Кабельные линии электропередачи.
Кабельной линией называется линия для передачи электрической энергии или отдельных импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.
Над подземными кабельными линиями устанавливают охранные зоны, размер которых зависит от напряжения этой линии. Так, для кабельных линий напряжением до 1000 В охранная зона имеет размер площадки по 1 м с каждой стороны от крайних кабелей. В городах под тротуарами линия должна проходить на расстоянии 0,6 м от зданий и сооружений и 1 м от проезжей части.
Для кабельных линий напряжением выше 1000 В охранная зона имеет размер по 1 м с каждой стороны от крайних кабелей.
Подводные кабельные линии напряжением до 1000 В и выше имеют охранную зону, определяемую параллельными прямыми на расстоянии 100 м от крайних кабелей.
Трассу кабеля выбирают с учетом наименьшего его расхода и обеспечения сохранности от механических повреждений, коррозии, вибрации, перегрева и возможности повреждений соседних кабелей при возникновении короткого замыкания на одном из них.
При прокладке кабелей необходимо соблюдать предельно допустимые радиусы их изгиба, превышение которых приводит к нарушению целостности изоляции жил.
Прокладка кабеля в земле под зданиями, а также через подвальные и складские помещения запрещается.
Расстояние между кабелем и фундаментами зданий должно составлять не менее 0,6 м.
При прокладке кабеля в зоне насаждений расстояние между кабелем и стволами деревьев должно быть не менее 2 м, а в зеленой зоне с кустарниковыми посадками допускается 0,75 м. В случае прокладки кабеля параллельно теплопроводу расстояние в свету от кабеля до стенки канала теплопровода должно быть не менее 2 м, до оси пути железной дороги - не менее 3,25 м, а для электрифицированной дороги - не менее 10,75 м.
При прокладке кабеля параллельно трамвайным путям расстояние между кабелем и осью трамвайного пути должно составлять не менее 2,75 м.
В местах пересечения железных и автомобильных дорог, а также трамвайных путей кабели прокладывают в туннелях, блоках или трубах по всей ширине зоны отчуждения на глубине не менее 1 м от полотна дороги и не менее 0,5 м от дна водоотводных канав, а при отсутствии зоны отчуждения кабели прокладывают непосредственно на участке пересечения или на расстоянии 2 м по обе стороны от полотна дороги.
Кабели укладывают "змейкой" с запасом, равным 1 - 3 % его длины, чтобы исключить возможность возникновения опасных механических напряжений при смещениях почвы и температурных деформациях. Укладывать конец кабеля в виде колец запрещается.
|
| Рис. 15. Готовая разделка конца трехжильного кабеля с бумажной изоляцией: 1 - наружный джутовый покров, 2 - броня (свинцовая или алюминиевая), 3 - оболочка, 4 - поясная изоляция, 5 - изоляция жилы кабеля, 6 - токопроводящая жила кабеля |
Количество соединительных муфт на кабеле должно быть наименьшим, поэтому кабель прокладывают полными строительными длинами. На 1 км кабельных линий может приходиться не более четырех муфт для трехжильных кабелей напряжением до 10 кВ сечением до 3х95 мм2 и пяти муфт для сечений от 3х120 до 3x240 мм2. Для одножильных кабелей допускается не более двух муфт на 1 км кабельных линий.
Для соединений или оконцеваний кабеля производят разделку концов, т. е. ступенчатое удаление защитных и изоляционных материалов. Размеры разделки определяются конструкцией муфты, которую будут использовать для соединения кабеля, напряжением кабеля и сечением его токопроводящих жил.
Готовая разделка конца трехжильного кабеля с бумажной изоляцией показана на рис. 15.
Соединение концов кабеля напряжением до 1000 В осуществляйся в чугунных (рис. 16) или эпоксидных муфтах, а напряжением 6 и 10 кВ - в эпоксидных (рис. 17) или свинцовых муфтах.
Рис. 16. Соединительная чугунная муфта:
1 - верхняя муфта, 2 - подмотка из смоляной ленты, 3 - фарфоровая распорка, 4 - крышка, 5 - стягивающий болт, 6 -провод заземления, 7 - нижняя полумуфта, 8 - соединительная гильза
Соединение токопроводящих жил кабеля напряжением до 1000 В выполняют опрессовкой в гильзе (рис. 18). Для этого подбирают по сечению соединяемых токопроводящих жил гильзу, пуансон и матрицу, а также механизм для опрессовки (пресс-клещи, гидропресс и др.), зачищают до металлического блеска внутреннюю поверхность гильзы стальным ершом (рис, 18, а), а соединяемые жилы - щеткой - на кардоленты (рис. 18, б). Скругляют многопроволочные секторные жилы кабеля универсальными плоскогубцами. Вводят жилы в гильзу (рис. 18, в) так, чтобы их торцы соприкасались и располагались в середине гильзы.
Рис. 17. Соединительная эпоксидная муфта:
1 - проволочный бандаж, 2 - корпус муфты, 3 - бандаж из суровых ниток, 4 - распорка, 5 - подмотка жилы, 6 - провод заземления, 7 - соединение жил, 8 - герметизирующая подмотка
Рис. 18. Соединение медных жил кабеля опрессовкой:
а - зачистка внутренней поверхности гильзы стальным проволочным ершом, б - зачистка жилы щеткой из кардоленты, в - установка гильзы на соединяемых жилах, г - опрессовка гильзы в прессе, д - готовое соединение; 1 - медная гильза, 2 - ерш, 3 - щетка, 4 - жила, 5 - пресс
Устанавливают гильзу заподлицо в ложе матрицы (рис. 18, г), затем опрессовывают гильзу двумя вдавливаниями, по одному на каждую жилу (рис. 18, д). Вдавливание производят таким образом, чтобы шайба пуансона в конце процесса упиралась в торец (плечики) матрицы. Остаточную толщину кабеля (мм) проверяют с помощью специального штангенциркуля или кронциркуля (величина Н на рис. 19):
4,5 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 16 - 50 мм2
8,2 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 70 и 95 мм2
12,5 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 120 и 150 мм2
14,4 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 185 и 240 мм2
Качество спрессованных контактов кабеля проверяют внешним осмотром. При этом обращают внимание на лунки вдавливания, которые должны располагаться соосно и симметрично относительно середины гильзы или трубчатой части наконечника. В местах вдавливания пуансона не должно быть надрывов или трещин.
Чтобы обеспечить соответствующее качество опрессовки кабелей, необходимо выполнять следующие условия производства работ:
применять наконечники и гильзы, сечение которых соответствует конструкции жил кабеля, подлежащего оконцеванию или соединению;
использовать матрицы и пуансоны, соответствующие типоразмерам наконечников или гильз, применяемых при опрессовке;
не изменять сечение жилы кабеля для облегчения ввода жилы в наконечник или гильзу путем удаления одной из проволок;
|
| Рис. 19. Измерение остаточной толщины после соединения жил опрессовкой: а - штангенциркулем с насадкой; б - специальным измерителем |
не производить опрессование без предварительной зачистки и смазки кварцево-вазелиновой пастой контактных поверхностей наконечников и гильз на алюминиевых жилах; заканчивать опрессовку не раньше, чем шайба пуансона подойдет вплотную к торцу матрицы.
После соединения жил кабеля снимают металлический поясок между первым и вторым кольцевыми надрезами оболочки и на край находившейся под ней поясной изоляции накладывают бандаж из 5 - 6 витков суровых ниток, после чего устанавливают между жилами распорные пластины так, чтобы жилы кабеля удерживались на определенном расстоянии друг от друга и от корпуса муфты.
Укладывают концы кабеля в муфту, предварительно намотав I на кабель в местах входа и выхода его из муфты 5 - 7 слоев смоляной ленты, а затем скрепляют обе половинки муфты болтами. Заземляющий проводник, припаянный к броне и оболочке кабеля заводят под крепежные болты и таким образом прочно закрепляют его на муфте.
Операции разделки концов кабелей напряжением 6 и 10 кВ в свинцовой муфте мало чем отличаются от аналогичных операций соединения их в чугунной муфте.
Кабельные линии могут обеспечивать надежную и долговечную работу, но только при условии соблюдения технологии монтажных работ и всех требований правил технической эксплуатации.
Качество и надежность смонтированных кабельных муфт и заделок могут быть повышены, если применять при монтаже комплект необходимого инструмента и приспособлений для разделки кабеля и соединения жил, разогрева кабельной массы и т. п. Большое значение для повышения качества выполняемых работ имеет квалификация персонала.
Для кабельных соединений применяются комплекты бумажных роликов, рулонов и бобин хлопчатобумажной пряжи, но не допускается, чтобы они имели складки, надорванные и измятые места, были загрязнены.
Такие комплекты поставляют в банках в зависимости от размера муфт по номерам. Банка на месте монтажа перед употреблением должна быть открыта и разогрета до температуры 70 - 80 °C. Разогретые ролики и рулоны проверяют на отсутствие влаги путем погружения бумажных лент в разогретый до температуры 150 °С парафин. При этом не должно наблюдаться потрескивания и выделения пены. Если влага обнаружится, комплект роликов и рулонов бракуют.
Надежность кабельных линий при эксплуатации поддерживают выполнением комплекса мероприятий, включая контроль за нагревом кабеля, осмотры, ремонты, профилактические испытания.
Для обеспечения длительной работы кабельной линии необходимо следить за температурой жил кабеля, так как перегрев изоляции вызывает ускорение старения и резкое сокращение срока службы кабеля. Максимально допустимая температура токопроводящих жил кабеля определяется конструкцией кабеля. Так, для кабелей напряжением 10 кВ с бумажной изоляцией и вязкой нестекающей пропиткой допускается температура не более 60 °С ; для кабелей напряжением 0,66 - 6 кВ с резиновой изоляцией и вязкой нестекающей пропиткой - 65 °С; для кабелей напряжением до 6 кВ с пластмассовой (из полиэтилена, самозатухающего полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката) изоляцией - 70 °С; для кабелей напряжением 6 кВ с бумажной изоляцией и обедненной пропиткой - 75 °С; для кабелей напряжением 6 кВ с пластмассовой (из вулканизированного или самозатухающего полиэтилена или бумажной изоляцией и вязкой или обедненной пропиткой - 80 °С.
Длительно допустимые токовые нагрузки на кабели с изоляцией из пропитанной бумаги, резины и пластмассы выбирают по действующим ГОСТам. Кабельные линии напряжением 6 - 10 кВ, несущие нагрузки меньше номинальных, могут быть кратковременно перегруженными на величину, которая зависит от вида прокладки. Так, например, кабель, проложенный в земле и имеющий коэффициент предварительной нагрузки 0,6, может быть перегружен на 35% в течение получаса, на 30% - 1 ч и на 15% - 3 ч, а при коэффициенте предварительной нагрузки 0,8 - на 20% в течение получаса, на 15% - 1 ч и на 10% - 3 ч.
Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузка снижается на 10%.
Надежность работы кабельной линии в значительной степени зависит от правильной организации эксплуатационного надзора за состоянием линий и их трасс путем периодических осмотров. Плановые осмотры позволяют выявить различные нарушения на кабельных трассах (производство земляных работ, складирование грузов, посадка деревьев и т. д.), а также трещины и сколы на изоляторах концевых муфт, ослабление их креплений, наличие птичьих гнезд и т. д.
Большую опасность для целости кабелей представляют собой раскопки земли, производимые на трассах или вблизи них. Организация, эксплуатирующая подземные кабели, должна выделять наблюдающего при производстве раскопок с целью исключения повреждений кабеля.
Места производства земляных работ по степени опасности повреждения кабелей делятся на две зоны:
I зона - участок земли, расположенный на трассе кабеля или на расстоянии до 1 м от крайнего кабеля напряжением выше 1000 В;
II зона - участок земли, расположенный от крайнего кабеля на расстоянии свыше 1 м.
При работе в I зоне запрещается:
применение экскаваторов и других землеройных машин;
использование ударных механизмов (клин-бабы, шар-бабы и др.) на расстоянии ближе 5 м;
применение механизмов для раскопки грунта (отбойных молотков, электромолотков и др.) на глубину выше 0,4 м при нормальной глубине заложения кабеля (0,7 - 1 м); производство земляных работ в зимнее время без предварительного отогрева грунта;
выполнение работ без надзора представителем эксплуатирующей кабельную линию организации.
Чтобы своевременно выявить дефекты изоляции кабеля, соединительных и концевых муфт и предупредить внезапный выход кабеля из строя или разрушение его токами коротких замыканий, проводят профилактические испытания кабельных линий повышенным напряжением постоянного тока.
71. Эксплуатационные схемы распределительных устройств. Сущность распределения.
В зависимости от назначения, места в ЭЭС и конкретных условий РУ могут быть различного исполнения, каждое из которых имеет определенные преимущества и недостатки, обязательно учитываемые при эксплуатации.
Распределительные устройства с одной системой шин (рис. 7.1, а) экономичны. Они имеют один выключатель на цепь, блокировка разъединителей осуществляется очень просто. При наличии обходной системы шин ремонт выключателя производится без вывода в ремонт присоединения. Для снижения вероятности обесточения всего РУ при повреждениях или отказе выключателя применяется секционирование.
Однако подобная система имеет следующие недостатки:
необходимость отключения шин или их секций при ремонтах;
короткие замыкания в зоне шин, отказы линейных и секционных выключателей, а также ремонт в сочетании с отказом выключателей, приводящие к обесточению секций или всей системы шин.
При применении подобного РУ на электростанциях возможности подключения генерирующих источников к одной секции ограничены, а резервные трансформаторы собственных нужд должны предусматриваться на каждой из них.
Распределительные устройства с двумя системами шин (рис. 7.1, б) позволяют осуществить группировку присоединений так, чтобы на каждой из систем шин сочетались генерирующие и потребляющие (сетевые) присоединения. Такое распределение при необходимости позволяет работать в режиме, ограничивающем токи КЗ. При использовании обходной системы шин (рис. 7.1, в) можно выводить в ремонт выключатели без отключения присоединений. При большом числе присоединений системы шин секционируются.
Распределение присоединений между системами шин производится разъединителями, выполняющими в этом случае оперативные функции.
Недостатки подобного РУ:
большое число операций разъединителями при ремонтах;
усложненная блокировка разъединителей;
существенное снижение надежности РУ при ремонте одной системы шин;
Рис. 7.1. Схемы РУ с одной (а), двумя (б) и с обходной системами шин (в)
при отказе или повреждении шиносоединительного выключателя погасает все РУ, при отказе секционного выключателя — две секции одной из системы шин, а при отказе линейного выключателя— секция или одна система шин;
на электростанциях резервные трансформаторы собственных нужд должны предусматриваться от каждой секции системы шин.
Эти недостатки привели к использованию РУ, имеющих схемы в виде многоугольников. Стороны многоугольников образуются выключателями, а к вершинам подводятся присоединения, число которых равно числу вершин. Число выключателей в многоугольниках равно числу присоединений. Ремонт выключателей производится без отключения присоединений. Повреждения на присоединениях отключаются двумя выключателями. Разъединители в многоугольниках не оперативные, поэтому их блокировка сравнительно проста.
Особенности подобного РУ:
при КЗ в области шин отключается одно присоединение;
вывод в ремонт одного из выключателей многоугольника приводит схему в состояние, равноценное одной системе шин с числом секций, равным числу присоединений;
Рис. 7.2. Схемы треугольника (а) и четырехугольника (б)
отключение выключателя в разомкнутом многоугольнике приводит к его разделению, а в случаях, когда на отдельном участке оказывается нагрузочное при единение — к его обесточению;
отказ выключателя при разомкнутом многоугольнике вызывает потерю двух или трех присоединений с разделением.
При отделении разнородных присоединений (генерирующего и потребляющего) они выделяются на раздельную или параллельную работу через сеть и сложные объекты ЭС.
Наиболее простыв многоугольником является треугольник (рис. 7.2, а). Отказ выключателя в нем полностью обесточивает РУ.
Более совершенной конфигурацией является четырехугольник (рис. 7.2, б), в котором отказ или повреждение выключателя в разомкнутом режиме приводит к отключению двух присоединений.
Самым сложным является шестиугольник (рис. 7.3, а). Для числа присоединений, большего шести, многоугольники не используются.
Для устранения некоторых недостатков применяются связанные многоугольники с выключателями в перемычках. На
рис. 7.4 приведена схема связанных четырехугольников. Число выключателей на два больше, чем число присоединений. В этой схеме одна часть присоединений отключается двумя выключателями, а другая — тремя. Схема имеет следующие особенности:
Рис. 7.3. Схема шестиугольника (а) и схема 3/2 (б)
повреждения в области шин приводят к отключению одного присоединения;
при отключении выключателя, совпадающем с ремонтом другого выключателя, отключение присоединений менее вероятно, чем в схемах простых многоугольников, так как на участках коммутации тремя выключателями отключений дополнительных присоединений не возникает;
ремонт выключателя в перемычке и отключение второй перемычки приводят к разделению четырехугольников.
По числу выключателей лучшими являются схема 3/2 (полуторная— три выключателя на два присоединения) и схема 4/3 (четыре выключателя на три присоединения).
Рис. 7.4. Схема связанных четырехугольников
На схеме 3/2 (рис. 7.3, б) присоединение отключается двумя выключателями. Наличие линейных разъединителей позволяет при ремонтах присоединений держать замкнутыми выключатели цепочки. Схема содержит шины, не являющиеся в полном смысле сборными. Их ремонт производится без отключения присоединений. При правильном чередовании генерирующих и потребляющих присоединений в цепочке допустимо отключение обеих систем шин, следовательно, КЗ на шинах не связано с отключением присоединений. Отказ выключателей, примыкающих к шинам, приводит к отключению одного присоединения, а выключателей, не примыкающих к шинам,— к отключению двух присоединений.
При ремонте средних выключателей цепочки и КЗ на шинах отключаются два присоединения, а при ремонте выключателя у шин, совпадающем с КЗ на противоположных шинах, цепочка выделяется на раздельную работу.
При большом числе присоединений шины секционируются, что связано с установкой дополнительных выключателей. Номинальные токи выключателей должны соответствовать худшему случаю. Например, при ремонте выключателя у шин через крайний выключатель цепочки может протекать суммарный ток присоединений.
На начальном этапе развития РУ, когда число присоединений невелико (меньше шести), можно воспользоваться схемой трансформатор— шины (рис. 7.5). В этой схеме линии коммутируются двумя, а трансформаторы — тремя-четырьмя выключателями (по числу цепей). Ремонт выключателей не связан с отключением линий, в то время как ремонт шин требует отключения трансформатора.
Рис. 7.5. Схема «трансформатор — шины»
На крупных электростанциях иногда применяют схему генератор — трансформатор—линия (ГТЛ). В этом случае используют блочную цепь, включающую генератор, трансформатор и ВЛ, так как современные мощные генераторы имеют мощность, соответствующую пропускной способности ВЛ. Коммутация подобных блоков производится на сетевых объектах с приемной стороны этих ВЛ. Подобное присоединение позволяет уменьшить токи КЗ и облегчает компоновочные решения на крупных электростанциях.
72. Повреждения из-за феррорезонансных явлений в РУ.
Рис. 7.14. Эквивалентная схема замещения РУ для рассмотрения феррорезонанса
Рис. 7.13. Емкостный делитель напряжения для выравнивания потенциалов на гасительных камерах воздушных выключателей
Рис. 7.15. Вольт-амперные характеристики элементов схемы для рассмотрения явлений феррорезонанса
Представляют интерес реактивные составляющие токов в цепи трансформатора напряжения. Характеристики реактивных элементов контура, состоящего из параллельного соединения емкости шин Cj и сопротивления X трансформатора напряжения, показаны на
* 1. Портной М. Г. Повреждение трансформаторов напряжения при субгармоническом резонансе: Информационные материалы ВНИИЭ. М., 1958. Вып. 26.
2. Цирель А. Поляков В. С. Феррорезонансные явления в сетях с глухозаземленной нейтралью // Электрические станции. 1977, № 3, С. 71—75.
Воздушные выключатели имеют несколько последовательно включенных гасительных камер, для распределения напряжения между которыми параллельно им включаются емкостные делители напряжения (рис. 7.13). Через данные делители поступает напряжение на шины в случае отключения всех присоединений, остающихся под напряжением с противоположной стороны. Емкость делителей зависит от числа отключенных в этом режиме выключателей. Емкость одного делителя известна, например, у выключателя ВВБ-220 С=825 пФ; шины также обладают известной емкостью — до нескольких тысяч пикофарад. Кроме того, к шинам присоединены трансформаторы напряжения, обладающие индуктивностью, зависящей в соответствии с кривой намагничивания от приложенного напряжения. Так, индуктивность трансформатора напряжения составляет 2,4-106—0,2-106 Ом, а активное сопротивление его обмоток 9-10+3 Ом*. Образующееся в этом случае соединение соответствует схеме замещения, изображенной на рис. 7.14, где Сх — емкость делителей выключателей; С2 — емкость шин; L, R — индуктивное и активное сопротивления трансформатора напряжения.
Этот ток невелик и не представляет опасности для трансформатора напряжения.
Иной результат возникает при резонансе напряжений. Для получения результирующей характеристики контура необходимо сложить характеристику параллельного контура с характеристикой последовательно включенной емкости делителей С{ (см. рис. 7.15). Форма результирующей характеристики зависит от числа пересечений характеристики Сх и параллельного контура. В зависимости от наклона характеристики Сi пересечения могут быть в одной, двух и трех точках. С учетом потерь в элементах контура напряжение на трансформаторе напряжения Хт. н может иметь характеристики, соответствующие кривым 1, 2, 3, изображенным на рис. 7.16.
Число индуктивных сопротивлений Хг.н, при которых может установиться резонанс, равно
m=:ti— 1,
где п — число реактивных элементов контуров. 200
В частности, для схемы замещения, приведенной на рис. 7.14, возможны два резонанса (токов и напряжений) на частоте 50 Гц.
Опасность для трансформатора напряжения возникает при резонансе напряжений. В этом случае активное входное сопротивление всей двухконтурной схемы равно активному сопротивлению обмотки ВН трансформатора напряжения. Ток, протекающий по обмотке при номинальном напряжении,
Он может превысить значение, при котором плавится металл обмотки. Обычно при этом обугливается витковая изоляция. Токи, протекающие через делители выключателей, достаточно велики для того, чтобы вызвать значительные перенапряжения при отключении их разъединителями. При этом в трансформаторе напряжения возникают перекрытия обуглившейся витковой изоляции. В то же время делители ограничивают токи до значений, при которых мощность недостаточна для разрушения аппарата.
Феррорезонанс возникает в результате сочетания параметров элементов схемы. Изменяющимися являются емкости делителей напряжения выключателей и индуктивности трансформатора напряжения в функции приложенного к нему напряжения. Если пренебречь высшими гармониками, то варьируя параметры X и С2, а при необходимости и R и для различных длин системы шин, можно определить сочетания, при которых возникает резонанс напряжения. Для этого можно воспользоваться символическим методом, рассмотренным ниже.
Рис. 7.16. Характеристики феррорезонанса
Ток, протекающий в двухконтурной схеме,
В результате расчета на ЭВМ можно получить семейство кривых (см. рис. 7.16) и с их помощью выявить области резонанса напряжений для заданных значений Сь числа отключенных выключателей и индуктивностей трансформаторов напряжения, определяющихся как функция напряжения (из характеристики Iт.н1^ ==f (U)). По мере увеличения числа выключателей, через делители которых на шины поступает напряжение (кривые 1, 2, 3), возрастает напряжение на шинах и резонанс наступает при меньшей индуктивности трансформатора напряжения.
Для исключения феррорезонанса в случаях, когда такая опасность существует, целесообразно перед отключением всех присоединений выключателями отключить присоединения с противоположной стороны. Можно также использовать емкостные трансформаторы напряжения вместо обычных, а также присоединять к шинам в качестве дополнительной емкости, устраняющей резонанс, конденсатор связи. При обесточении шин защитой схема должна предусматривать сохранение присоединения к шинам трансформатора с заземленной нейтралью.
Существуют и другие явления, связанные с резонансом в ЭС. К ним относятся ультрагармонические и субгармонические резонансы, рассматривать которые мы не будем.
73. Общие вопросы эксплуатации и ремонта электрических машин. Хранение электрических машин. Классификация помещений с электроустановками. Критерии выбора электродвигателей и трансформаторов. Классификация ремонтов.
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА