Контрольные вопросы:

1. Перечислите основное электрооборудование подстанций.

2. Периодичность ремонта и испытаний оборудования электроустановок.

3. Перечислите требования нормативных документов к комплексной диагностике электрооборудования подстанций.

4. Перечислите основные виды технической диагностики.

5. Перечислите требования нормативных документов к качеству диагностики.

6. Как осуществляется сушка трансформаторов?

Задания для самостоятельной работы:

1. Опишите правила технической эксплуатации силовых трансформаторов.

2. Опишите работы, выполняемые при диагностике силовых трансформаторов.

3. Составить сетевой график для проведения комплексной диагностики электрооборудования подстанций.

4. Определить число витков намагничивающей обмотки и ток в обмотке при индукционной сушке (см.задачу по варианту).

5. Определить параметры сушки трансформаторов токами нулевой последовательности (см.задачу по варианту).

2. Эксплуатация кабельных линий электропередач

Содержание: эксплуатация кабельных линий электропередач. Пример решения задач.

Осмотр кабельных линий. При техническом обслуживании кабельных линий (КЛ) периодически проводят их осмотр с целью визуального обнаружения неисправностей и дефектов.

КЛ на напряжение до 35 кВ, проложенные открыто, должны осматриваться не реже 1 раза в 6 месяцев; проложенные в земле – не реже 1 раза в 3 месяца.

Не реже 1 раза в 6 месяцев выборочные осмотры КЛ должны проводиться административно-техническим персоналом.

Допустимые нагрузки при эксплуатации. Для каждой КЛ при вводе в эксплуатацию устанавливается допустимая токовая нагрузка. Эта нагрузка определяется по условию, что температура жил кабеля будет не выше длительно допустимой температуры .

Для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией величина зависит от номинального напряжения (таблица 5).

Таблица 5.

, кВ	до 3	6	10	20	35
, оС	80	65	60	35	50

Для кабелей:

- с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлорида =70 ^оС;

- с изоляцией из сшитого полиэтилена =90 ^оС;

- с резиновой изоляцией =65С.

Перегрев изоляции кабеля выше заметно ускоряет процесс ее старения, и следовательно, сокращает срок службы кабеля.

Непосредственное измерение температуры жилы кабеля представляет значительные трудности. Поэтому, для проверки теплового режима кабель нагружают током и снимают показания термодатчиков, установленных на стальной броне (оболочке или шланге) кабеля.

Температура жилы кабеля рассчитывается по формуле:

= , (2.1)

где - температура брони (оболочки или шланги), измерения при испытании; - превышение температуры жилы кабеля над температурой брони (оболочки или шланга).

Величина рассчитывается по эмпирической формуле или определяется по номограммам. Одна из таких номограмм для кабелей с алюминиевыми жилами, находящихся в эксплуатации от 5 до 25 лет, приведена на рисунке 5.

Токовая нагрузка КЛ, при которой = , соответствует допустимой длительной нагрузке.

Рисунок 5. Разность температур между броней и алюминиевыми жилами

кабелей напряжением 10 кВ

В практической эксплуатации действительную токовую нагрузку кабеля I сопоставляют с длительно допустимым током , приводимым в справочной литературе. Длительный режим работы кабеля считается допустимым при выполнении условия:

, (2.2)

где k – поправочный коэффициент.

Принимаемые по справочным данным поправочные коэффициенты учитывают реальную температуру охлаждающей среды, количество кабелей в земляной траншее, удельное тепловое сопротивление грунта, срок службы кабеля и другие факторы.

При эксплуатации КЛ допускаются кратковременные перегрузки, например, на период ликвидации аварии. Допустимые перегрузки кабелей напряжением до 10 кВ в зависимости от вида изоляции составляют:

- кабели с бумажной изоляцией – на 30%;

- изоляцией из полиэтилена и поливинилхлорида – на 15%;

- резина – на 18%;

- сшитого полиэтилена – на 25%;

- для кабелей со всеми видами изоляции, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны быть снижены до 10%.

Указанные перегрузки допускаются продолжительностью не более 6 часов в сутки в течение 5 суток. Суммарная продолжительность перегрузки в год не должна превышать 100ч.

Контроль нагрузочного режима КЛ осуществляется снятием графиков нагрузки, выполняемым не реже 2 раз в год. Причем, один раз контроль осуществляется в период зимнего максимума нагрузки.

По точности определения места повреждения различают относительные и абсолютные методы. Относительные методы имеют определенную погрешность и позволяют определить лишь зону повреждения. Это импульсный, петлевой и емкостный методы.

Точное место повреждения позволяют найти абсолютные методы, такие как индукционный и акустический.

Импульсным методом определяется зона однофазного или многофазного замыкания, зона обрыва любого количества фазных жил.

В поврежденную линию посылается эталонный электрический импульс. По экрану измерительного прибора, проградуированному в мкс, измеряется интервал времени t_х между моментом подачи импульса и моментом прихода импульса, отраженного от места провождения (рисунок 6).

Скорость распространения электромагнитных волн в силовых кабелях практически не зависит от сечения и материала жил и составляет 160 3 м/мкс. Расстояние до места повреждения вычисляется как l_х=80t_х, м.

Для случая, приведенного на рисунке 6, зона повреждения находится на расстоянии l_х=80х3,5=280 м от места измерения.

Рисунок 6. Экран прибора при определении зоны повреждения кабеля

импульсным методом: а – при замыкании; б – при обрыве.

По знаку отраженного импульса судят о характере повреждения. Если посланный и отраженный импульс разного знака – повреждение типа замыкания (рисунок 6, а), если одного знака – повреждение типа обрыва (рисунок 6, б).

Петлевой метод применяется для определения зоны однофазных и двухфазных замыканий на землю. Этот метод основан на измерении омического сопротивления жил кабеля до места повреждения.

На одном конце кабеля замыкаются нормальная и поврежденная жилы (образуется петля). Измерения проводятся с другого конца кабеля (рисунок 7). Для измерения сопротивлений R₂ и R₄ может использоваться, например, мост постоянного тока.

Рисунок 7. Схема определения зоны повреждения петлевым методом

В одну диагональ моста включается источник постоянного напряжения – U, в другую – измерительный прибор, например, милливольтметр mV. Регулируемыми сопротивлениями R₁ и R₃ достигается равновесие моста – нулевое показание милливольтметра.

Известно, что равновесие моста будет достигаться при выполнении соотношения

, (2.3)

где R₂ – сопротивление нормальной жилы и участка поврежденной жилы от конца кабеля до места повреждения; R₄ – сопротивление участка поврежденной жилы от начала кабеля до места повреждения.

Поскольку сопротивление жилы кабеля пропорционально его длине, зона повреждения после достижения равновесия моста определяется несложными вычислениями:

, (2.4)

где l – длина кабеля.

Емкостный метод позволяет определить зону обрыва фазных жил кабеля. Метод базируется на измерении емкости между каждой жилой и заземленной металлической оболочкой кабеля.

Пусть измеренная емкость оборванной жилы составляет С_х, а измеренная емкость целой жилы – С. Расстояние до места обрыва составляет:

. (2.5)

При обрыве трехфазных жил емкость кабеля рассчитывается по известному выражению:

, (2.6)

где b_o – удельная емкостная проводимость кабеля, определяемая по справочным данным.

Индукционный метод позволяет определить место многофазных замыканий в кабеле после успешного прожига изоляции в месте повреждения. Метод основан на улавливании магнитного поля, создаваемого вокруг кабеля протекающим по нему током. Улавливание поля производятся с помощью специальной поисковой катушки, имеющей магнитный сердечник для концентрации поля.

Для планирования ремонта КЛ ведется следующая эксплуатационно-техническая документация: паспорта КЛ; листики осмотров; кабельный журнал; акты скрытых работ с указанием пересечений и сближения кабелей со всеми подземными коммутациями; акты на монтаж кабельных муфт; протоколы измерения сопротивления изоляции; протоколы испытаний изоляции КЛ повышенным напряжением;- протоколы измерения сопротивлений заземляющих устройств; журналы неисправностей КЛ; журналы учета работ КЛ и другие документы.

На основании этих документов составляется многолетний график работ, в котором указывается перечень всех КЛ и годы их вывода в ремонт в соответствии с техническим состоянием. На основании многолетнего графика составляются годовые графики работ.

При капитальном ремонте КЛ выполняются следующие основные работы: выборочное шурфление кабельных траншей с оценкой состояния кабелей и муфт; полное вскрытие кабельных каналов с исправлением раскладки кабелей, устранением коррозии оболочек, читкой каналов, заменой или ремонтом конструкций для крепления кабелей; переразделка дефектных муфт; частичная или полная замена участков КЛ; ремонт заземляющих устройств; окраска металлических конструкций в кабельных сооружениях.

При окончании ремонтных работ проводятся испытания КЛ. Кроме того, КЛ испытываются под нагрузкой в течение 24 ч. Все работы, выполненные при капитальном ремонте КЛ, принимаются по акту. Акты со всеми приложениями хранятся в паспорте КЛ.

Задача.

Кабельная линия соединяет источник энергии с потреблением (рисунок 8). Вид потребителя определяется по таблице в соответствии с номером варианта (это может быть либо асинхронный двигатель (АД), либо трансформатор (Т), либо синхронный двигатель (СД)).

Технические данные потребителя выбираются в зависимости от номера варианта из таблицы 6.

Таблица 6.

Вариант	Потребитель	U, кВ	Тmax, ч	Материал провода	Тип кабеля	Место нахождения	tокр, оС	tоб, оС	, оС	, оС	, А
1	АД1	Согласно техническим данным соответствующего потребителя	1500	Медь	2	З	10	9	2	80	100
2	АД2		2000	Алюминий	1	З	11	8	0	70	95
3	АД3		2550	Медь	3	В	20	15	3	80	30
4	АД4		2500	Алюминий	1	В	35	32	1	70	45
5	АД5		3000	Медь	2	В	40	38	5	70	80
6	АД6		3500	Алюминий	2	З	25	25	2	80	74
7	АД7		4000	Медь	3	В	15	12	4	70	52
8	АД8		5000	Алюминий	2	В	55	52	6	80	65
9	АД9		6000	Медь	3	З	33	30	2	80	30
10	АД10		6500	Алюминий	3	З	32	31	0	70	44
11	Т1		7000	Медь	4	З	40	39	3	80	75
12	Т2		7500	Алюминий	2	В	54	53	1	80	98
13	Т3		8000	Медь	2	В	23	20	0	70	20
14	Т4		2200	Алюминий	3	В	28	21	1	70	41
15	Т5	Согласно техническим данным соответствующего потребителя	3100	Медь	4	З	12	7	2	80	65

Считать, что трансформаторы работают в повышенном режиме.

Рисунок 8. Соединение кабельной линии источника энергии с потребителем

1. Для данной схемы по заданной нагрузке выбрать кабельную линию по экономической плотности тока.

2. Для данной схемы по заданной нагрузке выбрать кабельную линию по длительно допустимому току.

3. В зависимости от места нахождения (в земле 3 или воздухе В), температуры окружающей среды и типа кабеля определить длительно допустимую нагрузку кабельной линии с учетом температуры окружающей среды. Температура окружающей среды выбирается в зависимости от заданного варианта.

4. Скорректировать допустимую нагрузку кабельной линии по данным предыдущей задачи по более точной формуле.

Методические указания к решению задачи:

1. Выбор сечения проводников по экономической плотности тока. Сечения проводников должны быть проведены по экономической плотности тока. Экономически целесообразно сечение S_э, мм², определяется из соотношения:

,

где - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А; - нормированное значение экономической плотности тока А/мм², для заданных усилий работы, выбираемое по таблице 7.

Таблица 7.

Длительно допустимые температуры жил кабеля в зависимости от типа кабеля

Тип кабеля	Длительно допустимая температура, оС
Для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией напряжением до 3 кВ	80
Для кабелей с резиновой изоляцией	65
Для кабелей по ВТУ с полихлорвиниловой изоляцией	65
Для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией напряжением 20 и 35 кВ	50

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.

2. Выбор кабельной линии по длительно допустимому току. В зависимости от вида потребителя (двигатель, трансформатор и т.д.) определяется номинальный потребляемый нагрузкой ток и по нему выбирается кабельная линия, исходя из условия:

.

3. Соблюдение режимов работы кабельных линии по токам нагрузки. Допустимые температуры нагрева токоведущих жил определяются конструкцией кабеля (типом применяемой изоляции), рабочим напряжением, режимом его работы (длительный, кратковременный). Длительно допустимые температуры токоведущих жил не должны превышать табличных значений.

Допустимые токовые нагрузки для нормального длительного режима кабельной линии определяют по таблицам, приведенным в электротехническом справочнике. Эти нагрузки от способа прокладки кабеля и вида охлаждающей среды (земля, воздух).

Для кабелей, проложенных в земле, длительно допустимые токовые нагрузки приняты из расчета прокладки одного кабеля в траншее на глубине 0,7…1,0 м при температуре земли 15 ^оС. Для кабелей, проложенных на воздухе, температура окружающей среды принята равной 25 ^оС. Если расчетная температура t_p окружающей среды отличается от принятых условий t_н, вводится поправочный коэффициент k₁, равный

,

где - допустимая температура жилы кабеля.

За расчетную температуру почвы принимается наибольшая среднемесячная температура (из всех месяцев года) на глубине прокладки кабеля. За расчетную температуру воздуха принимают наибольшую среднюю суточную температуру, повторяющуюся не менее трех дней в году.

При прокладки в одной траншее нескольких кабелей вводят поправочный коэффициент k₂, зависящий от числа параллельно проложенных кабелей и расстояния в гнету между ними.

В условиях необходимости применения обоих поправочных коэффициентов длительно допустимая нагрузка

.

Длительно допустимые нагрузки определяют по участку трассы кабельной линии с наихудшими условиями охлаждения, если длина участка не менее 10 м.

Кабельные линии напряжением до 6…10 кВ, несущие нагрузки меньше номинальных при коэффициенте предварительной нагрузки не более 0,6…0,8 м, могут кратковременно и длительно перегружаться (см. ПТЭ и ПУЭ). Для более точного определения нагрузочной способности кабеля рекомендуется измерять температуру металлических оболочек кабелей , а затем определять температуру жилы кабеля Т_ж по формуле:

,

где - перепад температур от оболочки до жилы кабеля; - температура оболочки, измеренная при опыте, ^оС.

Если в результате измерений температура жилы кабеля Т_ж окажется ниже допустимой величины Т_ж.д, можно скорректировать нагрузку кабеля, увеличив ее до значения, определяемого формулой:

,

где и измеренная нагрузка и температура жилы кабеля.