Защитная арматура

В результате воздействия ветра на провод при определенных условиях возникают колебания провода с f=5-60 Гц и с амплитудной 2-3 см.

Для предотвращения опасных последствий вибрации применяют гасители вибраций.

1. Стальной груз;

2. Стальной тросик;

3. Болтовой зажим.

Лекция №7 27.02.12

Молниезащита

Основным средством молниезащиты является подвеска тросов вдоль всей линии ЛЭП или её части. При наличии грозозащитных тросов различают 2 вида грозовых перекрытий:

· Прямой удар молнии в провода линии;

· Обратные перекрытия, возникающие при ударе молнии в вершину опоры или вблизи её.

Удельная молниепоражаемость линии определяется по числу отключений отнесенному к 100 км линии и при известной интенсивности грозовой деятельности (например, 100 часов).

Удельное число отключений зависит от значений защитного угла, высот опоры, сопротивления заземления. Молниеотводы бывают стержневые и тросовые.

Тросовые молниеотводы:

Обеспечивают высокий уровень грозоустойчивости. Вероятность прорыва молнии на провод зависит от величины защитного угла.

Защитный угол – образуется вертикальной прямой через точку подвеса провода и прямой соединяющей трос с защищающим проводом.

При одинаковых защитных углах вероятность прорыва молнии на провод возрастает с высотой опоры:

- вероятность прорыва;

- высота опоры с тросостойкой;

- защитный угол.

Опыт эксплуатации показывает, что при вероятность поражения проводов незначительна. При горизонтальном расположении проводов расстояние надежной защиты не должно превысить пятикратного расстояния по вертикали между проводами и тросами.

В качестве тросовых молниеотводов обычно служит стальной оцинкованный трос 35, 95мм².

110, 150 кВ – тросы крепятся жестко. 220 кВ и выше – трос крепят через изолятор. Изолятор не снижает надежности защиты.

Заземление троса на анкерной опоре.

На линиях 220-500 кВ подвеска тросов на промежуточных и анкерных опорах осуществляется через изоляторы с шунтирующими промежутками не менее 40 мм.

Глухое заземление тросов производится обычно в одной точке анкерного участка. Тросы определенных участков имеют разрыв на анкерных опорах.

Тип защиты – клиновый. Такая подвеска тросов выполняется для снижения потерь электрической энергии, возникающая т токов, наводимых в контурах трос-опоры вследствие электромагнитной индукции.

На подходах к ПС тросы должны иметь глухое заземление на каждый опоре на протяжении 2-5 км в зависимости от класса напряжения.

Стержневые молниеотводы

Стержневые применяются для защиты отдельных опор или пролетов в местах избирательного поражения молнии, а так же защиты подходов линии, где непосредствен к линии присоединены вращающиеся машины.

Если нужно защищать не только отдельные опоры, а один или несколько пролетов – ставят несколько стержневых отводов в шахматном порядке.

Трубчатые разрядники

Представляет собой защитный аппарат выхлопного типа многократного действия.

Состоит из двух последовательных искровых промежутков: внешний открытый S₂, внутренний S₁ расположенный в трубке (1) из газогенерирующего материала.

В трубке расположены стержневой (2) и концевой (3) электроды.

В случае перенапряжения оба воздушных промежутка пробиваются.

Под действием высокой температуры ствол дуги в трубке интенсивно генерируется газ. Давление в трубке – несколько десятков атмосфер.

Устремляясь к открытому концу трубки, газы создают продольное дутье, которое при прохождении тока через «0» гасит дугу.

Лекция №8 5.03.12

Вентильные разрядники

Защитное действие вентильного разрядника обуславливаются тем, что при появлении опасного для изоляции перенапряжения, происходит искровое пробитие, а протекающий ток, вследствие нелинейности сопротивления не создает опасного повышения напряжения.

Основными элементами разрядника являются:

· Многократный искровой промежуток, зашунтированный высокоумный сопротивлениями и резистор r.

Искровые промежутки (3) образованы латунными дисками (4) и расположены в фарфоровом корпусе (5). Крышки (6) несут функцию электродов одного комплекта. Количество искровых промежутков в разряднике устанавливается из расчета 1 искровой промежуток на 1 кВ фазного напряжения разрядника.

Искровой промежуток (3) имеет однородное поле. Его величина (1мм) рассчитано на 1 кВ.

Специальные калибровочные меконитовые прокладки (2) обеспечивают необходимый зазор, где прокладки соединяют с электродами (4) возникает корона, облучающая искровой промежуток, что улучшает его вольт-секундные характеристики. В разрядниках применяют вилит.

Тело вилитовых дисков состоит из зерен электротехнического карборунда, с крепленной керамической массой на основе жидкого стекла. При термической обработке зерен образуется запорный слой, состоящий их окиси крепления. При небольшом напряжении, удельное сопротивление запорного слоя толщиной 10^-5 см составляет 10⁶…10⁸ Ом/см. Удельное сопротивление самого карборунда невелико, - около 1 Ом/см. При малых токах все напряжения ложится на запарный слой.

С ростом импульсного тока растет напряженность электрического поля и при некотором её значении, сопротивления слоя падает.

С появлением высокой проводимости ВАХ разрядника претерпевает резкий излом.

Работа разрядника: при появлении перенапряжения, пробиваются последовательно включенные блоки искровых промежутков. Импульс тока при этом, через рабочие резисторы R, замыкается на землю.

Типичная ВАХ вилитового резистора: при небольших токах, сопротивления велико, напряжения линейно растет с ростом тока – область А.

При больших токах сопротивления резко уменьшается, напряжение резко уменьшается, напряжение практически не растет – область В.

Рабочие резисторы изготавливаются в виде дисков диаметром от 10 до 15 см и высотой от 2 до 6 см.

Вилит очень гигроскопичен, для его защиты цилиндрическая поверхность дисков покрывается изолирующей обмазкой. При прохождении токов температура дисков повышается. При протекании импульса тока большой амплитуды, на малой длительности (10 мкс) резисторы не успевают разогреться. При длительном протекании даже небольших токов промышленной частоты, температура моет превысить допустимое значение, диски теряют свои вентильные свойства и разрядник выходит из строя. Предельно допустима амплитуда импульса тока для диска диаметром 100 мм – равна 10 кВ, при длительности 40 мкс. Допустимая амплитуда прямоугольного импульса длительностью 2000 мкс не превышает 150 А. Такие токи, диск без повреждения пропускает 20-30 раз.

После прохождения импульса через разрядник, начинает протекать еще и сопровождающий ток. По мере приближения тока к нулевому значению сопротивления вилита резко увеличивается, что обеспечивает гашение сопровождающего тока при первом его переходе через «0» позволяет погасить дугу в искровом промежутке без специальных дугогасительных устройств.

Экспериментально установлено, что 20 одиночных искровых промежутков способен отключить сопровождающий ток амплитудой 80-100 А дуги действующих значений напряжения 1-1, 5 кВ. Отсюда и выбор числа промежутков.

Внутреннее напряжение низкочастотны и длятся до 1 секунды. У вилита малая термическая стойкость, поэтому внутренние перенапряжения он не тянет. Для этой цели используют тервит, обладающий большей термической стойкостью и большим показателем нелинейности.

Тервитовые диски используются в комбинированных разрядниках, которые служат защитой от коммутационных и атмосферных перенапряжений.

При внутренних, работают оба нелинейных резистора НР1 и НР2.

При атмосферных, из-за большого тока, напряжение на НР2 пробивает ИП2, напряжение на защищаемой линии снижается (кривая 2).

Разрядник работает бесшумно, число срабатываний фиксируется специальным регистратором.

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН)

Основной рабочий элемент – варистор – нелинейный резистор. Резисторы выполнены из металлоксидной керамики, в результате высокотемпературного обжига (до 1300 ⁰С), порошка состоящего из окиси цинка и некоторого количества оксидов других металлов. Резисторы ОПН идут в виде дисков диаметром до 100 мм и толщиной до нескольких десятков миллиметров.

ВАХ материала резистора ОПН не зависит от полярности напряжения и определяется в рабочей области:

- коэффициент нелинейности материала;

А – const, зависит от материала и размеров резистора.

Резисторы в ОПН характеризуются существенно меньшим по сравнению с резисторами вентильных разрядников. Резисторы набираются последовательно в виде столбов, помещаются в цилиндрические герметический корпус, их торцы подсоединяются к металлическим фланцам, которые соединяются с фазой и землей.

Лекция №9 6.03.12

Заземляющие устройства ВЛ

Заземляющие устройства – это устройства служащие для отвода в землю импульсных токов молний и обеспечения необходимого уровня грозоупорности линий, обеспечения безопасности работы людей при ненормальных режимах работы линий.

В общем случае, заземляющее устройство состоит из заземлителей (металлических или иных проводников электродов) находящихся в непосредственном контакте с грунтом и заземляющих проводников соединяющее заземлители с другими элементами опор ВЛ.

Функции ЗУ достаточно многообразны:

1). Отвод в землю импульсных токов, возникающих в результате удара молнии;

2). Создание пути для протекания тока замыкания на землю при перекрытии или повреждении изоляции на опоре, с целью обеспечения условий работы РЗ;

3). Снижение до безопасной величины потенциала возникающего на опоре и на поверхности грунта вблизи опоры при стекании с нее тока замыкания на землю;

4). Предотвращение повреждений элементов опоры токами, стекающими по опоре при грозовом поражении или замыкании на землю.

Основной характеристикой ЗУ, является сопротивления растекания токов (сопротивления заземления), т.е. сопротивления оказывающее заземляющим устройствам стекающему с него току и определяемое как отношение потенциала на ЗУ к этому току.

Электрофизические свойства грунта

В общем случае электрофизическая характеристика грунта включает в себя:

· Электропроводность;

· Диэлектрическую и магнитную проницаемость грунта с учетом его реальной неоднородности.

Магнитная проницаемость почти всех горных пород, кроме пород содержащих метал – равна 1, а относительная диэлектрическая проницаемость колеблется в пределах от 1 до 80, в зависимости от влажности и температуры грунта, а также скорости изменения (частоты) электрического поля.

Учитывать диэлектрическую и магнитную проницаемость грунта необходимо только при исследовании импульсных характеристик заземлителей.

Электропроводимость грунта характеризуется удельным сопротивлением грунта .

Электропроводность грунта может быть как электронной, так и ионной. Электронной электропроводностью является твердые частицы породы, являющиеся проводниками, а ионной заполняющая поры грунта вода с растворенными в ней веществами образующая электролит, обычно называемый почвенным раствором.

Таким образом, в малоувлажненном грунте преобладает электронная электропроводность.

На проводимость грунта существенно сказываются следующие факторы:

1. Удельное количество электролита в грунте (влажность);

2. Концентрация и удельное сопротивление почвенного раствора;

3. Структура грунта;

4. Температура грунта.

При увеличении температуры подвижность ионов в электролитах увеличивается, что приводит к увеличению проводимости электролита, при постоянно влажности эта зависимость линейная.

Даже однородный по геологическому строению грунт, обладает неодинаковым на разной глубине удельным сопротивлением в силу неодинаковых контактов с атмосферой и грунтовыми водами.

Поскольку в течение года в связи с изменением атмосферных условий меняются температура грунта, его влажность, а так же агрегатное состояние влаги удельное сопротивление грунта претерпевает сезонное изменение. Наибольшее сезонное изменение имеет место в деятельном слое грунта, а по мере увеличения слоя грунта сезонные изменения удельного сопротивления грунта уменьшаются.

Это объясняется снижением вариаций атмосферных условий так и стабилизирующим воздействием грунтовых вод.

Наблюдения показывают, что в течении года наблюдаются два повышения величины деятельного слоя грунта: зима – промеразение, лето – пересыхание слоя.

Удельное сопротивление снижается при воздействии на грунт электрического поля, что проявляется при протекании в грунте больших токов. Если напряженность превышает критическое значение, в грунте начнут усиливается ионизационные процессы, что приводит к частичным разрядам, а в результате снижения сопротивления. В сухом грунте вследствие местных неоднородностей поля частичные разряды бывают при меньших напряженностях, чем в увлажненных грунтах.

Методы искусственного увеличения проводимости

Используемые способы могут быть трех групп:

1. Насыщение грунта легка растворимыми слоями (поваренная соль, HCl, медный купорос, сода и др.). Соль вводится в грунт либо в твердом, либо в концентрированном растворе. Недостаток: усиленная коррозия электродов, необходимость повторных обработок. Соли уходят с почвенным раствором в течении 1-2 лет.

2. Замена части грунта материалами с пониженным удельным сопротивлением. Обратная засыпка довольно широкой траншеи с уложенным электродом производится веществом повышенной проводимости. Целесообразно использовать суспензии из глины (бентонита). Преимущество: обработка грунта выполняется реже. Недостаток: большой объем земляных работ.

3. Введение в грунт слаборастворимых соединений, используют вещества с относительно низким удельным сопротивлением, что обладают слабой растворимостью в воде. Могут состоять из двух и более компонентов, порознь введенными в грунт после смешивания создают нерастворимые водой соединения (смеси сульфата кальция, гипс).

Искусственные заземлители опор ВЛ

При ВЛ ВН есть 2 основных вида ЗУ:

1 – естественные – заглубления в грунт ж/б элементы конструкции ВЛ;

2 – искусственные – металлические электроды различной конструкции.

Конструкция искусственных заземлителей:

· Вертикальные и наклонные стержневые электроды;

· Горизонтальные/лучевые заземлители;

· Подфундаментные или углубленные заземлители;

· Комбинированные.

Вертикальные. Первая категория: до 3-5 м, сосредоточенных (грунт) (рис.А); Вторая категория: большей длины, глубины, грунт (рис.Б).

Наклонные – особый вид стержневых заземлителей. Они погружаются из одной точки на поверхности земли под углом к ней. В одном кусте может быть от 2 до 4 электродов. Оптимальный угол наклона заземлителей в зависимости от количества электродов и электроструктуры грунта составляет 30-60⁰.

Преимущества: против нескольких, соединенных горизонтальных полосой вертикальных электродов – есть отсутствие этой полосы, повышенный коэффициент использования электродов, сокращения территории под устройство.

Горизонтальные – бывают самостоятельные или в составе соединителя. Обычно их прокладывают вдоль трасы ВЛ. Лучевой заземлитель перекрывающий весь пролет и соединяющий ЗУ соседних опор называют «противовес». Целесообразность их применения зависит от удельного сопротивления грунта, так и длины пролета.

Если один противовес не обеспечивает необходимого сопротивления, применяют двойной противовес – 2 параллельно лучевых заземлителя от опоры к опоре. Должны закладываться на глубину не менее 0, 5м.

В скальных грунтах лучевые заземлители можно класть под разборным слоем над скальными породами, если толщина слоя не менее 10 см. При отсутствии прокладывается по поверхности скалы с заменой цементным раствором.

Подфундаментные заземлители – электроды, размещаемые в общем котловане или общей скважине с железобетонной конструкцией.

1. Фундамент;

2. Закладной анкерный болт;

3. Заземлитель;

4. Граница котлована.

Лекция №10 12.03.12

Кабельные ЛЭП

КЛ называется линия, для передачи электрической энергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами и крепежными деталями, а для маслонаполненных линий с аппаратами контроля и давления масла.

Кабель – это провод, заключенный в герметичную оболочку, который моно прокладывать в воде, земле и на воздухе. Обычно состоит из одного или нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенный в геометрическую оболочку из резины, пластмассы, алюминия, свинца.

Преимущества КЛ:

1. Более длительный срок службы;

2. Отсутствие потребности материала для опор;

3. Большая надежность при эксплуатации из-за отсутствия внешних атмосферных воздействий (ветер, гололед, грозовые перенапряжения);

4. Отсутствие опор и проводов загромождающих территорию предприятия и городов;

5. Значительное снижение опасности для людей и животных в случае аварии на КЛ;

6. Возможность передачи практически всех встречающихся в практике потоков мощности;

7. Возможность эксплуатации в любых климатических условиях.

Недостатки КЛ:

1. Высокая стоимость кабельной сети по сравнению с воздушной;

2. Потребность в более квалифицированном персонале при сооружении и эксплуатации КЛ;

3. Трудности в нахождении и исправлении повреждений;

4. Подверженность почвенной коррозии и воздействию блуждающих токов.

Традиционные силовые кабели для передачи и распределения электрической энергии выполняются с пропитанной бумажной изоляцией, для вертикальных и крутонаклонных трас, кабели давления (маслонаполненные и газонаполненные), с полиэтиленовой изоляцией, с резиновой изоляцией.

По величине номинального напряжения кабели делятся:

· Низкого напряжения (до 1 кВ);

· Среднего напряжения (6-35 кВ);

· Высокого напряжения (110 кВ и выше).

По роду тока:

· Переменного;

· Постоянного.

Кабели выполняются одножильные, 2-, 3-, 4- и даже пятижильные.

Одножильными обычно выполняются кабели высокого напряжения. Двухжильными – кабели постоянного тока.

По материалу токопроводящих жил различают:

· Алюминиевые жилы;

· Медные жилы.

В качестве изоляционных материалов используются:

· Кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом;

· Пластмасса;

· Резина

Различают кабели с нормальной пропиткой, обедненной и пропитка с нестекающим составом.

Кабели с объединенной или с нестекающей пропиткой прокладывают по трасе с большим перепадом высот или на вертикальном участке трасы.

Кабель ВН маслонаполненные или газонаполненные. Бумажная изоляция здесь заполнена маслом или газом под давлением. Защита изоляции от высыхания и попадания воздуха и влаги обеспечивается положением герметичной оболочки.

Защита кабеля от возможных механических повреждений обеспечивается броней.

Кабель 6-35 кВ.

1. Токопроводящая жила (выполняется сегментообразными для придания кабелю цилиндрической формы);

2. Фазная изоляция;

3. Поясная общая изоляция;

4. Герметичная оболочка (служит от высыхания и попадания влаги);

5. Подушка;

6. Броня;

7. Наружный защитный покров;

8. Бумажно-жгутовые заполнители.

Дополнительное усиление фазной изоляции общей (поясной) изоляцией объясняется следующим образом. КЛ 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью и могут длительно работать в режиме замыкания одной фазы на землю. В нормальном режиме работы напряжением между каждой фазой и землей (металлической герметической оболочкой) равно U_Ф, а напряжение между фазами U_Л.

При допущении отсутствия поясной изоляции между фазами имеем двойной слой изоляции рассчитанной на U_Л, а между фазой и землей один слой изоляции рассчитанный на U_Ф.

При замыкании на землю одной фазы, напряжение этой фазы равно 0, а напряжение относительно земли двух других фаз увеличивается до U_Л.

Следовательно, изоляцию каждой фазы относительно земли необходимо выполнить на U_Л.

При наличии общей поясной изоляции такой необходимости нет.

Электрическое поле кабеля с общей металлической оболочкой не является однородным. Силовые линии имеют различные углы наклона к слоям изоляции. Электрическая прочность слоистой изоляции в продольном направлении на порядок меньше, чем в поперечном.

При напряжении более увеличение толщины изоляции из-за неоднородности электрического поля становится экономически нецелесообразным. Кабели на напряжение 20-35 кВ выполняют с отдельно экранированными жилами:

1. Жила кабеля;

2. Изоляция фазы;

3. Свинцовая оболочка (или металлизированная бумага);

4. Кабельная пряжа;

5. Стальная броня;

6. Наружный покров.

Отдельная оболочка или экран у каждой жилы создают эквипотенциальные поверхности вокруг изоляции каждой жилы и, следовательно, выравнивают электрическое поле и делают его радиальным по отношению к изоляции.

Лекция №11 19.03.2012

Кабель напряжением 110 кВ и выше

На напряжение 110 кВ и выше кабели выполняются маслонаполненными и представляют собой достаточно сложные конструкции. Различают маслонаполненные кабели низкого до 0, 05 мега Паскалей, и высокого – 1, 6 мега Паскалей. Первые изготавливаются на напряжение 110, 220 кВ, а высокого – выше. Маслонаполненные кабели низкого напряжения имеют следующий вид:

Кабель имеет полую токопроводящую жилу 2 скрученную из отдельных медных проволок. Внутри жилы имеется канал 1 заполненные маслом под давлением, что исключает возможность образованием пустот в бумажной изоляции 4. По поверхности жилы накладывается экран 3 из полупроводящей бумаги. Так же экран накладывается поверх бумажной изоляции, далее идет свинцовая оболочка 5, подушка 6 из полимерхлоридных лент, медные ленты 7 усиливающие свинцовую оболочку, броня 8 и наружный защитный покров 9.

Маслопроводящий канал через специальные муфты соединяется с расположенными вдоль трассы баками давления.

Кабели маслонаполненные высокого напряжения:

В маслонаполненных кабелях высокого давления все три фазы уложены в стальной трубопровод 1, поверх которого имеется антикоррозийное покрытие 7. Стальной трубопровод являющейся защитой от механических повреждений заполнен маслом 6 под избыточным давлением. Токоведущие жили 4 из медных проволок, имеет бумажную изоляцию 3 с вязкой пропиткой. Поверх изоляции наложен экран 2 из медных лент. Полукруглые проволки скольжения 5 служат от механических повреждений при протягивании кабеля в стальной трубопровод.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

В настоящее время электротехнической промышленностью освоен выпуск кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Благодаря своей молекулярной структуре обладает очень высокими термомеханическими свойствами. Преимущества:

1. Более высокая надежность в эксплуатации (удельная повреждаемость на два три порядки ниже, чем кабели из бумажной изоляции;

2. Низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь равен 0, 001, вместо 0, 008 в кабелях в бумажномаслянной изоляции);

3. Большая пропускная способность, за счет увеличения допустимой температуры нагрева жил;

4. Меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;

5. Более высокий ток термической стойкости при коротких замыканиях 250 ⁰С, вместо 200.

6. Высокая стойкость повреждений;

7. Низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева;

8. Низкое влагопоглощение;

9. Меньший вес, диаметр и радиус изгиба;

10. Возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;

11. Более экологический монтаж и эксплуатация;

12. Более высокий срок службы, не менее 30 лет;

13. Большая строительная длинна.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-10 кВ изготавливаются как трехжильные, так и одножильные, на напряжением 35-500 кВ такие кабели изготавливаются одножильными.

Многопроволочная токоведущая жила (1) покрыта полупроводящей пластмассовой изоляцией (2), изоляцией из сшитого полиэтилена (3), а так же покрыта слоем полупроводящей пластмассы (4).

С двух сторон экрана (5) располагаются подушки. Экран выполняется из медных проволок. Поверх экрана накладывается пластмассовая оболочка (6).