167. Термодинамические процессы, происходящие в проводах и кабелях электрических сетей при протекании по ним тока: выбор плавких предохранителей по условиям нагрева.

В электрических сетях высоковольтные предохранители применяют для защиты силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения.

На напряжении 10 кВ понижающих подстанций устанавливают предохранители типов ПК (с кварцевым наполнителем), а на напряжении 35 или 110 кВ – предохранители типов ПСН – стреляющие. Для защиты со стороны высшего напряжения трансформаторов напряжения применяют предохранители ПКТ.

Предохранители для защиты трансформаторов выбирают:

1. По напряжению (формула (6.8.1));

2. По номинальному току (I_ном.пр) (формула (6.8.2));

3. По отключающей способности (формула (6.8.6));

4. По номинальному току плавкой вставки (I_в.ном)

Плавкие вставки предохранителей выбирают с учетом отстройки их от бросков намагничивающего тока трансформатора. Рекомендуемые ПУЭ значения номинальных токов плавких вставок предохранителей в зависимости от мощности трансформаторов 10/0,4 кВ приведены в таблице 6.8.3.

Выбранные по таблице 6.8.3 плавкие вставки необходимо проверить на селективность с аппаратами защиты со стороны 0,4 кВ. Необходимо обеспечить селективность защиты со стороны высокого напряжения с предохранителями или автоматическими выключателями ввода 0,4 кВ или, по крайней мере, с отходящими линиями 0,4 кВ.

Таблица 6.8.3

Номинальные токи плавких вставок предохранителей для защиты трансформаторов 10/0,4 кВ

Номинальная мощность	Номинальный ток трансформатора на стороне 10 кВ, A	Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А
25	1,44	5
40	2,31	8
63	3,64	10
100	5,77	16
160	9,25	20
250	14,5	40 (32)
400	23,1	50
630	36,1	80

Проверка вставки на селективность с аппаратами защиты ввода 0,4 кВ выполняется в общем случае сопоставлением их характеристик на карте селективности защит.

Д ля трансформаторов 10/0,4 кВ карту селективности можно не строить, а выполнить следующие условия. Селективность будет обеспечена, если

где t_в – время плавления плавкой вставки предохранителя при КЗ на стороне 0,4 кВ, с;

t_с.з. – полное время срабатывания защиты со стороны 0,4 кВ, с которой осуществляется согласование предохранителя. t_с.з.=0,02±0,01 с – для электромагнитных расцепителей автоматов с учетом разброса срабатывания, t_с.з. – для предохранителей определяется по ампер-секундной характеристике;

Δt – минимальная ступень селективности, принимается для автоматов – 0,3 с, для предохранителей – 0,6 с;

К_n – коэффициент приведения каталожного времени плавления плав-кой вставки и времени ее разогрева, К_n принимается равным 0,9.

Если выбранная плавкая вставка не обеспечивает требуемое t_В , то следует принять плавкую вставку на больший номинальный ток, при котором требуемое время плавления будет обеспечено, но в этом случае необходимо сделать проверку по допустимому времени протекания тока КЗ t_К в трансформаторе по условию его термической стойкости.

Проверка осуществляется по условию t_в ≤ t_к ≤ 5 с.

Допустимое время протекания тока короткого замыкания в трансформаторе определяется:

где k – отношение установившегося тока короткого замыкания к номинальному току трансформатора.

Во всех случаях t_к не должно превышать 5 с.

Выбор плавких вставок предохранителей на стороне 35-110 кВ трансформаторных подстанций 35/10, 110/10 или 35/0,4 кВ осуществляется аналогично, но вместо таблицы 6.8.3 номинальный ток плавкой вставки выбирают согласно директивным материалам с учетом отстройки от бросков намагничивающего тока трансформатора по выражению: I_в.ном ≥ 2Ι_ном.т

Затем проверяют вставку на селективность работы с ближайшей защитой с низкой стороны:

где I_к.расч – расчетный ток на стороне высшего напряжения трансформа-тора при КЗ на стороне низшего напряжения;

К_н – коэффициент надежности, учитывающий разброс ампер-секундных характеристик предохранителей и необходимый запас;

К_т – коэффициент трансформации трансформатора;

I_к.н – и ток трехфазного короткого замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора.

По току I_к.расч на ампер-секундной характеристике предохранителя определяют время перегорания плавкой вставки t_В. Затем сравнивают это время с временем срабатывания защиты с низкой стороны трансформатора t_с.з . Если ступень селективности Δt=t_в – t_с.з < 0,6, то выбирают плавкую вставку на больший номинальный ток.

На рисунке 6.8.2 приведены ампер-секундные характеристики плавких предохранителей типов ПК.

Рис. 6.8.2. Ампер-секундные характеристики предохранителей типа ПК

168. Конструктивные выполнения электрических сетей: конструкции электрических воздушных линий; конструктивное выполнение проводов и изоляторов воздушных линий; кабельные линии электропередачи; токопроводов напряжением 6…35 кВ.

Э лектрические сети промышленных предприятий напряжением свыше 1000 В могут иметь следующие номинальные напряжения: 6, 10, 20, 35, 110 и 220 кВ.По назначению различают сети питающие, распределительные, местные и районные. Питающими называют сети, передающие электроэнергию от энергосистемы предприятиям, в том числе и основные сети энергосистемы, т.е. сети напряжением 220 кВ и выше. Распределительными называют сети, к которым непосредственно присоединяют электроприемники. Напряжение таких сетей составляет до 10 кВ (иногда 20 и 35 кВ). Распределительными также называют и сети более высокого напряжения (110... 220 кВ), если они питают большое число приемных подстанций глубокого ввода (ПГВ), расположенных на территории предприятия. Местные электрические сети — это сети напряжением до 35 кВ, обслуживающие небольшие районы с относительно малой плотностью нагрузки.

  Районные электрические сети — это сети напряжением 110 кВ и выше, охватывающие большие районы и связывающие электрические станции системы между собой и с центрами нагрузок.К электрическим сетям предъявляют требования надежности, экономичности, безопасности и удобства в эксплуатации, возможности индустриализации строительных и монтажных работ.По конструктивному исполнению электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные линии.Воздушной линией (BЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.К главным конструктивным элементам ВЛ относят: опоры; провода, служащие для передачи электроэнергии; изоляторы, изолирующие провода от опоры; линейную арматуру, с помощью которой провода закрепляют на изоляторах; защитные тросы.

Рис. 1. Железобетонные опоры воздушной линии напряжением 6(10) кВ:

а — промежуточные; б — анкерные

Опоры воздушных линий разнообразны по конструкции. Большая часть опор на линии служит только для поддержания проводов на высоте. Такие опоры называют промежуточными (рис. 1, а).

Анкерные опоры (рис. 1, 6) устанавливают в начале и конце линии (концевые опоры), с обеих сторон переходов через автомобильные и железные дороги, реки и другие препятствия. На прямых участках анкерные опоры размещают через каждые 2 — 3 км. Их рассчитывают на устойчивость при одностороннем обрыве всех проводов. В местах поворота линии применяют угловые опоры.

Опоры линий электропередачи изготовляют из дерева, металла, железобетона. В последнее время железобетонные опоры получают преимущественное распространение для ВЛ напряжением 6... 220 кВ. Провода подвешивают на опорах с помощью штыревых (рис. 2, я, б, в) и подвесных (рис. 2, г) изоляторов. Для линий напряжением 6 (10) кВ применяют штыревые и подвесные изоляторы. Провода воздушных линий напряжением 35 кВ и выше, как правило, подвешивают на подвесных изоляторах.

Рис. 2. Линейные изоляторы: а — штыревой для линий напряжением 400 В; б — штыревой для линий напряжением 6 (10) кВ; в — штыревой для линий напряжением 20 (35) кВ; г — подвесной для линий напряжением 35 кВ в загрязненных районах

Изоляторы ВЛ изготовляют из фарфора или закаленного стекла. К достоинствам стеклянных изоляторов относится то, что в случае электрического пробоя либо разрушающего механического, или термического воздействия закаленное стекло изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора.

Изоляторы крепят на опорах с помощью крюков, штырей и специальных скоб.

Механическая прочность воздушных линий обеспечивается соответствующим выбором площади сечения и силы натяжения проводов, типом изоляторов и конструкцией опор.

Воздушные линии в зависимости от напряжения подразделяют на три класса: I — выше 35 кВ; II — до 35 кВ; III — до 1 к В.

Для воздушных линий I и II классов применяют только многопроволочные провода и тросы.

По конструкции провода подразделяют на одно- и многопроволочные. Однопроволочные провода изготовляют из меди площадью сечения до 10 мм ² или стали диаметром до 5 мм.

Стандартом предусмотрена следующая шкала площадей сечений токоведущих жил проводов: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 600; 700 мм ².

Для ВЛ применяют неизолированные провода: алюминиевые (А), медные (М), сталеалюминиевые (АС), сталеалюминиевые усиленные (АСУ), сталеалюминиевые проволочные, стальные многопроволочные (ПМС, ПС), специальные алюминиевые и сталеалюминиевые с защитой от коррозии для прокладки на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и районах засоленных песков (АКП, АСКС, АСК).

Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки с площадью сечения 4, 6 или 10 мм ².

Многопроволочный провод свивается из отдельных проволок диаметром 2...3 мм и имеет площадь сечения 10 мм ² и выше.

А чюминиевые провода отличаются большим удельным сопротивлением (р = 28,8 Ом мм ²/км) и меньшей механической прочностью (о = 156... 180 МПа), чем медные, но они значительно дешевле.

У сталеалюминиевых проводов удельное сопротивление примерно такое же, как у алюминиевых, а их прочность о = 700 МПа. Сталеалюминиевые провода имеют сердечник из стальной проволоки для увеличения механической прочности. Такие провода широко применяются в сетях напряжением 35 кВ и выше.

Согласно ПУЭ. наименьшие значения площади сечения проводов ограничиваются по условиям механической прочности и снижения потерь мощности на коронирование. Для ВЛ напряжением 6... 10 кВ наименьшая площадь сечения может быть 25 мм ²; 35 кВ — 35 мм ²; 110 кВ — 70 мм ²; 220 кВ — 240 мм ².

Медные провода имеют малое удельное сопротивление (р = = 18 Ом-мм ²/км), их механическая прочность о = 400 МПа. Они применяются лишь в условиях повышенной опасности по взрыву.

Рис. 3. Трехжильный кабель с секторными жилами:

1 — токопроводящие жилы из алюминия или меди; 2 — бумажная, пропитанная маслом изоляция (фазная); 3 — джутовый заполнитель; 4 — бумажная, пропитанная маслом изоляция (поясная); 5— свинцовая оболочка; 6 — прослойка из джута; 7 — стальная ленточная броня; 8 — наружный джутовый покров

Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.

Кабельные линии прокладывают в местах, где затруднено сооружение BJI, например в стесненных условиях на территории предприятия, на переходах через сооружения и т.п. В таких условиях кабельные линии более надежны, лучше обеспечивают безопасность людей, чем воздушные линии, и дают очень большую экономию территории. Однако стоимость кабельных линий в 2—3 раза выше, чем воздушных, при номинальном напряжении 6...35 кВ и в 5 — 8 раз — при напряжении 110 кВ.

В распределительных сетях используют силовые кабели с бумажной изоляцией токоведущих проводов (жил), бронированные для защиты от внешних повреждений. Материал токоведущих жил — алюминий или медь; в настоящее время применяется преимущественно алюминий. По числу токоведущих жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырехжильные, причем двух- и четырехжильные кабели изготовляют только на напряжение до 1000 В.

Устройство бронированного кабеля, рассчитанного на напряжение 1... 10 кВ, с секторными жилами, бумажной изоляцией и вязкой пропиткой показано на рис. 3.

Конструкция кабелей с пластмассовой изоляцией из полиэтилена и полихлорвинила не требует защитной оболочки. Это позволяет существенно снизить расход свинца и алюминия, уменьшить массу кабеля и снизить его стоимость. Поэтому синтетическая изоляция кабелей постепенно вытесняет бумажную.

По маркировке кабелей можно судить об их конструкции. Например, марка СБ-Зх95 означает: трехжильный кабель со свинцовой оболочкой, бронированный стальной лентой, с медными жилами площадью сечения 95 мм ²; АСБ-3х95 — то же, но с алюминиевыми жилами; ААБ-3х95 — то же, но с алюминиевыми жилами и алюминиевой оболочкой; ААШ В-3 х 120 — трехжильный кабель с алюминиевыми жилами площадью сечения 120 мм ² и оболочкой с поливинилхлоридным защитным шлангом.

Таблица 1. Экономические показатели различных способов прокладки кабелей

Число кабелей	Стоимость прокладки		1 км кабелей, тыс. руб.
	в траншее	в канале	в туннеле	на эстакаде
6	5,23	12,3	—	39,28
12	10,49	24,8	—	39,28
18	15.69	31,88	-	41
24	—	49,6	-	4)
30	—	61,6	96,8	41

К абели марки ЛАШВ в настоящее время применяются наиболее широко при прокладках трасс всех видов, так как они дешевле и в большей мере отвечают требованиям пожарной безопасности благодаря тому, что поливинилхлоридный шланг не горит. Наряду с кабелями марки ААШВ широкое распространение имеют кабели марок ААБ и ААБГ. Кабели марок АС Б и СБ применяют в случаях повышенной опасности со стороны окружающей среды.

Рис. 4. Размещение кабелей в земляной траншее (а) и кабельных каналах (б):

1 — защитное покрытие; 2— кабели; 3— песчаная подушка; 4— металлическая стойка; 5— полка-кронштейн; 6— скоба; 7— стенка канала; 8— фундаментная плита

В ыбор способа прокладки кабелей зависит от их числа, места прохождения трассы, условий окружающей среды и почвы, требований эксплуатации и экономических показателей (табл. 1). При числе кабелей до 18 в одном направлении дешевле прокладывать их в траншеях (по шесть кабелей в одной траншее) (рис. 4, а) или кабельных каналах (рис. 4, б). При числе кабелей 24 и более экономичнее эстакадный способ прокладки. При числе кабелей

Рис. 5. Жесткие симметричные токопроводы на напряжение 6 (10) кВ в туннеле:

1 — железобетонные конструкции туннеля; 2 — токопроводы; 3 — конструкции крепления токопроводящих жил

3 0 и более возможна их прокладка в туннелях и коллекторах (т. е. совместно с трубопроводами других назначений).

Для соединения кабелей между собой и оконцевания применяют соединительные и концевые муфты (заделки).

Рис. 6. Гибкие симметричные токопроводы на напряжение 10 кВ (а) и 35 кВ (б): 1 — металлические опоры; 2 — гибкие токопроводы

В распределительных сетях энергоемких производств требуется передавать в одном направлении токи 1500...2000 А и более при напряжении 6... 10 кВ. В таких случаях используют токопроводы. Жесткие токопроводы прокладывают в туннелях (рис. 5), на эстакадах, по стенам зданий (на кронштейнах, железобетонных опорах). К недостаткам жестких токопроводов относятся высокая стоимость, значительное индуктивное сопротивление, отключение большого числа токоприемников при повреждении шин. Гибкие токопроводы (рис. 6) выполняют на отдельно стоящих металлических опорах 7, как воздушные линии, но в каждой фазе подвешивают шесть — восемь проводов типа А-600 и осуществляют их транспозицию. Гибкие токопроводы 2 стоят дешевле жестких при равной мощности благодаря применению подвесной изоляции вместо опорной, меньшему числу изоляторов и сокращению потерь в деталях крепления. Однако гибкие токопроводы требуют больше места на территории предприятия.