IEC 60287-2-3:2024
Электрические кабели - Расчет номинального тока - Часть 2-3: Тепловое сопротивление - Кабели, проложенные в вентилируемых туннелях
- Стандартный №
- IEC 60287-2-3:2024
- Дата публикации
- 2024
- Разместил
- International Electrotechnical Commission (IEC)
- Последняя версия
- IEC 60287-2-3:2024
- сфера применения
-
Анализ технической структуры стандарта IEC 60287-2-3:2024
IEC 60287-2-3:2024, ключевой компонент серии стандартов Международной электротехнической комиссии для расчета допустимой токовой нагрузки кабеля, предоставляет систематическую методологию, специально предназначенную для расчета теплового сопротивления кабелей в вентиляционных туннелях. Это второе издание стандарта представляет собой техническую ревизию первого издания 2017 года, в первую очередь обновляя символику для обеспечения согласованности с другими стандартами серии IEC 60287.
Область применения и технические характеристики стандарта
Настоящий стандарт распространяется на прокладку кабелей всех уровней напряжения в вентиляционных туннелях, охватывая как условия естественной, так и принудительной вентиляции. Стандарт основан на теории стационарной теплопередачи, предполагающей постоянное выделение тепла вдоль кабеля и постоянное поперечное сечение туннеля. Основной метод расчета учитывает следующие механизмы теплопередачи:
Механизм теплопередачи Формула расчета Применимые условия Выражение теплового сопротивления Радиальная теплопроводность внутри кабеля Формула (3) Все типы кабелей T1, T2, T3 Излучение с поверхности кабеля на стенку туннеля Формула (4) Учет коэффициента формы излучения Tst Конвекция с поверхности кабеля в воздух Формула (5)/(6) Различие ламинарного и турбулентного течения Tas Конвекция от воздуха к стенке туннеля Формула (7) Re＞2500 турбулентности Tat Радиальная теплопроводность грунта Формула (10)/(11) Круглый/прямоугольный туннель Te
Ключевые технические параметры для расчета теплового сопротивления
Стандарт определяет несколько ключевых параметров расчета, среди которых коэффициент формы излучения Kr и коэффициент конвекции Kcv оказывает существенное влияние на результаты расчетов:
Коэффициент расчета сопротивления тепловому излучению
Коэффициент FmC определяется расположением кабелей: 0 для одного кабеля, 0,182 для двух кабелей, находящихся в контакте, и 0,054, когда расстояние равно трем диаметрам кабеля. Для расположения из трех кабелей используются разные коэффициенты для центрального кабеля и боковых кабелей. Параметры расчета сопротивления тепловому излучению Значения Kcv были экспериментально определены как 0,130 для одного кабеля, уменьшаясь до 0,086 для трех кабелей, находящихся в горизонтальном контакте, и далее уменьшаясь до 0,070 для треугольного расположения. Эти коэффициенты отражают влияние расположения кабелей на эффективность конвективной теплопередачи.
Итеративный процесс расчета и анализ сходимости
Стандарт использует итерационный алгоритм для решения проблемы неизвестной температуры на выходе. Процесс расчета включает в себя:
- Изначально предположим температуру поверхности кабеля, температуру стенки туннеля и температуру воздуха на выходе из туннеля
- Рассчитаем значения теплового сопротивления (Tst, Tas, Tat, Te)
- Выполним преобразование Δ-звезда для получения эквивалентных термических сопротивлений T*s, T*t и T*a
- Рассчитаем допустимую токовыводящую способность и потери в кабеле
- Обновим расчетную температуру на выходе
- Повторим итерации до сходимости
Пример расчета, приведенный в Приложении А, показывает, что для туннеля длиной 1 км удовлетворительная сходимость достигается после трех итераций, а расчетная токовыводящая способность составляет 2755 А. Для туннеля длиной 10 км токовыводящая способность падает до 1999 А, что демонстрирует значительное влияние длины туннеля на рассеивание тепла.
Рекомендации по внедрению инженерных приложений
Меры предосторожности на этапе проектирования
На этапе проектирования кабельной инженерии вентиляционных туннелей рекомендуется сосредоточиться на следующих аспектах:
- Оптимизация геометрических параметров туннеля: Диаметр туннеля, длина и глубина заложения оказывают непосредственное влияние на тепловое сопротивление Te
- Проектирование вентиляционной системы: Скорость воздуха Vair напрямую влияет на эффективность конвективного теплообмена и должна быть выбрана обоснованно
- Расположение кабелей: Расстояние и форма расположения влияют на коэффициенты излучения и конвективного теплообмена
Рекомендации по разработке инструмента расчета
При разработке инструмента расчета на основе настоящего стандарта следует обратить внимание на:
- Реализацию полного итеративного процесса расчета для обеспечения сходимости
- Точный расчет изменений в Физические параметры воздуха с температурой
- Предоставить различные варианты расположения кабелей
- Включить параметры расчета теплового сопротивления для круглых и прямоугольных туннелей
Технические проблемы при внедрении стандарта
Технические проблемы, которые могут возникнуть при внедрении, включают:
- Влияние тепловой инерции грунта в глубоких туннелях не было полностью учтено
- Упрощенная обработка переходной зоны между ламинарным и турбулентным потоком может привести к ошибкам
- Упрощение расчетов для многоцепных кабелей с неидентичными характеристиками
Техническое развитие стандартов и перспективы на будущее
По сравнению с изданием 2017 года, IEC 60287-2-3:2024 в первую очередь стандартизирует символику, сохраняя при этом стабильность методов расчета. Настоящий стандарт основан на основном алгоритме отчета рабочей группы CIGRE 1992 года, который апробирован в инженерии более 30 лет.
Будущие направления развития технологий могут включать:
- Точное моделирование эффекта тепловой инерции грунта в глубоких тоннелях
- Более точное описание конвективного теплопереноса при переходном течении
- Дополнение методов расчета токонесущей способности в нестационарных условиях
- Комплексное применение расчетного программного обеспечения и технологии BIM
Настоящий стандарт обеспечивает важную техническую основу для безопасной эксплуатации кабельных систем в вентиляционных тоннелях. Благодаря научным методам расчета термического сопротивления он обеспечивает точность и надежность определения токонесущей способности кабелей, что имеет большое значение для безопасности и экономичности энергетики.
IEC 60287-2-3:2024 Ссылочный документ
- IEC 60287-1-1 Электрические кабели. Расчет номинального тока. Часть 1-1. Уравнения номинального тока (коэффициент нагрузки 100 %) и расчет потерь. Общие сведения.
- IEC 60287-2-1 Электрические кабели. Расчет номинального тока. Часть 2-1. Термическое сопротивление. Расчет термического сопротивления.
IEC 60287-2-3:2024 История
- 0000 IEC 60287-2-3:2024 RLV
- 2017 IEC 60287-2-3:2017 Электрические кабели. Расчет номинального тока. Часть 2-1. Термическое сопротивление. Расчет термического сопротивления.
