Вопрос 13

Режимы работы четырехпроводной сети 380/220В

Четырехпроводные электрические сети 380/220В применяются для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок, и работают в режиме с глухим заземлением нейтрали. В таких сетях применяют нулевой проводник, связанный с нейтралью трансформатора, который служит также для защитного зануления, т.е. присоединения всех металлических частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением. При пробое изоляции на корпус возникает однофазное КЗ, приводящее к отключению соответствующего автоматического выключателя.

На рисунке показана схема такой сети с глухозаземленной нейтралью, когда вторичная обмотка соединена в звезду, а нейтральная точка непосредственно (глухо) соединена с заземляющим устройством.

Двигатель подключен к фазам сети и получают питание при линейном напряжении U=380 В, а лампы подключены между фазными и нейтральным проводами и питаются фазным напряжением =220 В. При этом N-провод выполняет две функции: рабочего провода, к которому присоединяют однофазные приемники на 220 В, и провод зануления, т.е. к нему преднамеренно присоединяют металлические корпуса электроустановок, нормально не находящихся под напряжением. При наличии зануления пробой изоляции обмотки двигателя на корпус вызовет большой ток короткого замыкания и быстрое срабатывание защиты (автоматического выключателя QF) с отключением двигателя от сети. При отсутствии зануления корпуса двигателя повреждение изоляции его обмотки вызовет опасный потенциал на корпусе относительно земли.

При однофазном КЗ на землю напряжение на неповрежденных фазах относительно земли не повышаются и поэтому изоляция может быть рассчитана на фазное, а не на линейное напряжение.

Нулевой проводник изолируется, как и фазные проводники, сечение его не менее 0,5 фазного, от его целостности зависит надежность и безопасность работы электроустановки. Нулевой проводник повторно заземляется в местах разветвления и на длинных участках (более 200м).

Вопрос 14

Токоведущие части электроустановок. Материалы. Сопротивление проводников на переменном токе. Поверхностный эффект и эффект близости

Токоведущие части электроустановки–это проводники различного типа, которыми соединяются между собой основное электрич. оборудование электростанций и подстанций (генераторы, тр-ры, синхр. компенсаторы) и аппараты в этих цепях (выключатели, разъединители и др.); это проводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник.

На ЭС и ПС применяются следующие типы проводников:

Тип проводника	Область применения
шинный мост из жестких голых алюминиевых шин	Цепь генератора на ТЭЦ (в пределах турбинного отделения от выводов генератора до фасадной стены; между турбинным отделением и главным распред.устройством (ГРУ); соединение от ГРУ до выводов тр-ра связи)
комплектный пофазно экранированный токопровод
гибкий подвесной токопровод	Цепь генератора на ТЭЦ (между турбинным отделением и главным РУ; соединение от ГРУ до выводов тр-ра связи); от стены ГРУ до выводов тр-ра собственных нужд, установленного у фасадной стены главного корпуса; соед. тр-ра с ЗРУ 6-10кВ или с КРУ 6-10кВ на ПС
жесткие голые алюминиевые шины прямоугольного или коробчатого сечения	все соединения внутри ЗРУ 6-10кВ, включая СШ; от стены ГРУ до выводов тр-ра собственных нужд, установленного вблизи ГРУ
Сталеалюминевые провода	Токоведущие части в РУ 35кВ и выше; на открытой части ПС
Алюминиевые трубы	Часть или вся ошиновка в некоторых конструкция ОРУ; жесткая ошиновка на открытой части ПС
Кабельные линии	Соединение от тр-ра собств.нужд до РУСН на ТЭЦ; линии непосредственно к потребителю
Закрытый токопровод 6кВ	Соединение от тр-ра собств.нужд до РУСН на КЭС
Прямоугольные алюминиевые шины	Вся ошиновка в цепях линий 6-10кВ до реактора и за ним, а также в шкафах КРУ

Основные материалы проводников – это алюминий и его сплавы, медь. По экономическим соображениям, применяют в основном алюминий и его сплавы с различными электрическим характеристиками.Для ЛЭП напряжением выше 1кВ применяют сталеалюминевые провода.

Медь. Достоинства: высокая эл. проводимость и теплопроводность; достаточная твердость; низкая стоимость

Недостатки: низкая t° плавления; при работе на воздухе покрывается слоем прочных окислов, имеющих высокое сопротивление (для защиты от окисления, поверхность контактов покрывают тонким слоем серебра).

Применение: как материал для плоских и круглых шин, контактов контакторов, автоматов и др.

Алюминий Достоинства: высокая эл. проводимость и теплопроводность; благодаря малой плотности, токовед.часть круглого сечения на такой же ток, как и медный проводник, имеет ~на 48% меньшую массу

Недостатки: образование на воздухе и активных средах пленок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением; низкая дуго-стойкость; малая механическая прочность; при контакте с медью образуется пара, подверженная сильной коррозии (оба метала необходимо покрывать серебром).

Применение: как материал дляЛЭП, шин и конструктивных деталей аппаратов.

Алюминиевые сплавы (термо и нетермообработанные) имеют большую по сравнению с алюминием механическую прочность и практически такую же эл. проводимость. (ВЛ выше 1кВ с толщиной стенки гололеда до 20мм).

Сопротивление проводников зависит от материала и рода проводника. Известно, что при переменном токе распределение плотности тока по сечению проводника неравномерно. Ток вытесняется к поверхности проводника, вследствие чего его активное сопротивление и соответствующие потери мощности больше, чем при постоянном токе. Отношение потерь мощности в уединенном проводнике при переменном токе к потерям при постоянном токе и той же температуре или отношение соответствующих сопротивлений называется коэффициентом поверхностного эффекта. Он зависит от формы и размеров поперечного сечения проводника, а также от частоты тока. Для проводника с заданной формой сечения, например, прямоугольной или круглой, коэффициент поверхностного эффекта является функцией величины , где f – частота тока, Гц. Так как сопротивление R обратно пропорционально сечению проводника, то по мере увеличения сечения, коэффициент поверхностного эффекта увеличивается.

Эффект близости– эффект неравномерного распределения тока по сечению проводника, обусловленный близостью второго проводника с током.

Если вблизи проводника имеются другие проводники с током (обратный проводник в однофазной системе или проводники соседних фаз в трехфазной системе), то на распределение плотности тока по его сечению и потери мощности влияют магнитные поля соседних проводников. При этом активное сопротивление проводника (сопротивление при переменном токе) увеличивается: , где r – сопротивление проводника при постоянном токе; – коэффициент, учитывающий эффект близости; он зависитот относительных размеров поперечных сечений проводников и расстояний между ними.

Если токи в проводах направлены одинаково (рис. а), наибольшая плотность тока наблюдается в наиболее удаленных друг от друга частях сечений; при различных направлениях токов (рис.б) наибольшая плотность тока получается в наиболее близких друг к другу частях сечений проводов.

Вызываемая эффектом близости неравномерность распределения тока по сечению проводов приводит к увеличению потерь энергии, к увеличению разницы в сопротивлениях проводов переменному и постоянному токам.