ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2025
Просмотров: 58
Скачиваний: 0
Силовые кабели с ПВХ изоляцией Силовой кабель с бумажной изоляцией
Изоляция на бумажной основе, при обилии современных материалов, сегодня используется довольно ограниченно. Допустимое напряжение для такого типа проводки - не более 35 кВ. Если бумажная изоляция применяется при производстве силовых кабелей - необходимо использовать бумажную основу, пропитанную специальным составом, включающим в себя воск, масло и канифоль. В итоге бумага приобретает несвойственные ей характеристики. Высоковольтные сети изолируют материалом, созданным из многослойной целлюлозной основы. Среди явных минусов такой изоляции - нестойкость бумаги к любым внешним воздействиям.
Фторопластовая изоляционная прослойка проводов и кабелей - одна из самых надёжных. Однако, применение этого материала требует определённых усилий, ведь фторопласт в лентах наматывают на кабельные жилы, а затем подвергают запеканию под воздействием высоких температур. Полученное в итоге покрытие отличается высокой стойкостью к любым внешним воздействиям: его непросто повредить механическим, химическим или любым другим способом.
2. Процесс формирования молний.
Из всех явлений природы молния — одно из наиболее распространенных и зрелищных. Одним из первых электрическую природу молний установил американский государственный деятель и ученый Б.Франклин. В 1752 он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплен металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молнии и грозы продолжают интенсивно изучаться. Но несмотря на обилие новых приборов и методов исследования, микрофизические процессы, приводящие к зарядке грозовых облаков, остаются предметом споров.
В целом картина формирования молний выгладит следующим образом. Земная атмосфера представляет собой исключительно хороший диэлектрик, расположенный между двумя проводниками - поверхностью земли снизу и верхними слоями атмосферы, включая ионосферу, сверху . Эти слои являются пассивными компонентами глобальной электрической цепи. Между отрицательно заряженной поверхностью земли и положительно заряженной верхней атмосферой поддерживается постоянная разность потенциалов величиной около 300 000 В. В соответствии с идеей, впервые высказанной Вильсоном в 20-е годы, принято считать, что этот «ионосферный потенциал» является результатом заряда, получаемого от гроз, которые создают глобальную электрическую «батарею».
В силу ряда причин, вершина облака заряжается положительным электричеством, а нижняя часть – отрицательным. В модели осадков, разработанной в 1929 Дж.Симпсоном, предполагается, что когда в верхней части облака в вихре пурги ледяные кристаллы сталкиваются друг с другом, они разламываются и электризуются. Более крупные осколки заряжаются отрицательно, осаждаются в нижнюю часть облака и там тают. Также когда крупные дождевые капли у основания облака разбрызгиваются порывами ветра, то большая часть капли разряжается положительно, а сдуваемые с нее мельчайшие брызги – отрицательно. Мелкая водяная пыль, заряженная положительно, также относится потоками воздуха вверх, а более тяжёлые отрицательно заряженные капли падают вниз облака. Также существуют другие механизмы разделения заряда облаков, которые продолжают исследоваться и на которых мы здесь останавливаться на будем.
Итак, нижняя часть облака, обращённая к земле, заряжена отрицательно, а верхняя часть - положительно. Космические лучи сталкиваются с молекулами воздуха и ионизируют их (в результате происходит разделение положительных и отрицательных зарядов). Положительные заряды двигаются вниз к отрицательно заряженной земле и скапливаются под облаком, а отрицательные заряды - притягиваются к верхней части облака, заряжая его отрицательно. При накоплении достаточного заряда происходит электрический пробой атмосферы - молния. Разряд молнии характеризуется чрезвычайно быстрым нарастанием тока до пикового значения, как правило, достигаемого за время от 1 до 80 мкс (миллионных долей секунды), и последующим падением тока обычно за 3–200 мкс после пикового значения.
Такова одна из моделей молний, которая активно исследуется в последнее время. Сложность проблемы объясняется тем, что в формировании молнии и грозы задействованы сразу несколько явлений, характерные длины которых изменяются на 15 порядков величины. Это и разделение зарядов на молекулярном уровне, и вспышки молний, покрывающие расстояния в несколько километров, и конвекционные потоки воздуха, которые могут охватывать континенты. Все эти факторы нужно рассматривать совместно, чтобы окончательно понять как работает электрическая цепь, охватывающая весь земной шар.
3. Защитное действие молниеотводов.
Защитное действие молниеотвода основано на том, что молния поражает наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Следовательно, сооружение не будет поражено молнией, если оно находится в зоне защиты молниеотвода. Зона защиты молниеотвода - часть пространства, примыкающая к молниеотводу, которая обеспечивает защиту сооружения от прямых ударов молнии с достаточной степенью надежности (99%)
Быстрые изменения тока молнии порождают электромагнитную индукцию - наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах, создающее опасность искрения в местах сближения этих контуров. Это называется вторичным проявлением молнии.
Возможен также занос наведенных молнией высоких электрических потенциалов в защищаемое здание по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям.
Защита от электростатической индукции достигается путем присоединения металлических корпусов электрооборудования к защитному заземлению или к специальному заземлителю.
Для защиты от заноса высоких потенциалов подземные металлические коммуникации при вводе в защищаемый объект присоединяют к заземлителям защиты от электростатической индукции или электрооборудования.
Молниеотводы состоят из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Существует два типа молниеотводов: стержневой и тросовый. Они могут быть отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания или сооружения (рис. 86, а-в).
молниеотвод : стержневой одиночныймолниеотвод : стержневой двойноймолниеотвод : антенный
Рис.
86. Виды молниеотводов и их защитные
зоны:
а - стержневой одиночный; б - стержневой двойной; в - антенный; 1 - молниеприемник; 2 - токоотвод, 3 - заземление
Стержневые молниеотводы представляют собой один, два или больше вертикальных стержней, устанавливаемых на защищаемом сооружении или вблизи него. Тросовые молниеотводы - один или два горизонтальных троса, каждый закрепленный на двух опорах, по которым прокладывают токоотвод, присоединенный к отдельному заземлителю; опоры тросового молниеотвода устанавливают на защищаемом объекте или вблизи него. В качестве молниеприемников используют круглые стальные стержни, трубы, стальной оцинкованный трос и др. Токоотводы выполняют из стали любой марки и профиля сечением не менее 35 мм2. Все части молниеприемников и токоотводов соединяют сваркой.
Заземлители бывают поверхностные, углубленные и комбинированные, изготовленные из стали различного сечения или труб. Поверхностные заземлители (полосовые, горизонтальные) укладывают на глубине 1 м и более от поверхности земли в виде одного или нескольких лучей длиной до 30 м. Углубленные заземлители (стержневые вертикальные) длиной 2-3 м забивают в грунт на глубину 0,7-0,8 м (от верхнего конца заземлителя до поверхности земли).
Сопротивление заземлителя для каждого отдельно стоящего молниеотвода не должно превышать для молниезащиты зданий и сооружений I и II категорий - 10 Ом и III категории - 20 Ом.
4. Заземлители устройство.
Понятие
о сопротивлении заземляющего устройства
опоры BЛ току молнии. Заземляющим
устройством называется конструкция из
электропроводящих материалов, которая
служит для отвода тока в землю. Ее
основными конструктивными элементами
являются заземлители и заземляющие
проводники.
Заземлителем называется
проводник (электрод) или совокупность
металлических соединенных между собой
проводников (электродов), находящихся
в соприкосновении с землей.
Заземляющим
проводником называется проводник,
соединяющий заземляемые части с
заземлителем. Основная функция, которую
выполняет заземляющее устройство опоры
BЛ, — отвод в землю тока молнии, т. е.
уменьшение возможности (вероятности)
обратных перекрытий при ударе молнии
в опору и грозозащитный трос.
В
отличие от обычных перекрытий, вызванных
увлажнением или загрязнением изоляции,
ток молнии создает на опоре электрический
потенциал, намного больший потенциала
фазного провода, и, таким образом,
перекрытие происходит в обратном
направлении. Чем меньше сопротивление
заземляющего устройства, тем меньше
возможность обратного перекрытия.
Сопротивлением
заземляющего устройства называется
отношение напряжения на заземляющем
устройстве к току, стекающему с заземлителя
в землю.
Сопротивление заземляющего
устройства — не единственный параметр,
влияющий на вероятность обратных
перекрытий. Существенное влияние также
оказывают: длина гирлянды изоляторов;
высота грозозащитного троса и фазного
провода; расстояние между тросом и
проводом и др. С увеличением длины
гирлянды, например, возрастает
электрическая прочность соответствующего
воздушного промежутка и тем самым
уменьшается вероятность обратного
перекрытия. Так должно происходить с
увеличением класса напряжения линии.
Однако для линий более высокого напряжения
увеличивается и высота опор, что приводит
к росту числа ударов молнии в опоры и в
грозозащитный трос. Возрастает также
индуктивность опоры, которая увеличивает
вероятность обратных перекрытий. Ток
молнии при ударе в опору растекается
по грозозащитному тросу. Ток в тросе
индуктирует токи в проводе и опоре, что
приводит в конечном счете к увеличению
напряжения, приложенного к изоляционному
промежутку провод - опора.
Таким
образом, вероятность обратного перекрытия
при ударе молнии в опору — сложная
функциональная величина, зависящая от
ряда параметров. Если все параметры,
кроме сопротивления заземляющего
устройства, считать постоянными, т. е.
задаться определенным типом опоры, то
можно рассчитать кривую вероятности
обратных перекрытий. Ниже приводиться
исходные данные для расчета вероятности
обратных перекрытий при ударе молнии
в промежуточную опору типа
П220-2Т:
Максимальное рабочее напряжение,
кВ 252
50%-ное
разрядное напряжение положительной
полярности: импульсная прочность
воздушного промежутка, соответствующая
строительной высоте гирлянды изоляторов,
кВ 1248
Высота троса на
опоре, м
42
Высота верхнего провода, м
33
Средняя длина пролета,
400
Радиус троса,
0,007
Радиус провода, м
0,012
Расстояние между тросом и верхним
проводом по
горизонтали,
3
Расстояние между тросами, м
1
Стрела провеса троса,
13
Стрела провеса провода, м
15
Эквивалентный радиус опоры, м
3,2
По этим данным выполнены расчеты
зависимости вероятности обратного
перекрытия от значения сопротивления
заземляющего устройства. Эта зависимость
показана на рис. 1. Из рисунка видно, что
до сопротивления R = 300 Ом кривая поднимается
довольно круто, затем плавно возрастает
до R = 1000 Ом. В дальнейшем вероятность
обратных перекрытий медленно приближается
к уровню 0,3, не превышая этого значения.
Численное значение вероятности 0,3
означает, что примерно из 10 ударов молнии
в трех случаях будет наблюдаться обратное
перекрытие. Для других типов опор этот
предельный уровень может быть другим,
важно лишь подчеркнуть: если в силу
особенностей грунта (песок, скала)
сопротивление заземляющего устройства
оказывается достаточно большим, например
5000Ом, то снижение сопротивления до 1000
Ом уже не имеет смысла. Таким образом,
вероятность обратных перекрытий и
связанное с ней число грозовых отключений
зависят от сопротивления заземляющего
устройства опоры. Эта зависимость
проявляется в большей степени при
небольших сопротивлениях заземления
опоры: от единиц до сотен Ом.
Заземляющее
устройство опоры линии электропередачи
представляет собой электрическую цепь
с распределенными параметрами:
сопротивлением и индуктивностью металла,
проводимостью и емкостью грунта. Если
на вход такой цепи подать синусоидальное
напряжение (или ток) достаточно большой
частоты, то на различных расстояниях
от источника отношение напряжения к
силе тока, т. е. сопротивление в данной
точке, будет различным.
Рис.
1. Зависимость вероятности обратных
перекрытий от сопротивления заземляющего
устройства опоры
Еще более сложный
вид зависимости между напряжением и
током наблюдается при воздействии на
заземлитель импульса тока молнии.
Импульс характеризуется двумя параметрами:
наибольшим значением (амплитудой) тока
и временем нарастания тока (длительностью
фронта). При малых амплитудах в грунте
не происходит искрообразования. Однако
большие токи молнии ведут к электрическому
пробою грунта, который в области,
прилегающей к заземлителю, приобретает
нулевое электрическое сопротивление:
заземлитель как бы увеличивается в
размерах. Для полного анализа процессов
в заземляющем устройстве при воздействии
тока молнии необходим учет таких
факторов, как длина заземлителя, удельное
сопротивление грунта, амплитуда и
длительность фронта импульса тока
молнии, момент наблюдения.
Все эти
факторы учитываются импульсными
коэффициентами, которые обозначают аи.
Сопротивление естественных и искусственных
заземлителей. Естественными заземлителями
называются находящиеся в соприкосновении
с землей электропроводящие части
коммуникаций, зданий и сооружений
производственного или иного назначения,
используемые для заземления.
Искусственным
заземлителем называется заземлитель,
специально выполняемый для заземления.
Рис.
2. Железобетонный подножник (с) и его
расчетная модель (б)
Стальная арматура
фундаментов металлических опор и
заглубленной части железобетонных опор
во многих случаях достаточно хорошо
выполняет функцию отвода в землю токов
молний, т. е. играет роль естественного
заземлителя. Связано это с тем, что бетон
как проводник электрического тока
представляет собой пористое тело,
состоящее из большого числа тонких
каналов, наполненных влагой и создающих,
таким образом, путь для электрического
тока.
При определенных силе тока и
времени его протекания влага испаряется,
в бетоне возникают электрические искры
и дуги, которые могут разрушить материал
и пережечь арматуру, что в конечном
счете приводит к снижению механической
прочности железобетонной конструкции.
В связи с этим стержни арматуры,
используемые для заземления, проверяют
на термическую стойкость при протекании
токов короткого замыкания. Следует
также иметь в виду, что в среде с
существенной агрессивностью к бетону
использование железобетонных фундаментов
в качестве заземлителей не всегда
возможно.
В сетях с изолированной
нейтралью режим длительного замыкания
является опасным для железобетонных
фундаментов, и сооружение искусственных
заземлителей необходимо для разгрузки
естественных элементов заземляющего
устройства и предохранения их от
разрушения стекающим током Ниже
приводится установленная в результате
исследований допустимая плотность
электрического тока для арматуры
железобетонных конструкций в зависимости
от вида тока и времени воздействия,
А/м2:
Длительный постоянный ток
0,06
Длительный переменный ток
10
Кратковременный переменный ток (до
3 с) 10000
Ток молнии
100000
Искусственные заземлители
сооружают, как правило, в грунтах с
удельным сопротивлением более 500 Ом -
м. Это обусловлено тем, что естественные
заземлители опор BЛ35 — 330 кВ имеют в
таких грунтах сопротивления больше
нормируемых. В линиях высших классов
напряжения с мощными фундаментами
искусственные заземлители не снижают
заметно сопротивлений заземляющего
устройства. Искусственные заземлители,
как правило, выполняются в виде
двух-четырех расходящихся от опоры
горизонтальных лучей, прокладываемых
на глубине 0,5 м, а в пахоте - 1 м. В случае
установки опор в скальных грунтах
допускается прокладка лучевых заземлителей
непосредственно под разборным слоем
над скальными породами. При отсутствии
этого слоя (толщиной не менее 0,1 м)
рекомендуется прокладка заземлителей
по поверхности скалы с заливкой их
цементным раствором. Для уменьшения
коррозионного воздействия со стороны
грунта искусственные заземлители должны
быть круглого сечения диаметром 12—16
мм.
Рис.
3. Расположение естественных
а —
башенная промежуточная опора 35-330 кВ; б
- П-образная с оттяжками промежуточная
опора 330— 750 кВ
Указанные сопротивления
заземляющих устройств относятся и к
опорам без тросов и других устройств
грозозащиты, но с установленными на
этих опорах силовыми или измерительными
трансформаторами, разъединителями,
предохранителями или другими аппаратами
для ВЛ напряжением 110 кВ и выше.
Железобетонные
и металлические опоры напряжением 110
кВ и выше без тросов и других устройств
грозозащиты также заземляются, если
это необходимо для обеспечения надежной
работы релейной защиты и автоматики.
Сопротивления заземляющих устройств
таких опор определяются при проектировании
ВЛ.
Железобетонные и металлические
опоры напряжением 3 — 35 кВ, не имеющие
устройств грозозащиты и другого
установленного оборудования, должны
быть заземлены, причем в ненаселенной
местности для ВЛ 3 — 20 кВ допускается
сопротивление заземляющего устройства:
30 Ом при р менее 100 Ом - м и 0,3 р — при р
более 100 Ом - м.
Заземляющие устройства
опор, на которых установлено
электрооборудование. должны соответствовать
следующим требованиям.
В сетях
напряжением менее 1 кВ с глухозаземленной
нейтралью сопротивление заземляющего
устройства должно быть 2, 4, 8 Ом при
линейных напряжениях 660,380,220 В трехфазного
или 380,220,127 однофазного тока. Это
сопротивление должно быть обеспечено
с учетом использования естественных
заземлителей, а также заземлителей
повторных заземлений нулевого провода.
При этом сопротивление заземлителя,
расположенного в непосредственной
близости от нейтрали генератора или
трансформатора или вывода источника
однофазного тока, должно быть не более
25, 30, 60 Ом для линейных напряжений 660,
380, 220 В трехфазного или 380,220,127 В однофазного
тока.
В сетях напряжением выше 1 кВ с
изолированной нейтралью заземляемое
оборудование, установленное на опоре
ВЛ, подсоединяется к замкнутому
горизонтальному заземлителю (контуру),
проложенному на глубине не менее 0,5 м.
Если сопротивление заземляющего
устройства выше 10 Ом, то следует
дополнительно проложить горизонтальные
заземлители на расстоянии 0,8 — 1 м от
фундамента опоры. При р > > 500 Ом-м
допускается повысить значение
сопротивления в 0,002 р раз, но не более
чем в 10 раз.
Измерения сопротивлений
заземляющих устройств опор ВЛ следует
проводить при токе промышленной частоты.
На ВЛ напряжением ниже 1кВ измерения
производятся на всех опорах с заземлителями
грозозащиты и повторными заземлителями
нулевого провода. На ВЛ напряжением
выше 1 кВ измерения сопротивлений
заземляющих устройств производятся на
опорах с разрядниками и защитными
промежутками и с электрооборудованием,
а на опорах ВЛ 110 кВ и выше — с грозозащитными
тросами при обнаружении следов перекрытий
изоляторов электрической дугой. На
остальных железобетонных и металлических
опорах измерения производятся выборочно
у 2% общего числа опор с заземлителями:
в населенной местности, на участках с
агрессивными и оползневыми грунтами и
в плохопроводящих грунтах.