Проводниковые материалы

Благодаря хорошей электропроводности и относительной дешевизне в качестве проводниковых материалов в электрических машинах широко применяется электротехническая медь, а в последнее время также рафинированный алюминий. Сравнительные свойства этих материалов приведены в таблице 1. В ряде случаев обмотки электрических машин изготовляются из медных и алюминиевых сплавов, свойства которых изменяются в широких пределах в зависимости от их состава. Медные сплавы используются также для изготовления вспомогательных токоведущих частей (коллекторные пластины, контактные кольца, болты и так далее). В целях экономии цветных металлов или увеличения механической прочности такие части иногда выполняются также из стали.

Изоляционные материалы

К электроизоляционным материалам, применяемым в электрических машинах, предъявляются следующие требования: по возможности высокие электрическая прочность, механическая прочность, нагревостойкость и теплопроводность, а также малая гигроскопичность. Важно, чтобы изоляция была по возможности тонкой, так как увеличение толщины изоляции ухудшает теплоотдачу и приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза проводниковым материалом, что в свою очередь вызывает уменьшение номинальной мощности машины. В ряде случаев возникают также и другие требования, например устойчивость против различных микроорганизмов в условиях влажного тропического климата и так далее На практике все эти требования могут быть удовлетворены в разной степени.

Видео 1. Изоляционные материалы в электротехнике XVIII – XIX веков.

Изоляционные материалы могут быть твердые, жидкие и газообразные. Газообразными обычно являются воздух и водород, которые представляют собой по отношению к машине окружающую или охлаждающую среду и одновременно в ряде случаев играют роль электрической изоляции. Жидкие диэлектрики находят применение главным образом в трансформаторостроении в виде специального сорта минерального масла, называемого трансформаторным.

Наибольшее значение в электромашиностроении имеют твердые изоляционные материалы. Их можно разбить на следующие группы: 1) естественные органические волокнистые материалы – хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целлюлозы и шелк; 2) неорганические материалы – слюда, стекловолокно, асбест; 3) различные синтетические материалы в виде смол, пленок, листового материала и так далее; 4) различные эмали, лаки и компаунды на основе природных и синтетических материалов. В последние годы органические волокнистые изоляционные материалы все больше вытесняются синтетическими материалами.

Эмали применяются для изоляции проводов и в качестве покровной изоляции обмоток. Лаки используются для склейки слоистой изоляции и для пропитки обмоток, а также для нанесения покровного защитного слоя на изоляцию. Дву- или трехкратной пропиткой обмоток лаками, чередуемой с просушками, достигается заполнение пор в изоляции, что повышает теплопроводность и электрическую прочность изоляции, уменьшает ее гигроскопичность и скрепляет элементы изоляции в механическом отношении.

Пропитка компаундами служит такой же цели, как и пропитка лаками. Разница заключается только в том, что компаунды не имеют летучих растворителей, а представляют собой весьма консистентную массу, которая при нагревании размягчается, сжижается и способна под давлением проникать в поры изоляции. Ввиду отсутствия растворителей заполнение пор при компаундировании получается более плотным. Важнейшей характеристикой изоляционных материалов является их нагревостойкость, которая решающим образом влияет на надежность работы и срок службы электрических машин. По нагревостойкости электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах, подразделяются, согласно ГОСТ 8865-70, на семь классов со следующими предельно допустимыми температурами ϑ_макс:

Класс изоляции	Y	A	E	B	F	H	C
ϑмакс, °C	90	105	120	130	155	180	>180

В стандартах прежних лет содержатся старые обозначения некоторых классов изоляции: вместо Y, E, F, H соответственно О, АВ, ВС, СВ.

К классу Y относятся не пропитанные жидкими диэлектриками и не погруженные в них волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, а также ряд синтетических полимеров (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.). Этот класс изоляции в электрических машинах применяется редко.

Класс A включает в себя волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, пропитанные жидкими электроизоляционными материалами или погруженные в них, изоляцию эмаль-проводов на основе масляных и полиамиднорезольных лаков (капрон), полиамидные пленки, бутилкаучуковые и другие материалы, а также пропитанное дерево и древесные слоистые пластики. Пропитывающими веществами для этого класса изоляции являются трансформаторное масло, масляные и асфальтовые лаки и другие вещества с соответствующей нагревостойкостью. К данному классу относятся различные лакоткани, ленты, электротехнический картон, гетинакс, текстолит и другие изоляционные изделия. Изоляция класса A широко применяется для вращающихся электрических машин мощностью до 100 кВт и выше, а также в трансформаторостроении.

К классу E относится изоляция эмаль-проводов и электрическая изоляция на основе поливинилацеталевых (винифлекс, металвин), полиуретановых, эпоксидных, полиэфирных (лавсан) смол и других синтетических материалов с аналогичной нагревостойкостью. Класс изоляции E включает в себя новые синтетические материалы, применение которых быстро расширяется в машинах малой и средней мощности (до 10 кВт и выше).

Класс B объединяет изоляционные материалы на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих, пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагревостойкости органического происхождения, причем содержание органических веществ по массе не должно превышать 50%. Сюда относятся прежде всего материалы на основе тонкой щипаной слюды (микалента, микафолий, миканит), широко применяемые в электромашиностроении.

В последнее время используются  также слюдинитовые материалы, в основе которых лежит непрерывная слюдяная лента из пластинок слюды размерами до нескольких миллиметров и толщиной в несколько микрон.

К классу B принадлежат также различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, полихлортрифторэтилен (фторопласт-3), некоторые полиуретановые смолы, пластмассы с неорганическим заполнителем и др.

Изоляция класса F включает в себя материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с применением органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими (полиорганосилоксановыми) и другими смолами с высокой нагревостойкостью, или же с применением других синтетических смол соответствующей нагревостойкости (полиэфирные смолы на основе изо- и терефталевой кислот и др.). Изоляция этого класса не должна содержать хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка.

К классу H относится изоляция на основе слюды, стекловолокна и асбеста в сочетании с кремнийорганическими (полиорганосилоксановыми), полиорганометаллосилксановыми и другими нагревостойкими смолами. С применением таких смол изготовляются миканиты и слюдиниты, а также стекломиканиты, стекломикафолий, стекломикаленты, стеклослюдиниты, стеклолакоткани и стеклотекстолиты.

К классу H относится и изоляция на основе политетрафторэтилена (фторопласт-4). Материалы класса H применяются в электрических машинах, работающих  в весьма тяжелых условиях (горная и металлургическая промышленность, транспортные установки и пр.).

К классу изоляции C принадлежат слюда, кварц, стекловолокно, стекло, фарфор и другие керамические материалы, применяемые без органических связующих или с неорганическими связующими.

Под воздействием тепла, вибраций и других физико-химических факторов происходит старение изоляции, т. е. постепенная потеря ею механической прочности и изолирующих свойств. Опытным путем установлено, что срок службы изоляции классов A и B снижается в два раза при повышении температуры на каждые 8-10° сверх 100°C. Аналогичным образом снижается при повышении температуры также срок службы изоляции других классов.

2. Что разрешается отключать и включать отделителями, разъединителями.

Одним из важных общих положений, которые должны соблюдаться персоналом в цепях с разъединителями и отделителями, является то, что отключение намагничивающих и зарядных токов выполняется отделителями, позволяющими быстро выполнять операции благодаря наличию встроенных пружин, а включение — разъединителями при предварительно включенных отделителях.

При отключении ненагруженного трансформатора разъединителями или отделителями возможен кратковременный неполнофазный режим вследствие неодновременного размыкания контактов отдельных полюсов, что может вызвать появление перенапряжений. Опасность перенапряжения наименьшая у трансформаторов с заземленной нейтралью. Поэтому перед отключением трансформатора от сети заземляют его нейтраль, если в нормальном режиме она была разземлена и защищена разрядником. Рекомендуется также предварительно отключать дугогасящие реакторы.

После проведения операций включения или отключения разъединителей или отделителей осмотром проверяют их действительное положение, так как возможны случаи недовключения ножей, попадание ножей мимо губок, обрывы тяг, разрегулировка приводов и др.

В РУ все операции по отключению и включению разъединителей присоединения, имеющего в своей цепи выключатель, должны выполняться после проверки отключенного положения выключателя на месте его установки.

Прежде чем отключить разъединители и отделители, необходимо произвести их внешний осмотр. Эти аппараты, их приводы и блокирующие устройства не должны иметь повреждений, препятствующих выполнению операций. Особое внимание должно быть обращено на отсутствие шунтирующих перемычек.

При обнаружении тех или иных дефектов операции с разъединителями под напряжением должны выполняться с большой осторожностью и только с разрешения лица, отдавшего распоряжение о переключении. Запрещаются операции с разъединителями под напряжением, если на изоляторах обнаружены трещины.

Включение разъединителей ручным приводом следует выполнять быстро и решительно, но без удара в конце хода. При появлении между контактами дуги ножи разъединителей не следует отводить обратно, поскольку при расхождении контактов дуга может удлиниться, перекрыть промежуток между фазами и вызвать КЗ. Во всех случаях операция включения должна проводиться до конца, так как при соприкосновении контактов дуга погаснет, не причинив повреждений оборудованию.

Отключение разъединителей, наоборот, должно производиться медленно и осторожно. Вначале рычагами привода делается пробное движение, с тем чтобы убедиться в исправности тяг, отсутствии качаний и поломок изоляторов. Если в момент расхождения контактов возникнет дуга, разъединители необходимо немедленно включить и до выяснения причин образования дуги операции с ними не производить.

Разъединителями разрешается выполнять операции:

включения и отключения зарядного тока ошиновки и оборудования всех классов напряжения (кроме тока конденсаторных батарей);

включения и отключения ТН, нейтралей силовых трансформаторов и дугогасящих реакторов с номинальным напряжением до 35 кВ включительно при отсутствии в сети замыкания фазы на землю или резонанса;

включения и отключения ТН электромагнитного типа с номинальным напряжением 110 кВ и выше;

шунтирования и расшунтирования включенных выключателей (с приводов которых снят оперативный ток) вместе с прилегающей к ним ошиновкой.

В кольцевых сетях 6-10 кВ разрешается отключение разъединителями уравнительных токов до 70 А и замыкание разъединителем сети в кольцо при разности напряжений в момент операции на ПС, питающих стороны этого разъединителя, не более 5 %.

Допускается отключение и включение трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже тока нагрузки до 15 А.

Допускается дистанционное отключение разъединителями неисправного выключателя 220 кВ и выше, зашунтированного одним выключателем или цепочкой из нескольких выключателей других присоединений системы шин (схема четырехугольника, полуторная и т. п.), если отключение выключателя может привести к его разрушению или обесточению ПС.

Операции с однополюсными разъединителями, проводимые с помощью оперативных штанг, должны выполняться в той очередности, которая обеспечивает наибольшую безопасность для персонала.

Поэтому при любом расположении разъединителей (в горизонтальном или вертикальном ряду) первым всегда следует отключать разъединитель средней фазы, затем при расположении разъединителей в горизонтальном ряду поочередно отключают крайние разъединители, а при вертикальном расположении разъединителей (один над другим) вторым отключают верхний разъединитель, третьим — нижний.

Операции включения однополюсных разъединителей выполняют в обратном порядке.

В цепях, содержащих выключатели с пружинными приводами, операции с разъединителями следует выполнять при ослабленных пружинах, чтобы избежать случайных включений выключателей во время производства операций с разъединителями.

Для защиты персонала от воздействия дуги при отключении разъединителями или отделителями малых токов над приводами аппаратов сооружаются козырьки из несгораемого материала, а приводы трехполюсных разъединителей 6—35 кВ внутренней установки отделяются от разъединителей стенкой или глухим щитом.

При проверке положения аппарата каждая его фаза должна проверяться отдельно.

Разъединители— аппараты, предназначенные для включения и отключения участков электрической сети или электрических установок, не находящихся под нагрузкой. Разъединителями разрешается отключение и включение: нейтрали трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыканий на землю; зарядного тока шин и оборудования (кроме конденсаторных батарей); зарядного тока воздушных и кабельных линий— 2,5 А при 6 кВ и 2 А при 10 кВ; намагничивающего тока силовых трансформаторов трехполюсными разъединителями с механическим приводом, имеющими изоляционные перегородки между полюсами, 5,5 А при 6 кВ и 4,5 А при 10 кВ, не имеющими изоляционных перегородок — 3,5 и 3,0 А соответственно; однополюсными разъединителями 3,5 А при 6 кВ и 3,0 А при 10 кВ. Допускается отключать и включать трехполюсными разъединителями нагрузочный ток линий до 15 А. С помощью разъединителей отделяют от сети различные аппараты, оборудование, кабельные и воздушные линии, на которых должны вестись ремонтные наладочные или испытательные работы.

Разрешается включение и отключение разъединителями и отделите­лями:

• трансформаторов напряжения, зарядного тока шин и подстанционного оборудования всех напряжений (кроме конденсаторных батарей);

• параллельных ветвей, находящихся под током нагрузки, если разъе­динители этих ветвей шунтированы другими включенными разъедини­телями или выключателями;

• намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных то­ков воздушных и кабельных линий;

• нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыкания фазы на землю.

3. Активная, реактивная, полная мощность в цепи переменного тока.

В отличии от цепей постоянного тока, цепи переменного напряжения имеют три вида мощности – активная, реактивная, полная. Активная энергия, как и в цепях постоянного тока, выполняет полезную работу. Реактивная – не выполняет ничего полезного, а только снижает КПД сети, греет провода, грузит генератор. Полная – сумма активной и реактивной, она равна мощности сети. Индуктивная составляющая реактивной энергии может быть скомпенсирована емкостной.  На практике в промышленности это реализовано в виде конденсаторных установок.

В цепях переменного тока различают три вида мощностей: активную Р, реактивную Q и полную S.

Активная мощность вычисляется по формуле:

 (2.20)

 

Активную мощность потребляет резистивный элемент. Единица

измерения активной мощности называется Ватт (Вт), производная единица – килоВатт (кВт), равная 10³ Вт.

 

Реактивная мощностьвычисляется по формуле:

 (2.21)

Реактивная мощность потребляется идеальным индуктивным и

емкостным элементами. Единица измерения реактивной мощности называется Вольт-Ампер реактивный (Вар), производная единица – килоВАр (кВАр), равная 10³ ВАр.

Полная мощность потребляется полным сопротивлением и обозначается буквой S:

S=   (2.22)

 

Единица измерения полной мощности называется ВА (Вольт-Ампер), производная единица – килоВольт-Ампер (кВА), равная 10³ ВА.

По сути, размерность у всех выше перечисленных единиц измерения одинакова –   . Разные название этих единиц нужны, чтобы различать эти виды мощности.

Проявляются различные виды мощности по-разному. Активная мощность необратимо преобразуется в другие виды мощности (например, тепловую, механическую). Реактивная мощность обратимо циркулирует в электрических цепях: энергия электрического поля конденсатора преобразуется в энергию магнитного поля, и наоборот. «Извлечь» реактивную мощность с «пользой для дела» невозможно.

Из формул (2.19) – (2.21) следует, что между активной, реактивной и полной мощностью имеет место соотношение:

 (2.23)

Соотношение между P, Q и S можно интерпретировать как соотношение сторон прямоугольного треугольника (вспомните треугольник сопротивлений, треугольник напряжений – все эти треугольники подобны).

 

Рис. 2.10

 

Из рис. 2.10 видно, что cosφ =   (2.24)

Отсюда вытекает определение одной из основных характеристик цепей переменного тока – коэффициента мощности.Специального обозначения он не получил.

Коэффициент мощности показывает, какую долю полной мощности составляет активная мощность.

4. Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасное производство работ.

К работе в электроустановках допускаться лица имеющие профессиональную подго-товку, соответствующую характеру работы. При отсутствии профессиональной подготов-ки такие работники должны быть обучены (до допуска к самостоятельной работе) в спе-циализированных центрах подготовки персонала (учебных комбинатах, учебно-трениро-вочных центрах и т.п.). Профессиональная подготовка персонала, повышение его квали-фикации, проверка знаний и инструктажи проводятся в соответствии с требованиями го-сударственных и отраслевых нормативных правовых актов по организации охраны труда и безопасной работе персонала. Проверка состояния здоровья работника проводится до приема его на работу, а также периодически, в порядке, предусмотренном Минздравом РФ [4].

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ в электро-установках, являются:

оформление работ нарядом, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в по-рядке текущей эксплуатации;

допуск к работе;

надзор во время работы;

оформление перерыва в работе, перевода на другое место, окончания работы.

Конкретные перечни работ, которые должны выполняться по наряду или распоряже-нию устанавливаются в соответствии с Межотраслевыми правилами по охране труда (пра-вила безопасности) при эксплуатации электроустановок [4].

Оформление работы. Работы в действующих электроустановках должны проводиться по наряду-допуску (далее – наряду), по распоряжению, по перечню работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации.

Ответственными за безопасное ведение работ являются: выдающий наряд, отдающий

распоряжение, утверждающий перечень работ, выполняемых в порядке текущей эксплу-атации; ответственный руководитель работ; допускающий; производитель работ; наблю-дающий; члены бригады.

Выдающий наряд, отдающий распоряжение определяет необходимость и возможность безопасного выполнения работы. Он отвечает за достаточность и правильность указанных в наряде (распоряжении) мер безопасности, за качественный и количественный состав бригады и назначение ответственных за безопасность, а также за соответствие выполняе-мой работе групп перечисленных в наряде работников, проведение целевого инструктажа ответственного руководителя работ (производителя работ, наблюдающего). Право выдачи нарядов и распоряжений предоставляется работникам из числа административно-техтни-ческого персонала организации, имеющим группу V – в электроустановках напряжением U>1000 и группу IV – в электроустановках напряжением U<1000.

Ответственный руководитель работ назначается, как правило, при работах в электро-установках напряжением U>1000 В. В электроустановках напряжением U<1000 В ответ-ственный руководитель, как правило, не назначается. Ответственный руководитель работ отвечает за выполнение всех указанных в наряде мер безопасности и их достаточность, за принимаемые им дополнительные меры безопасности необходимые по условиям выпол-нения работ, за полноту и качество целевого инструктажа бригады, в том числе проводи-мого допускающим и производителем работ, а также за организацию безопасного ведения работ.

Допускающий отвечает за правильность и достаточность принятых мер безопасности и соответствие их мерам, указанным в наряде или распоряжении, характеру и месту работы, за правильный допуск к работе, а также за полноту и качество проводимого им целевого инструктажа членов бригады. Допускающие должны назначаться из числа оперативного персонала, в электроустановках напряжением U>1000 В допускающий должен иметь группу IV, а в электроустановках U<1000 В – группу III.

Производитель работ отвечает: за соответствие подготовленного рабочего места указа-ниям наряда, дополнительные меры безопасности, необходимые по условиям выполнения работ; за четкость и полноту целевого инструктажа членов бригады; за наличие, исправ-ность и правильное применение необходимых средств защиты, инструмента, инвентаря и приспособлений; за сохранность на рабочем месте ограждений, плакатов, заземлений, за-пирающих устройств; за безопасное проведение работы и соблюдение настоящих Правил им самим и членами бригады; за осуществление постоянного контроля за членами брига-ды. Производитель работ, выполняемых по наряду в электроустановках напряжением вы-ше U>1000 В, должен иметь группу IV, а в электроустановках напряжением U<1000 – группу III.

Наблюдающий должен назначаться для надзора за бригадами, не имеющими права са-мостоятельно работать в электроустановках. Наблюдающий отвечает: за соответствие подготовленного рабочего места указаниям, предусмотренным в наряде; за четкость и полноту целевого инструктажа членов бригады; за наличие и сохранность установленных на рабочем месте заземлений, ограждений, плакатов и знаков безопасности, запирающих устройств приводов; за безопасность членов бригады в отношении поражения электричес-ким током электроустановки. Наблюдающим может назначаться работник, имеющий группу III.

Ответственным за безопасность, связанную с технологией работы, является работник, возглавляющий бригаду, который входит в ее состав и должен постоянно находиться на рабочем месте. Его фамилия указывается в строке «Отдельные указания» наряда. Каждый член бригады должен выполнять требования настоящих Правил и инструктивные указа-ния, полученные при допуске к работе и во время работы, а также требования инструкций по охране труда соответствующих организаций.

Допуск к работе. Подготовка рабочего места и допуск бригады к работе могут прово-диться только после получения разрешения от оперативного персонала, в управлении или в ведении которого находится оборудование, или уполномоченного на это работника.Раз-решение может быть передано выполняющему подготовку рабочего места и допуск брига-ды к работе персоналу лично, по телефону, радио, с нарочным или через оперативный персонал промежуточной подстанции. Не допускается выдача таких разрешений до при-бытия бригады на место работ.

Допускающий, ответственный руководитель и производитель работ (наблюдающий) перед допуском к работе должны убедиться в выполнении технических мероприятий по подготовке рабочего места путем личного осмотра, по записям в оперативном журнале, по оперативной схеме и по сообщениям оперативного, оперативно-ремонтного персонала за-действованных организаций. Допуск к работе по нарядам и распоряжениям должен прово-диться непосредственно на рабочем месте, после проверки подготовки рабочего места и показа технических средств электробезопасности членам бригады.

Началу работ по наряду или распоряжению должен предшествовать целевой инструк-таж, предусматривающий указания по безопасному выполнению конкретной работы в по-следовательной цепи от выдавшего наряд, отдавшего распоряжение до члена бригады (ис-полнителя), т. е. в порядке подчиненности. Без проведения целевого инструктажа до-пуск к работе не разрешается.

Надзор во время работы.После допуска к работе надзор за соблюдением бригадой требований безопасности возлагается на производителя работ (ответственного руководи-теля, наблюдающего), который должен так организовать свою работу, чтобы вести конт-роль за всеми членами бригады, находясь по возможности на том участке рабочего места, где выполняется наиболее опасная работа. Запрещается наблюдающему совмещать надзор с выполнением какой-либо работы.

Работы под напряжением на участках переменного тока с изолирующих вышек дрезин, автомотрис и вагонов могут выполняться только под надзором руководителя работ.

Оформление перерыва в работе, перевода на другое место, окончания работы.При перерыве в работе на протяжении рабочего дня (на обед, по условиям работы) брига-да должна быть удалена с рабочего места. Наряд остается у производителя работ (наблю-дающего). Члены бригады не имеют права возвращаться после перерыва на рабочее место без производителя работ (наблюдающего). Допуск после такого перерыва выполняет про-изводитель работ (наблюдающий) без оформления в наряде. При перерыве в работе в свя-зи с окончанием рабочего дня производитель работ (наблюдающий) должен сдать наряд допускающему, при работе в электроустановках, не имеющих местного оперативного пер-сонала, разрешается оставлять наряд у себя. Повторный допуск в последующие дни на подготовленное рабочее место осуществляет допускающий или с его разрешения ответст-венный руководитель работ.

После полного окончания работы производитель работ (наблюдающий) должен уда-лить бригаду с рабочего места, снять установленные бригадой временные ограждения, пе-реносные плакаты безопасности, флажки и заземления, закрыть двери электроустановки на замок и оформить в заряде полное окончание работ своей подписью. Ответственный руководитель работ после проверки выполнения работ должен оформить в наряде полное их окончание. Производитель работ (наблюдающий) сообщает дежурному оперативному персоналу или работнику, выдавшему наряд, о полном окончании работ и сдает наряд до-пускающему, который, в свою очередь, осматривает выполненные работы и сообщить ра-ботнику из числа вышестоящего оперативного персонала о полном окончании работ и о возможности включения электроустановки

5. Каким напряжением должны испытываться диэлектрические боты. 15 кВ

Билет № 17.

1. Марки проводов применяемых на ВЛ. Устройство и марки силовых кабелей.

удельное электрическое сопротивление алюминия больше, чем меди примерно на 65 %, по массе он примерно в 3 раза легче меди, а по прочности − в 2,5 раза хуже. Отечественный термообработанный сплав АВ-Е, содержащий около 2 % присадок магния, кремния и железа, по сравнению с чистым алюминием при примерно одинаковых плотности и электрическом сопротивлении имеет существенно более высокую прочность, которая лишь на 23 % меньше, чем у меди. Медь является достаточно дефицитным и дорогим металлом, поэтому современная техника в основном базируется на применении проводов ВЛ из алюминия и его сплавов. Их использование допускается в контактных сетях и сетях специальных производств (шахт, рудников и др.). Обычно не рекомендуется применять на ВЛ стальные провода.

Наиболее распространены на ВЛ провода алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из сплавов алюминия − АН, АЖ. Многопрово-лочные алюминиевые провода марки А обычно применяют только в распределительных сетях напряжением до 35 кВ, а в сетях с более высоким напряжением используются сталеалюминиевые провода марки АС. Такие провода наиболее широко применяются на ВЛ. Проводимость стального сердечника не учитывается, а за электрическое сопротивление принимается только сопротивление алюминиевой части.

Классификация и маркировка силовых кабелей

С иловые кабели удобно классифицироваться по номинальному напряжению, на которые они рассчитаны. Классификационными признаками могут служить также вид изоляции и конструктивные особенности кабелей. Все силовые кабели по номинальному рабочему напряжению можно условно разделить на две группы. В группу низкого напряжения включены кабели, предназначенные для работы в электрических сетях с изолированной нейтралью переменного напряжения 1, 3, 6, 10, 20 и 35 кВ частотой 50 Гц. Эти же кабели могут быть использованы с заземленной нейтралью и в сетях постоянного тока. Такие кабели выпускаются с бумажной пропитанной, пластмассовой и резиновой изоляцией, причем наиболее перспективным видом изоляции является пластмассовая. Кабели с пластмассовой изоляцией более просты в изготовлении, удобны при монтаже и эксплуатации. Производство силовых кабелей с пластмассовой изоляцией в настоящее время значительно расширяется. Силовые кабели с резиновой изоляцией выпускаются в ограниченном количестве. Кабели низкого напряжения в зависимости от назначения выпускаются в одножильном, двухжильном, трехжильном и четырехжильном исполнении. Одножильные и трехжильные кабели используются в сетях напряжением 1-35 кВ, двух- и четырехжильные кабели используются в сетях напряжением до 1 кВ. Ч етырехжильный кабель предназначен для четырехпроводных сетей переменного напряжения. Четвертая жила в нем является заземляющий или зануляющий, поэтому ее сечение, как правило, меньше сечения основных жил. Однако при прокладке кабелей во взрывоопасных помещениях и в некоторых других случаях сечение четвертой жилы выбирается равным сечению основных жил. В группу кабелей высокого напряжения включены кабели, предназначенные для работы в сетях переменного напряжения 110, 220, 330, 380, 500, 750 кВ и выше, а также кабели постоянного напряжения от +100 до +400 кВ и выше. Основная масса кабелей высокого напряжения в настоящее время изготовляется с пропитанной маслом бумажной изоляцией - это маслонаполненные кабели низкого и высокого давления. Высокая электрическая прочность изоляции этих кабелей обеспечивается избыточным давлением масла в них. Однако за рубежом получили также распространение газонаполненные кабели, в которых используется газ, как в виде изолирующей среды, так и для создания избыточного давления в изоляции. Кабели высокого напряжения с пластмассовой изоляцией являются наиболее перспек-тивными. Маркировка силовых кабелей обычно включает буквы, обозначающие материал, из которого изготовлены жилы, изоляция, оболочка, и тип защиты покрова. Маркировка кабелей высокого напряжения отражает также особенности его конструкции.

2. Получение трехфазного переменного тока.

Трехфазный электрический ток

Трехфазная цепь представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные э.д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой ( φ = 120^о) и создаваемые общим источником энергии. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, слово фаза в электротехнике имеет два значения – угол φ и часть многофазной системы (отдельный фазный провод).

Основные преимущества трехфазной системы: возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля (это позволило создать электродвигатели переменного тока), экономичность и эффективность (мощность можно передать по трем фазным проводам без применения четвертого общего провода -нейтрали), а также возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке (фазного и линейного, которые обычно составляют 220 В и 380 В, соответственно).

История появления трехфазных электрических цепей связана с именем М.С. Доливо-Добровольского Петербургского ученого, который в 1886 г., доказав, что многофазные токи способны создавать вращающееся магнитное поле, предложил (запатентовал) конструкцию трехфазного электродвигателя.

Трехфазный ток является простейшей системой многофазных токов, способных создавать вращающееся магнитное поле. Этот принцип положен в основу работы трехфазных электродвигателей.

Предложив конструкцию электродвигателя переменного тока, М.С. Доливо-Добровольский разработал и все основные элементы трехфазной электрической цепи. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, трехфазной линии электропередач и трехфазных приемников.

В результате предложенной трехфазной системы электрического тока стало возможным эффективно преобразовывать электрический ток в механическую энергию.

Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах (рис. 27). Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквами А, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.

Трехфазный синхронный генератор

 

Для симметричной системы ЭДС (рис. 28) справедливо

Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС

 

На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядке А, В, С). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное - А, С, В. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.

Существует два способа соединения обмоток (фаз) генератора и трехфазного приемника: «звезда» и «треугольник».

 

В генераторах трехфазного тока электрическая энергия генерируется в трех одинаковых обмотках, соединенных по схеме звезда. Чтобы сэкономить на проводах линии передачи электроэнергии от генератора к потребителю тянутся только три провода. Провод от общей точки соединения обмоток не тянется, т.к. при одинаковых сопротивлениях нагрузки (при симметричной нагрузке) ток в нем равен нулю.

Схема замещения трехфазной системы, соединенной "звездой"

 

Согласно первому закону Кирхгофа можно записать I_O = I_А+ I_В + I_С.

При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (т.е. при равенстве значений токов I_А,I_В,I_С)в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток I_O в центральном проводнике будет равен нулю. Таким образом, получается, что в симметричных системах (когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.

В распределительных низковольтных сетях, в которых присутствует много однофазных потребителей, обеспечение равномерной нагрузки каждой фазы становится не возможным, такие сети делаются четырехпроводными.

Для обеспечения электробезопасносности принято низковольтные потребительские сети (сети<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.

Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением, а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.

В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.

Для низковольтных сетей (с напряжением менее 1000В) основным стандартным линейным (между фазными проводами) напряжением принимается напряжение 380 В, при этом фазное напряжение (между фазным проводом и центральным) будет составлять 220 В.

Низковольтные сети являются потребительскими сетями разного назначения, не обязательно питающими трехфазные двигатели. В таких сетях для питания различных потребителей могут быть использованы разные фазы по отдельности. В результате нагрузка разных фаз окажется неодинаковой. Кроме того, с целью техники безопасности, ПУЭ (правилами устройства электроустановок) устанавливается, что низковольтные трехфазные электрические сети должны устраиваться четырехпроводными, с глухозаземленной нейтралью. Для этого схема понижающего трансформатора (понижающей подстанции) обычно выглядит следующим образом.

(Высокое напряжение

от ЛЭП)

Т.е. центральный, называемый при этом «нулевым», провод на вторичной обмотке трехфазного трансформатора подключается к заземляющему устройству и подводится к потребителям наряду с фазными проводами.

3. Дифференциальная защита трансформаторов.

Дифференциальная защита используется в качестве главной защиты силовыхтрансформаторов от одно- и междуфазных внутренних витковых повреждений, на ошиновке и вводах. Она характеризуется абсолютной селективностью между соответствующими трансформаторами тока, отличается высокой чувствительностью и не реагирует на любые повреждения и КЗ вне зоны действия - на соседних элементах системы электроснабжения (генераторах, линиях, двигателях и т.д.), и исполняется без выдержки времени. 

     Область применения 

     Вследствие сложности ее выполнения, дифференциальную защиту устанавливают:

- трансформаторах, работающих параллельно, у которых номинальная мощность равна 4МВА и выше, и 1МВА, если ТО не имеет нормируемый коэффициент чувствительности, выдержка времени МТЗ составляет более 0,5сек; 

- на одиночных трансформаторах, номинальной мощностью 6,3МВА и более. 

     Принцип работы ДЗТ основан на измерение разности токов 2-х (или 3-х) сторон силового трансформатора. С 2-х или 3-х сторон устанавливают трансформаторы тока, обмотки которых соединяют последовательно. При этом параллельно им подключают специальное реле тока. В нормальном режиме вторичные токи в обмотках трансформаторов протекать не будут, т.е. их разность равна 0. При любых повреждениях в трансформаторе или в зоне действия защиты вторичные токи меняют свое направление, начинают течь к нему, что приводит в действие защиту на отключение трансформатора со всех (2-х или 3-х) сторон. 

     Реализуется ДЗТ с помощью: 

- реле с торможением ДЗТ-11; 

- реле РНТ-565; 

- реле ДЗТ-21; 

- полупроводниковых реле (РСТ-15, RET-316 и др.); 

- микропроцессорных защит (шкафы RET и др.).

     Особенности, оказывающие влияние на выполнение ДЗТ:

1. Отличие номинальных напряжений и токов сторон трансформаторов.

2. Различными схемами соединения обмоток силовых трансформаторов.

3. Наличие небаланса во вторичной дифференциальной цепи при внешних однофазных КЗ.

4. Бросок намагничивающего тока при возобновлении подачи напряжения после отключении КЗ или включении трансформатора.

4. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасное производство работ.

Техническими мероприятиями, обеспечивающие безопасность работв действующих электроустановках являются:

производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче на-пряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационных аппаратов;

вывешивание запрещающих плакатов на приводах ручного и на ключах дистанционно-го управления коммутационных аппаратов;

проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, которые должны быть зазем-лены для защиты людей от поражения электрическим током;

установка заземления (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, уста-новлены переносные заземления);

вывешивание указательных плакатов «Заземлено», ограждение при необходимости ра-бочих мест и оставшихся под напряжением токоведущих частей, вывешивание предуп-реждающих и предписывающих плакатов [4].

Отключения.При подготовке рабочего места должны быть отключены: токоведущие части, на которых будут производиться работы; не огражденные токоведущие части, к ко-торым возможно случайное приближение людей, механизмов и грузоподъемных машин на расстояние менее регламентированного; цепи управления и питания приводов, закрыт воздух в системах управления коммутационными аппаратами, снят завод с пружин и гру-зов у приводов выключателей и разъединителей. Отключение производят таким образом, чтобы электрооборудование или часть электроустановки со всех сторон были отделены от токоведущих частей, на которые может быть подано напряжение. Причем в электроуста-новках напряжением U≥1000 В с каждой стороны устанавливается видимый разрыв. Ви-димый разрыв может быть создан отключением разъединителей, снятием предохраните-лей, отключением отделителей и выключателей нагрузки, отсоединением или снятием шин и проводов приводы разъединителей, выключателей и других коммутирующих уст-ройств, которыми может быть подано напряжение к месту работы, для предотвращения их ошибочного или самопроизвольного включения запирают в отключенном положении. Си-ловые трансформаторы и трансформаторы напряжения, связанные с выделенным для ра-бот участком электроустановки, должны быть отключены и схемы их разобраны также со стороны других своих обмоток для исключения возможности обратной трансформации.

Вывешивание запрещающих плакатов.Плакаты вывешиваются с целью предупреж-дения ошибочных действий персонала и случайной подачи напряжения на работающих. Плакаты вывешиваются на приводах (рукоятках приводов) коммутационных аппаратов (выключателях, отделителях, разъединителях, рубильниках, автоматах, у места снятых предохранителей), на задвижках, закрывающих доступ воздуха в пневматические разъеди-нители, на ключах и кнопках дистанционного и местного управления. На приводах разъ-единителей, которыми отключена для работ воздушная или кабельная линия электропере-дачи, независимо от числа работающих бригад, плакат «Не включать! Работа на линии» вывешивается и снимается по указанию оперативного персонала, ведущего учет числа ра-ботающих на линии бригад.

Проверка отсутствия напряжения.Такая проверка осуществляется перед началом работ со снятием напряжения. Отсутствие напряжения между всеми фазами и каждой фа-зы по отношению к земле и нулевому проводу на отключенной электроустановке опреде-ляет работник из числа оперативного персонала. В установках U≥110 В отсутствие напря-жения проверяют при помощи указателя напряжения. Перед использованием указателя проверяют его исправность. Для этого указатель подносят к токоведущим частям заведо-мо находящимся под напряжением. В электроустановках напряжением U≥35 кВ для про-верки отсутствия напряжения можно пользоваться изолирующей штангой, прикасаясь ею несколько раз к токоведущим частям. Признаком отсутствия напряжения является отсут-ствие искрения и потрескивания. Все действия необходимо производить в диэлектричес-ких резиновых перчатках.

Установка заземления.Заземления применяют для защиты работающих от пораже-ния электрическим током в случае ошибочной подачи напряжения. Устанавливать зазем-ления на токоведущие части необходимо непосредственно после проверки отсутствия на-пряжения. Его накладывают на токоведущие части всех фаз отключенной для производ-ства работ части электроустановки со всех сторон, откуда может быть подано напряжение. Как правило, с каждой стороны накладывается по одному заземлителю.

На двухпутных участках и станциях электрифицированных железных дорог перемен-ного тока при отключении питания лишь с одного пути принято завешивать по две зазем-ляющие штанги с каждой стороны возможного появления напряжения. Это обусловлено тем, что при непрекращающемся движении поездов под воздействием динамических уси-лий, передаваемых по проводам контактной подвески, может на мгновение произойти срыв контакта заземляющей штанги с элементов контактной сети, которая окажется под наведенным напряжением (потенциалом). Величина наведенного напряжения значительно выше допустимых для человека значений.

 

5. Каким напряжением должны испытываться диэлектрические перчатки.

Испытания перчаток В эксплуатации проводят только электрические испытания перчаток. Один раз в 6 месяцев перчатки необходимо испытывать повышенным напряжением 6 кВ в течение 1 минуты, ток через перчатку при этом не должен превышать 6 мА. При испытании диэлектрические перчатки погружают в металлический сосуд с водой, имеющий температуру 25 + 10°С, которая наливается также внутрь этих изделий. Уровень воды как снаружи, так и внутри изделий должен быть на 50 мм ниже верхнего края перчаток. Выступающие края перчаток должны быть сухими. Один вывод испытательного трансформатора соединяют с сосудом, другой заземляют. Внутрь перчаток опускают электрод, соединенный с заземлением через миллиамперметр. При испытании переключатель «П» сначала устанавливают в положение А для того, чтобы по сигнальным лампам определить отсутствие или наличие пробоя. При отсутствии пробоя переключатель устанавливают в положение Б для измерения тока, проходящего через перчатку. Изделие бракуют, если ток, проходящий через него, превышает норму или происходят резкие колебания стрелки миллиамперметра. В случае возникновения пробоя отключают дефектное изделие или всю установку. По окончании испытаний изделия просушивают. Электрическая прочность резины не менее 10 кВ/мм, а какая толщина перчаток не известна, уровень влажности тоже, но думаю можно считать 20кВ гарантировано не держат, те что на 1кВ и тестовые 9кВ прошедшие .

Билет № 18.

1. Как обозначаются нулевые рабочие проводники, совмещенные, нулевые защитные и нулевые рабочие проводники.