил кабеля при нормальных условиях эксплуатации, как указано в таблице 1.

После достижения стабилизации фиксируют следующие параметры:

- температуру токопроводящей жилы: среднее значение в точках 1, 2 и 3;

- температуру наружной оболочки в точке TC_1s;

- температуру окружающей среды;

- ток нагрева.

1 - трансформаторы, дающие ток; 2 - концевые муфты; 3 - испытуемый кабель; 4 - стандартный кабель ( 5 м); 5 - измерительные трансформаторы; 6 - ТС_3с (токопроводящая жила); 7 - ТС_1с (токопроводящая жила); 8 - TC_1s (оболочка); 9 - ТС_2с (токопроводящая жила); 10 - TC_s (оболочка)

Рисунок А.1 - Типовая испытательная установка для стандартного контура и основного испытательного контура

1 - токопроводящая жила; 2 - электропроводящие экраны; 3 - изоляция; 4 - металлическая оболочка; 5 - наружная оболочка кабеля; 6 - термопара; 7 - эластичный теплоизолирующий компаунд

Рисунок А.2 - Пример расположения термопар на токопроводящей жиле стандартного контура

А.3 Нагрев при испытании

А.3.1 Метод 1: испытание с использованием стандартного кабеля

При этом методе стандартный кабель, идентичный кабелю, используемому при испытании, нагревают тем же током, который проходит по основному испытательному контуру.

Монтаж кабеля и термопар для обоих контуров должен соответствовать указанному в А.2.

Порядок испытания должен быть таким, при котором:

- по стандартному кабелю постоянно проходит тот же ток, что в основном испытательном контуре;

- монтаж выполнен таким образом, что взаимное тепловое воздействие учитывается в течение всего испытания.

Ток нагрева должен быть отрегулирован так, чтобы температура токопроводящей жилы поддерживалась в установленных пределах.

Термопару TC_s крепят на или под наружной поверхностью основного испытательного контура в наиболее горячей точке, обычно в его середине, аналогичным образом крепят термопару TC_1s в наиболее горячей точке стандартного кабеля.

Примечания

1 Температуры, измеренные термопарами на или под наружной оболочкой основного испытательного контура TC_s и на стандартном контуре TC_1s, используют для проверки того, что наружная оболочка обоих контуров имеет одинаковую температуру.

2 Температура жилы основного испытательного контура может быть немного выше температуры стандартного контура вследствие диэлектрических потерь. При необходимости следует ввести поправку.

Температуру, измеренную термопарой ТС_1с на токопроводящей жиле стандартного контура, можно принять за температуру токопроводящей жилы испытательного контура под напряжением.

Все термопары должны быть соединены с записывающим устройством для обеспечения мониторинга температуры. Ток нагрева каждого контура должен быть также зафиксирован для того, чтобы проверить, что оба значения тока одинаковы в течение всего испытания. Разность между токами нагрева должна быть в пределах  1 %.

Стандартный кабель может быть подсоединен последовательно к испытуемому кабелю, если температуру измеряют через оптоволоконную связь или аналогичным способом.

А.3.2 Метод 2: испытание с использованием расчета температуры токопроводящей жилы и измерения температуры поверхности

А.3.2.1 Калибровка температуры токопроводящей жилы испытуемого кабеля

Цель данной калибровки - определить температуру токопроводящей жилы путем непосредственного измерения при заданном значении тока в пределах диапазона температур, требуемых для испытания.

Используемый для калибровки кабель должен быть идентичен испытуемому, и способ нагрева должен быть также идентичен.

Монтаж кабеля и термопар для калибровки должен соответствовать указанному в А.2.

Калибровку проводят в соответствии с А.2.3 для стандартного кабеля.

А.3.2.2 Испытание на основе измерения внешней температуры

При калибровке и проведении испытания основного контура температура токопроводящей жилы кабеля основного испытательного контура должна быть рассчитана по МЭК 60853-2 на основе измеренной температуры наружной оболочки TC_s. Измерение проводят в наиболее горячем месте с помощью термопары, установленной на или под наружной поверхностью, аналогичным образом, как для стандартного кабеля.

Примечание - В качестве альтернативы может использоваться МЭК 60287-1-1, если указано, что время достижения асимптотической переходной температуры находится в указанном интервале.

Ток нагрева должен быть отрегулирован для получения требуемого значения расчетной температуры жилы, основанной на измеренной температуре наружной оболочки.