12. 6 Проверка проводников по термической стойкости к токам кз.

По термической стойкости в режиме КЗ проверяются: кабели и изолированные провода при напряжении до 1000 В (см. п. 12.4.), неизолированные провода при напряжении свыше 1000 В при токах КЗ свыше 50 кА и кабели при напряжении свыше 1000 В.

При напряжении свыше 1000 В проверка сечений по термической стойкости проводится после расчетов токов КЗ. Тогда минимальное термически стойкое токам КЗ сечение кабеля

F_к.з (I_⁽³⁾t_п)/С, или

где I_⁽³⁾ , или -I_к -трехфазный суммарный ток КЗ от энергосистемы до точки КЗ (установившееся значение), t_п - приведенное расчетное время действия тока КЗ ( пока не сработает защита); С - термический коэффициент для кабелей в зависимости от материала жил и конструкции кабеля. По различным оценкам С может иметь разные величины: Для кабелей напряжением 10 кВ с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной или резиновой изоляцией С=78 Ас²/мм², для кабелей напряжением 10 кВ с алюминиевыми жилами и полиэтиленовой изоляцией С= 65 Ас²/мм².

С = 165 - для меди } термический коэффициент

С = 90 - для алюминия при напряжении до 10 кВ.

Приведенное время действия тока КЗ состоит из времени срабатывания релейной защиты и времени срабатывания собственно силового выключателя и находится по справочным данным аппаратуры. Если никаких данных об этом не имеется, то можно принимать t_п =0,2 с.

При напряжении до 1000 В проверка проводников на термическую стойкость к токам КЗ проводится путем сравнения длительно допустимого тока проводника и тока расцепителя автомата:

I дл. доп. пр. > I ном. р. а.

12. 7 Проверка на электродинамическую стойкость проводников в режиме к ороткого замыкания.

Проверка проводится только для шин. Методика основана на сравнении расчетных и допустимых усилий и механических напряжений, действующих на шины в момент КЗ.

1. Сила электродинамического действия на шины и изоляторы при трёхфазном КЗ зависит от величины тока КЗ, расстояния между шинами, расстояния между точками крепления шины, материала шин, площади сечения шин и расположения шин (плашмя или на ребро).

F ⁽³⁾=1,76 l / a ( i_у⁽³⁾ ) ² 10^-2

Где l – расстояние между опорными изоляторами (вдоль проводников), см;

а – расстояние между осями токоведущих проводников смежных (соседних) фаз, см

i_у – ударный ток КЗ, кА.

2. Изгибающий момент:

М_изг= F ⁽³⁾*l/10 даН*см

3. Момент сопротивления шин при расположении плашмя.

W=b*h²/6 см³ ,

Где b и h – размеры шин: ширина и высота

4. Напряжение материала шин при изгибе:

_расч= М_изг/W даН/см²

Если _расч _доп , то выбранные шины по механической прочности принимаются, а если _расч_доп ,то необходимо принять шины большего размера.

_доп - допустимое напряжение материала шин:

4. для медных - 1300 даН/см²,

5. для алюминиевых – 650 даН/см²,

6. для стальных – 1600 даН/см².

Какие проводники необходимо защищать и от чего?

От перегрузки и коротких замыканий защищаются электрические сети:

а) проложенные открыто незащищенными изолированными проводника­ми с горючей

оболочкой или изоляцией внутри помещений;

б) осветительные — в жилых, общественных и торговых зданиях, служебно-бытовых

помещениях промышленных предприятий, включая сети для бы­товых и переносных

электроприемников, а также в пожароопасных зонах;

в) силовые — на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, а

также в торговых помещениях, где по режиму работы может воз­никнуть длительная перегрузка проводов и кабелей;

г) во взрывоопасных зонах.

Все остальные электрические сети имеют защиту только от коротких замыканий.

Необходимым условием надежного отключения сетей до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью при коротком замыкании является правильный выбор плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей. Ток однофазного короткого замыкания в сети должен превышать в 4 –7 раз но­минальный ток предохранителя и в 1,5 раза—ток отсечки автомата.

. 13. ВОЗДУШНЫЕ И КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Воздушной линией электропередачи (ВЛ) называется устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и закреплённым на опорах с помощью изоляторов и арматуры.

Основными элементами ВЛ являются: неизолированные (голые) провода, опоры, изоляторы, линейная арматура и грозозащитные тросы. В последнее время стали использоваться самонесущие изолированные провода. Ширина трассы ВЛ на поверхности земли называется габаритами ВЛ.

В питающих и распределительных городских сетях и сетях промышленных предприятий сооружают постоянные и временные ВЛ.

Постоянные ВЛ сооружают на поверхностном комплексе, промплощадке, в населенной и ненаселенной местности, на бортах карьеров, а также на нерабочих уступах и предохранительных бермах или вдоль стационарных транспортных коммуникаций.

Временные ВЛ (передвижные и переносные) систематически перемещаются по мере подвигания работ. Их сооружают на площадках рабочих уступов карьеров, на строительных площадках, при ведении геологоразведочных работ.

Опоры. Опоры предназначены для крепления и поддержания на них проводов и других элементов воздушных линий. Опоры подразделяются по назначению, материалу изготовления, конструкции, количеству проводов и цепей. Опоры передвижных ВЛ устанавливают на основаниях из железобетона или профильной стали. Перед передвижкой провода демонтируют. Опоры переносных ВЛ заглубляют в грунт также, как и опоры постоянных ВЛ стационарного исполнения.

Опоры выполняют из дерева, стали и железобетона. Деревянные опоры применяются при напряжении до 6 кВ; железобетонные -вибрированные- до 10 кВ, центрифугированные до 35 кВ, металлические- при любом напряжении. Применяются и комбинированные опоры (железобетон + дерево). По назначению опоры бывают: концевые, промежуточные, анкерные, угловые, транспозиционные, ответвительные, перекрестные.

Промежуточные опоры применяются на прямых участках линии и не воспринимают усилий, направленных вдоль линий при нормальных условиях работы, а всего лишь поддерживают провода. Промежуточные опоры по сравнению с анкерными изготавливают облегчёнными.

Анкерные опоры устанавливают в узловых точках , или через несколько промежуточных пролетов линии, или в местах, где по нормам требуется особая надёжность, в частности на ответственных пересечениях с инженерными сооружениями (железными и шоссейными дорогами, другими линиями электропередачи и связи и т.д.). Эти опоры принимают на себя всю нагрузку вдоль линии анкерного участка, в том числе нагрузку от натяжения проводов.

Концевые опоры анкерного типа устанавливают в начале и в конце линии, они принимают на себя только одностороннее натяжение проводов и тросов.

Угловые опоры, устанавливаемые на углах поворота линии, они чаще всего могут быть анкерного типа, или как усиленные промежуточные. Угловые опоры анкерного типа устанавливают в опорных точках линий, на углах поворота троса и на ответственных пересечениях. При нормальных условиях работы эти опоры воспринимают натяжение, действующее по биссектрисе внутреннего угла и являющиеся слагаемой натяжения проводов и тросов смежных промежутков.

Транспозиционные опоры применяются для изменения расположения проводов (фаз) на опорах в целях уменьшения потерь.

Ответвительные опоры служат для ответвления проводов в сторону от магистральной линии, перекрёстные – для выполнения на них перекрещивания проводов ВЛ. Специальные опоры могут быть всех указанных выше типов.

Деревянные опоры просты в изготовлении, недороги, дают добавочную изоляцию проводов по отношению к земле. Недостатком деревянных опор является их недолговечность, из-за быстрого гниения дерева. Деревянные опоры применяют на ВЛ напряжением до 6 кВ. Комбинированные с железобетонным пасынком – до 10 кВ. Железобетонные вибрированные – до 10 кВ и центрифугированные до 35 кВ. Металлические опоры используют главным образом для ВЛ напряжением 35 кВ и выше.

Типовые деревянные опоры с железобетонными стульями (пасынками), предназначены для установки во всех районах по условию гололёдности. Опоры изготовляют составными из сосновых брёвен в сочетании с железобетонными стульями, дерево пропитывается специальным антисептическим составом..

Рисунок 1 - Общее устройство воздушной линии.

Железобетонные опоры ВЛ – 6 (10) кВ изготовляют из цельных стоек прямоугольного или восьмигранного полого или сплошного сечения с применением бетона марки 300 и арматурной стали марки Ст.5, 25СГ. Траверсы изготавливают из дерева, металла или железобетона.

пасынок

а б в г д

а- А-образная, б- П-образная, в- А-П-образная , г- одностоечная без подкоса и с подкосом, д- одностоечная деревянная с железобетонным пасынком.

Рисунок 2 - Устройство и типы опор воздушных линий.

треугольник, бочка двухцепная, обратная елка, горизонтальная

Рисунок 3 - Способы подвески проводов и тросов.

На временных ВЛ в карьерах и на отвалах применяют в основном деревянные опоры: переносные с заглублением их оснований в грунт и передвижные с установкой на железобетонном основании. Сооружение новых и перемещение на новые трассы действующих временных ВЛ осуществляется с помощью специальных машин и тракторов.

Д ля экономии материалов и сокращения затрат труда на сооружение и перемещение ВЛ в карьерах и на отвалах применяют опоры специальной конструкции, позволяющие совместную подвеску

Угловая с оттяжками

Промежуточная для совместной прокладки ВЛ-6 и ВЛ-0,4 кВ Угловая с оттяжкой и «якорем»

Промежуточная двухцепная

Рисунок 4 - Общий вид одностоечных опор для карьерных сетей 6 - 10 кВ

проводов ВЛ-6 кВ, проводов осветительной линии и заземляющего троса, а также проводов контактной сети и проводов осветительной линии напряжением до 1000 В.

Совместная подвеска проводов линий различного назначения осуществляется на всех типах переносных и передвижных опор: промежуточных, анкерных, угловых и концевых.

На рисунке 4 слева показаны передвижные промежуточные и угловые опоры, а на рисунке справа – стационарные и переносные промежуточные и угловые для совместной подвески проводов линии 6 кВ, освещения и заземляющего троса.

Крепление проводов на опорах может быть выполнено одинарным, двойным и двойным анкерным способом. Длину пролётов стационарных ВЛ напряжением до 1000В принимают в среднем от 30 до 50 м, напряжением 6(10) кВ – от 50 до 100 м. Расстояние между опорами передвижной ВЛ – 6 кВ должно быть не более 50 м. Вообще длина пролета выбирается с учетом типа проводов, веса проводов и их механической прочности, допустимой толщины гололеда, ветровой нагрузки, величины напряжения и может составлять от 50 до 500 метров. Например, для провода марки АЖ-120 при толщине гололеда 10 мм допустимая длина пролета –550 м, а при гололеде толщиной 20 мм – 260 м. Расположение проводов допускается любое, независимо от климатических условий района.

Расстояние между проводами на ВЛ 220-380 В принимают в среднем от 400 до 500 мм, на ВЛ – 6 кВ – от 800 до 1500 мм, при напряжении 10 кВ- то же , 35 кВ- 2,5-3,7м , 110 кВ- 3-4,5 м.

Расстояние от проводов до земли и до зданий и сооружений выбирается в зависимости от условий местности или рельефа, величины напряжения и составляет от 3,5 м в ненаселенной местности до 6-15м в других местах.

Изоляторы.

На ВЛ напряжением до 1000 В применяют только штыревые изоляторы марок ТФ и ШН-1; на ВЛ-6(10) кВ – штыревые изоляторы марок ШС-6; ШС-10; ШФ-6; ШФ-10; на ВЛ напряжением 20-35 кВ применяют штыревые ШФ-20 и ШФ-35, и подвесные ПС (стеклянные) и ПФ (фарфоровые). На ВЛ-110 кВ и выше применяют только подвесные изоляторы ПС и ПФ. У подвесных изоляторов цифровая часть обозначения указывает допустимую нагрузку в тоннах. Напряжение пробоя составляет: у изоляторов ПФ-6- 110 кВ, у изоляторов ПС-6- 90 кВ. В загрязненных районах применяются грезестойкие изоляторы, имеющие в названии индекс «Г».

Число подвесных изоляторов в одной гирлянде зависит от напряжения линии, материала опор и загрязнённости воздуха по трассе ВЛ.

Напряжение, кВ 6-10 35 110 220

ПФ-6, шт. 1 3 7 12-14

ПС-6, шт. 1 3 8 14

Крепление проводов и тросов к изолятором выполняют натяжными или поддерживающими зажимами. Лучшими зажимами считают зажимы, которые не требуют разреза проводов в местах присоединения. Поддерживающие зажимы делят на глухие, когда провод остаётся в зажиме, и выпадающими, когда провод выскакивает из зажима.

Арматура.

Арматурой воздушных линий называются металлические детали для крепления изоляторов, соединения проводов между собой и т.д.

Для ВЛ применяется арматура:

а) Натяжная – в виде различных зажимов для глухого закрепления проводов на анкерных опорах;

б) Подвесная – в виде различных подвесных зажимов для крепления проводов к изоляторам;

в) Сцепная – для сцепления изоляторов в гирлянду и её подвеса к опоре;

г) Соединительная – для соединения отдельных отрезков проводов и тросов.

д) Защитная- для защиты от перенапряжения и от вибрации.

На ВЛ применяют для крепления штыревых изоляторов к опорам стальные крюки и штыри, а при напряжении свыше 220 кВ- защитные рога, кольца, распорки.

Провода и тросы.

На ВЛ обычно применяются неизолированные провода, а в последнее время и изолированные самонесущие провода (СИП).Провода изготовляют одно- и многопроволочными, со сплошными сечениями и пустотелыми. Однопроволочные провода изготовляют из одной медной или стальной проволоки сплошного сечения. Многопроволочные изготовляют из одного металла (меди, алюминия, бронзы, стали), алюминиевых сплавов, двух металлов (стали и алюминия – сталеалюминевые, стали и бронзы – сталебронзовые). В сталеалюминевых и сталебронзовых проводах вокруг стального сердечника (однопроволочная или многопроволочная жила), создающего прочность провода на разрыв, скручиваются алюминиевые или бронзовые проволоки.

На ВЛ, проходящих в районах с повышенным содержанием сернистого газа и хлористых солей в воздухе применяют специальные алюминиевые и сталеалюминевые провода с антикоррозийной защитой (междупроволочные промежутки заполнены нейтральной смазкой).Провода должны иметь высокую электрическую проводимость.

При температуре равной +20^оС сопротивление меди составляет 0,0178 Ом*мм²/м. Чтобы проводимость алюминиевых и медных проводов была одинаковой, алюминиевые провода должны иметь сечения в 1,6 раза больше медных. Однако при плотности меди 8,9*10³кг/м³ и алюминия 2,7*10³кг/м³ масса алюминиевых проводов составляет 50% массы медных проводов такой же проводимости. Поэтому применение алюминиевых проводов для ВЛ экономичнее медных.

Стальные жилы сталеалюминевых и стальных проводов и тросов изготавливают из стальной оцинкованной проволоки. Для стальных однопроволочных проводов марки ПСО применяют миусскую сталь, а для биметаллических – сталь и медь. Стальные многопроволочные провода подразделяются на две марки: ПС – из обыкновенной стали (оцинкованные) и ПМС – медистой стали.

Обозначение марок алюминиевых и сталеалюминевых проводов: А – алюминиевый, АЖ – алюминиевый сплав термообработанный, АН – нетермообработанный, АКП – алюминиевый (межпроводное пространство заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости), АС сталеалюминевый, АСК – сталеалюминевый (сердечник изолирован двумя лентами и заполнен нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости). Самонесущие изолированные провода - СИП-1, СИП-2 и т.д.. Цифры в марках проводов обозначают сечение ( мм² ).В марках сталеалюминевых проводов цифры обозначают сечение: в числителе - алюминия, в знаменателе – стального сердечника.

В зависимости от разрывного усилия сечения стального сердечника разное. Чем больше допустимое разрывное усилие, тем больше сечение стального сердечника для одного и того же алюминия (его сечения). На карьерах стальные многопроволочные провода применяют в основном для прокладки на опорах ВЛ заземляющих магистралей от заземлителей до КТП, ППП и других электроустановок, или в качестве защитного троса.

Для ВЛ напряжением до 6 (10) кВ карьеров применяют преимущественно провода марок А, АЖ, АН. Сталеалюминевые провода АС обычно используют для сооружения ВЛ напряжением 35кВ и выше. На ВЛ – 6 кВ с большой длинной пролетов (100 м и больше), а также при пересечении ж/д путей и других коммуникаций, используют провод марки АС.

В электрических расчетах сталеалюминевых проводов электропроводимость стального сердечника не учитывается, как достаточно малая по сравнению с проводимостью алюминиевого провода. Провода при напряжении 220 кВ и выше делают расщепленными.