Максимальная токовая защита

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

Содержание

1. Особенности выполнения воздушных линий

2. Конструкция и монтаж внутренних проводок

3. Выбор площади поперечного сечения проводов по экономическим интервалам

4. Расчёт токов короткого замыкания при питании от энергосистемы

5. Разъединители, короткозамыкатели и отделители

6. Максимальная токовая защита

1. Особенности выполнения воздушных линий

ПРОВОДА.

В сельских электрических сетях в качестве материала для проводов служат медь, алюминий и сталь. Медь применяют для изолированных проводов внутри помещений и только в редких случаях (на побережье моря, в районе химических заводов) для воздушных линий. На сельских воздушных линиях напряжением 10 кВ и более широко используют сталеалюминиевые провода. Алюминиевые применяют как во внутренних проводках, так и в воздушных сетях напряжением 0,38 кВ. Провода сельских воздушных линий при малых нагрузках в ряде существующих сетей выполнены из стали. Электрические и механические свойства меди, алюминия и стали различны.

Медь характеризуется высокой электрической проводимостью. Для применяемой в технике твердотянутой меди удельная проводимость ? = 53•106 См/м. Механическая прочность меди также высока. Временное сопротивление на растяжение твердотянутой меди (напряжение, при котором материал разрушается) k = 390 МПа. Плотность меди ? = 8,9 г/см3. Медные провода хорошо противостоят химическому воздействию различных веществ. Они отличаются тем, что, находясь в воздухе, покрываются тонкой пленкой оксидов, которая защищает их от дальнейших разрушений.

Алюминий характеризуется меньшей проводимостью, чем медь. Для твердотянутого алюминия удельная проводимость ? = 32 • 106 См/м. Он менее прочен, чем медь. Временное сопротивление k= 160 МПа. Плотность алюминия меньше, чем плотность меди, и составляет ? = 2,75 г/см3. Так же как и медь, алюминий не разрушается на открытом воздухе, покрываясь пленкой оксидов.

Сталь обладает проводимостью, значительно меньшей, чем медь и алюминий. К тому же ее проводимость зависит от силы проходящего по проводу тока. При очень малой силе тока ? = 7,5 * 106 См/м. Механическая прочность стальных проводов значительна. Временное сопротивление стальных однопроволочных проводов k= 370 МПа, а многопроволочных --k= 650... 700 МПа. Плотность стали ? = 7,85 г/см3. В отличие от проводов из цветных металлов стальные провода, окисляясь, покрываются ржавчиной, которая не защищает металл от дальнейшего разрушения. Поэтому их изготовляют либо из оцинкованной проволоки, либо с присадкой 0,2...0,4 % меди.

В сталеалюминиевых проводах внутренние проволоки выполнены из стали, а наружные -- из алюминия. Стальные проволоки несут механическую нагрузку, алюминиевые -- электрическую и механическую. Применяют также биметаллические провода. В них стальную жилу покрывают толстым слоем меди или алюминия электролитическим способом, что значительно повышает электропроводность провода.

Неизолированные провода для воздушных линий выполняют однопроволочными и многопроволочными.

Однопроволочные провода изготовляют только из меди сечением до 10 мм2 и стали диаметром до 5 мм. В сельских воздушных линиях медь не используют. Алюминиевые однопроволочные провода для воздушных линий применять нельзя.

Многопроволочные провода изготовляют из всех трех перечисленных ранее металлов в виде проволок одинакового сечения. Их число обычно равно 7, 12, 19 или 37. При таком числе проволок они плотнее располагаются вокруг одной центральной. Многопроволочные провода характеризуются большей механической прочностью и гибкостью по сравнению с однопроволочными, поэтому их широко применяют в сельских сетях.

Марки неизолированных проводов обозначают следующим образом: буквами М, А, АС и ПС выражают материал провода, а последующими цифрами -- его сечение в квадратных миллиметрах.

Например, А16 означает алюминиевый провод сечением 16 мм2, ПС25 -- провод стальной сечением 25 мм2.

Однопроволочные стальные провода обозначают ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5, где цифры соответствуют диаметру провода в миллиметрах.

С точки зрения механической прочности правилами устройства электроустановок запрещается применять провода, сечение которых меньше нормативных значений.

Нельзя использовать однопроволочные стальные провода диаметром более 5 мм и однопроволочные биметаллические провода диаметром более 6,5 мм.

На воздушных линиях напряжением до 1 кВ следует применять алюминиевые провода с минимальной площадью сечения 16 мм2, сталеалюминиевые и биметаллические -- 10 мм2, стальные многопроволочные -- 25 мм2, стальные однопроволочные -- диаметром 4 мм.

Изолированные провода (или самонесущие) для воздушных линий получили большое распространение в ряде стран Европы и имеют значительные преимущества. В недалеком будущем они получат применение в сельских сетях России, особенно на напряжение 380В. Они имеют два или три многопроволочных фазовых провода сечением 16...120 мм2, изолированных полиэтиленом, и нейтральный провод без изоляции из упрочненного алюминиевого сплава сечением 25...70 мм2.Может быть применен также четвертый изолированный провод для подключения фонарей уличного освещения сечением 16 мм2. Все провода скручены в одно целое, и их подвешивают к опорам без изоляторов на специальных подвесках. Такие провода получили название «самонесущие».

ИЗОЛЯТОРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

Основное назначение изоляторов воздушных линий -- изолировать провода от опор и других несущих конструкций. В большинстве случаев изоляторы выдерживают значительные механические нагрузки. Их материал должен быть также приспособлен к работе на открытом воздухе под воздействием переменных температур, осадков, солнца и т. д. Изоляторы воздушных линий изготовляют главным образом из фарфора, специального стекла. Механическая прочность последних выше, а размеры и масса меньше, чем у фарфоровых. При электрическом пробое стеклянные изоляторы разрушаются, что значительно упрощает контроль за их состоянием.

Изоляторы воздушных линий в зависимости от их способа крепления на опоре разделяют на штыревые и подвесные.

Штыревые изоляторы крепят на штырях или крюках и применяют в сельских сетях при напряжении до 35 кВ включительно. Низковольтные изоляторы и изоляторы высокого напряжения в линиях с небольшими пролетами и проводами малых и средних сечений крепят на крюках, а с большими пролетами и сечениями -- на штырях, укрепляемых на траверсах (поперечинах).

Для линий напряжением 0,38 кВ применяют штыревые изоляторы разных размеров. На прямых участках провод крепят к головке изолятора, а на поворотах линии -- к шейке. Для линий напряжением 10 кВ предназначены штыревые изоляторы ШФ10, для линий напряжением 20 и 35 кВ -- изоляторы ШФ35.

Кроме того, для линий напряжением 35 кВ и выше используют подвесные изоляторы. В верхней части такого изолятора есть ушко, а в нижней -- серьга. Серьга верхнего изолятора входит в ушко нижнего, образуется прочное соединение нескольких изоляторов -- гирлянда. Ушко верхнего изолятора крепят к опоре, а к серьге нижнего изолятора крепят провод. Число изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии и материала опор.

На воздушных линиях напряжением 6... 110 кВ в гирляндах подвесных изоляторов на напряжение 6...10 кВ должен быть один изолятор, на 20 кВ -- два, 35 кВ -- три, на 110 кВ -- семь-восемь изоляторов.

Линии напряжением 110 кВ и выше можно прокладывать только на подвесных изоляторах, 35 кВ и ниже -- на штыревых или подвесных.

ОПОРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ.

Опоры воздушных линий поддерживают провода на необходимом расстоянии от поверхности земли, проводов других линий, крыш зданий и т. п. Опоры должны быть механически прочными в различных метеорологических условиях (ветер, гололед и пр.).

В качестве материала для опор на сельских линиях широко применяют древесину деревьев хвойных пород, в первую очередь сосны и лиственницы, а затем пихты и ели (для линий напряжением 35 кВ и ниже). Для траверс и приставок опор ель и пихту применять нельзя.

Деревянные опоры изготовляют из круглого леса -- бревен со снятой корой. Стандартная длина бревен 5... 13 м через 0,5 м, диа- метр в верхнем отрубе -- 12...26 см через 2 см. Толщину бревна в комле, т. е. в нижнем, толстом конце, определяют естественной конусностью ствола дерева. Изменение диаметра бревна на каждый 1 м его длины, называемое сбегом, принимают 0,8 см. Чем больше длина бревен для опор, тем выше стоимость 1 м3 древесины. На древесину опор в месте заделки в землю воздействуют внешние условия и особенно переменная влажность. Вследствие этого она загнивает, разрушается и может быстро выйти из строя, если не принять специальных мер.

Срок службы опор из непропитанной древесины в средней части России составляет: для опор из сосны 4...5 лет, лиственницы 14... 15, ели 3...4 года. В южных районах, где высокие температуры способствуют ускоренному гниению древесины, срок службы не-пропитанных опор уменьшается в 1,5...2 раза по сравнению с приведенными цифрами. В связи с этим необходимо применять бревна, пропитанные антисептиком, за исключением лиственницы зимней рубки, которая не требует пропитки.

Наилучшими средствами пропитки древесины опор признаны: каменноугольное масло, получаемое при перегонке сырой каменноугольной смолы; антраценовое масло; флегма. Влажность древесины должна быть не более 25 %.

Бревна, предназначенные для изготовления опор, при пропитке загружают в стальной цилиндр. В него вводят консервирующую жидкость и создают на некоторое время давление до 0,9 МПа для того, чтобы жидкость проникла в глубь древесины. Далее в цилиндре создают разрежение, чтобы жидкость стекла. Срок службы опор при описанном способе пропитки значительно увеличивается и достигает в средней части России 25...30 лет. В зарубежной практике он составляет 35...40 лет.

Сосновую и еловую древесину можно пропитывать водорастворимыми антисептиками. Для этой цели применяют доналит разных марок. При пропитке древесины в стальных цилиндрах под давлением ее влажность 30...80 %. Древесину загружают в цилиндр на 15 мин, создают в нем вакуум, затем на 1...2,5 ч подают раствор антисептика под давлением 1,3 МПа.

Древесину при влажности 60...80 % можно пропитывать водорастворимыми антисептиками также в ваннах в течение 20 ч с последующим прогревом до температуры 100... 110 °С в течение 2 ч.

Древесину из ели, пихты и лиственницы перед пропиткой любым способом следует накалывать на глубину 15 мм. Длина накола 6...19 мм, ширина 3 мм. Сетка наколов зависит от вида пропитки.

Для увеличения срока службы опор, пропитанных водорастворимыми антисептиками, рекомендуется через 15...17 лет эксплуатации ставить на них антисептические бандажи. Бандаж размещают на часть опоры, расположенную выше поверхности земли на 30 см и ниже ее также на 30 см. Его изготовляют из полосы толя, рубероида или пергамина шириной 70 см. На опору наносят слой антисептической пасты. Прибивают бандаж гвоздями и обвязывают проволокой. Покрывают столб возле бандажа и сам бандаж слоем битума.

Учитывая ядовитые и опасные в пожарном отношении свойства антисептиков, работу по пропитке древесины диффузионным методом проводят с соблюдением правил техники безопасности.

Все большее распространение получают железобетонные опоры, изготовляемые на специализированных предприятиях. Линии напряжением не более 35 кВ изготовляют на вибрированных стойках, двухцепные линии напряжением 35 и 110 кВ -- также на центрифугированных стойках. Их срок службы в среднем в 2 раза выше, чем на деревянных, хорошо пропитанных опорах. При этом отпадает необходимость в использовании древесины, повышается надежность электроснабжения.

2. Конструкция и монтаж внутренних проводок

проводка ток замыкание энергосистема

Внутренние электрические проводки выполняют изолированными проводами из мягкой медной или алюминиевой проволоки. По сравнению с твердотянутой мягкая медная проволока механически менее прочная, но более гибкая и имеет более высокую удельную проводимость.

Изолированные провода с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм2 и более для силовых и осветительных цепей прокладывают открыто в стальных трубах или в полутвердых трубках. В последнем случае используют специальные контактные зажимы.

Однопроволочные изолированные провода изготовляют сечением 1... 10 мм2. Их недостаток -- жесткость, что в ряде случаев затрудняет монтаж и эксплуатацию.

Многопроволочные провода выполняют сечением 1...500 мм2 и более. В зависимости от сечения проволок они бывают обыкновенными и гибкими. В последних диаметр каждой отдельной проволоки меньше, а общее число проволок больше по сравнению с первыми.

Два гибких изолированных провода, скрученных вместе, называют шнуром.

Изоляция провода зависит от его конструкции и рабочего напряжения, на которое он рассчитан. Для примера опишем конструкцию изолированного провода марки АПР. Провод имеет алюминиевую жилу, покрытую слоем вулканизированной резины. В качестве защитного покрова на провод наложена оплетка из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным составом.

Провода АПР изготовляют на напряжение 500 В и 3 кВ. Их маркируют, как и все изолированные провода, следующим образом: АПР500-16. Буквы означают материал и марку провода, первые цифры -- его рабочее напряжение, последующие -- сечение провода в квадратных миллиметрах.

Для прокладки под штукатуркой используют плоские провода с винилитовой изоляцией марки ППВ.

В зависимости от характера помещения, наличия материалов и требований эксплуатации выбирают соответствующие виды электропроводок:

открытые, проложенные по поверхности стен, потолков, по фермам и другим строительным элементам зданий и сооружений, по опорам и т. п.;

скрытые, проложенные внутри конструктивных элементов зданий и сооружений (в стенах, полах, фундаментах, перекрытиях), а также по перекрытиям, под съемным полом и т. п.;

наружные, проложенные по наружным стенам зданий и сооружений, под навесами, а также между зданиями на опорах вне улиц и дорог (наружная электропроводка может быть открытой и скрытой).

К электропроводкам относят также вводы в здания от изоляторов (ответвления воздушной линии), установленных на наружной поверхности (стене, крыше), до зажимов вводного устройства.

При выборе способа прокладки электропроводки следует максимально использовать типовые конструктивные решения, обеспечивающие возможность проведения электромонтажных работ современными индустриальными методами.

Категории зданий и сооружений, в том числе сельскохозяйственных, рекомендуемые для них типы электропроводок.

Открытые, не защищенные от механических повреждений изолированные провода прокладывают или подвешивают на высоте не менее 2,5 м от пола. Провода, проложенные на меньшей высоте и не имеющие защитных оболочек, защищают от механических повреждений трубами, коробами, ограждениями или применяют скрытую электропроводку. Вертикальные спуски к щиткам, выключателям, розеткам защищают на высоте не менее 1,5 м. В помещениях без повышенной опасности, к которым, в частности, относят бытовые помещения предприятий, жилые помещения, допускается прокладывать провода на высоте 2 м от пола, а вертикальные спуски к выключателям, розеткам и щиткам не защищать.

В основных производственных помещениях комплексов рекомендуется выполнять скрытую проводку в пластмассовых трубах или в штробах -- несменяемую без труб, а открытую проводку -- силовым небронированным кабелем или проводами в пластмассовых трубах -- на скобах, в лотках, на тросах. Провода для силовых и осветительных сетей, источники света и вариант размещения осветительных установок, облучающие установки и т. д. выбирают в соответствии с имеющимися руководствами и указаниями (Руководство по выбору и применению проводов для силовых и осветительных сетей, Руководство по проектированию освещения животноводческих помещений, Указания по применению в сельскохозяйственном производстве ультрафиолетовых лучей для непосредственного воздействия на процессы роста и развития животных организмов и др.).

3. Выбор площади поперечного сечения проводов по экономическим интервалам

При проектировании линии важно обеспечить такие условия, чтобы расчетные приведенные затраты на передачу электроэнергии были наименьшими. В значительной степени это зависит от выбранного сечения проводов. Стоимость потерь энергии уменьшается с увеличением сечения проводов.

Первоначальная стоимость линии с увеличением сечения проводов возрастает приблизительно по закону прямой линии.

Строго говоря, при расчете каждой линии нужно определять экономическое сечение проводов, проверяя различные варианты.

Кроме того, из соображений экономии проводникового металла всегда стремятся брать наименьшие сечения. Рекомендуемые Правилами устройства электроустановок экономические плотности тока jэк для проводов из различных металлов при различном числе часов использования максимума нагрузки. При заданной экономической плотности тока экономическое сечение

Fэк = I/jэк.

Таким образом выбирают сечения проводов для линий напряжением 35...220 кВ. Очевидно, что в этом случае расчет проводов сводится к несложным операциям.

4. Расчёт токов короткого замыкания при питании от энергосистемы

Если сельская сеть высокого напряжения питается от сельской электростанции, то сила тока короткого замыкания в ней может быть определена по расчетным кривым для гидроэлектростанций, причем необходимо учитывать активное сопротивление проводов линий и, таким образом, находить модульные значения общего сопротивления в цепи короткого замыкания Z*?(H)

Однако почти все сельские сети питаются от мощных государственных энергосистем. В этих случаях сопротивление от генераторов электростанций до точки короткого замыкания в относительных единицах во много раз больше 3. Поэтому расчетными кривыми здесь не пользуются, а определяют значение тока короткого замыкания по закону Ома, т. е.

I''=I'=I? = Iк=U/v3Z?

где U -- напряжение на шинах, к которым присоединена сельская сеть.

В относительных единицах ток короткого замыкания

I*к(б)=1/Z*?(б).

Более точно можно определить ток короткого замыкания, если известны ток IK с или мощность SK с при коротком замыкании в точке присоединения к системам. В этом случае сопротивление системы в именованных единицах

xc=U/v3Iк.с,

а в относительных единицах

x*c(б)=i/I*к.с(б)=1/S*к.с(б).

Если ток короткого замыкания в точке присоединения к энергосистеме неизвестен, то, зная тип выключателя, установленного в этом месте, можно узнать по каталогу его предельно допустимую отключаемую мощность и принять ее с некоторым запасом за мощность короткого замыкания в месте присоединения.

5. Разъединители, короткозамыкатели и отделители

Разъединители. Эти коммутационные аппараты предназначены для включения и отключения цепи без тока или с небольшими токами, значения которых установлены нормативными документами. Разъединитель создает видимый разрыв цепи, что важно для обеспечения электробезопасности при ревизиях и ремонтных работах на электроустановках.

Разъединители не могут отключать токи нагрузки и тем более коротких замыканий, так как у них не предусмотрено никаких дугогасительных устройств. В случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному короткому замыканию и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Разъединитель размещают в непосредственной близости от выключателя, и перед его отключением цепь должна быть разомкнута выключателем.

Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) кроме создания видимого разрыва цепи разрешено использовать разъединители для следующих коммутаций цепи с малыми токами: нагрузочного тока до 15 А трехполюсными разъединителями наружной установки на напряжение 10 кВ, зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсатора); отключения и включения нейтрали трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при условии отсутствия в сети замыкания на землю; незначительного намагничивающего тока силовых трансформаторов и зарядного тока воздушных и кабельных линий (холостого хода) и т. д.

От работы разъединителей зависит надежность работы всей электроустановки.

К разъединителям предъявляют следующие требования: создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению; электродинамическая и термическая стойкость при возникновении токов к. з.; исключение самопроизвольных отключений; четкое включение и отключение при плохих климатических условиях (обледенение, снег, ветер); механическая прочность. Разъединители бывают для внутренней и наружной установки; по числу полюсов -- одно- и трехполюсные; по конструкции -- рубящего, поворотного, катящегося, пантографического и подвесного типов. По способу установки разъединители делят на вертикальные и с горизонтальным расположением ножей. Они могут быть с заземляющими ножами и без них. Короткозамыкатели и отделители. Короткозамыкатель -- это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в электрической сети. Короткозамыкатели применяют в упрощенных схемах коммутации подстанций для отключения поврежденного трансформатора после создания ими искусственного короткого замыкания в результате действия релейной защиты. Масляные выключатели на напряжение 35 и 110кВ достаточно дорогие. Поэтому вместо них для повышения экономичности и сокращения сроков строительства подстанции напряжением 35...110 кВ часто сооружали с отделителем и короткозамыкателем со стороны высшего напряжения. Короткозамыкатель и отделитель представляют собой фактически разъединитель со встроенной включающей и отключающей пружинами, что позволяет управлять ими автоматически. Короткозамыкатель оснащен включающей пружиной, которую заводят вручную при его отключении. Отделитель снабжен отключающей пружиной, которую заводят вручную при его включении, предназначен для автоматического отключения электрической цепи без тока (в бестоковую паузу).

6. Максимальная токовая защита

Максимальную токовую защиту (МТЗ) относят к токовым защитам, реагирующим на величину тока в защищаемом элементе и приходящим в действие, если ток превысит некоторое заранее установленное значение. Возрастание тока по сравнению с его значением в нормальном режиме работы системы электроснабжения -- характерный признак коротких замыканий. Поэтому токовые защиты были разработаны одними из первых. Они нашли широкое применение для защиты от к. з. линий электропередач, трансформаторов, генераторов и двигателей.

В нормальном режиме работы сети МТЗ не приходит в действие от токов нагрузки, так как ее ток срабатывания устанавливается больше максимального рабочего тока защищаемого элемента. При коротких замыканиях, когда ток становится значительно больше тока нагрузки, защита срабатывает и отключает выключатель защищаемого элемента.

Основные параметры МТЗ: ток срабатывания и время срабатывания (выдержка времени). Кроме того, защита должна обладать требуемой чувствительностью, оцениваемой коэффициентом чувствительности.

Ток срабатывания МТЗ, т. е. минимальное значение тока в фазах защищаемого элемента, при котором защита действует, выбирают из следующих условий:

токовые измерительные реле защиты не должны срабатывать в рабочем режиме, в том числе и в режиме длительных допустимых перегрузок,

Iс.з>Iраб.max;

токовые реле защиты, сработавшие при внешних к. з., должны возвратиться в исходное состояние после отключения к. з. Поэтому ток возврата зашиты должен быть больше тока нагрузки в переходном режиме после отключения к. з.

Iв.з>I'раб.

Время срабатывания защиты -- второй основной параметр МТЗ. Защита может иметь независимую, ограниченно зависимую и зависимую временные характеристики. Защиту с независимой характеристикой выполняют, например, с помощью реле тока РТ-40 и реле времени типа ЭВ или РВМ, а МТЗ с ограниченно зависимой характеристикой -- с помощью реле типа РТВ, РТ-80 или РТ-90. В последних можно выделить зависимую от тока часть характеристики и независимую часть, причем переход на независимую часть характеристики происходит у разных типов реле при различной кратности тока в обмотке реле Iр по отношению к току срабатывания реле Iср. Зависимую характеристику имеют плавкие предохранители, которую называют также времятоковой, или защитной, характеристикой предохранителя. Следует отметить, что фактические защитные характеристики предохранителей могут отличаться от типовых, приведенных в каталогах, поэтому их изображают в виде зоны, определяемой сдвигом типовой характеристики на 20 % влево и вправо.

Выдержки времени МТЗ с независимыми характеристиками выбирают по ступенчатому принципу, согласно которому каждая последующая защита в направлении к источнику питания имеет выдержку времени больше, чем у предыдущей защиты

tn=tn-1+?t.

Ступень выдержки времени (ступень селективности) ?t зависит от типов используемых реле времени, выключателей и их приводов и обычно составляет 0,4...0,6 с.

Список литературы

1) Будзко И.А, Лещинская Т.Б, Сукманов В.И. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: «Колос», 2000.

2) Лещинская Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: «Колос», 2006.

Размещено на Allbest.ru