Использования кабелей в городских электрических сетях

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Самарский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)

Институт заочного образования

кафедра «Электрические станции»

Отчет по практике

Использования кабелей в городских электрических сетях

Выполнил:

Обучающийся Константинов Н.В.

Самара 2021

Содержание

1. Общие особенности использования кабелей в городских электрических сетях

1.1Основные элементы и параметры силовых кабелей напряжением до 35 кВ

1.2 Прокладка кабельных линий в траншеях

1.3 Испытание кабельных линий

2. Общие понятия о релейной защите

2.1 Требования, предъявляемые к релейной защите

2.2 Элементы защиты, реле и их разновидности

2.3 Источники оперативного тока

2.4 Общие принципы выполнения реле

3. Устройство релейной защиты и типы ее, используемые для защиты кабельных линий

3.1 Максимальная токовая защита

3.2 Токовые отсечки

3.3 Защита от замыканий на землю

Заключение

Литература

1. Общие особенности использования кабелей в городских электрических сетях

Особенности планировки и застройки современных городов, забота об экологии предъявляют серьезные архитектурные и эстетические требования к городским сооружениям. Ограниченность свободного пространства и большая плотность застройки значительно сокращают возможность использования линий электропередачи, для которых необходимы соответствующие коридоры в застройке города. В этих условиях электрические сети современных городов выполняются с использованием кабельных линий, невзирая на то, что стоимость их сооружения значительно выше стоимости воздушных линий электропередачи. Разница в стоимости увеличивается с возрастанием напряжения электрической сети. Большая стоимость кабельных линий определяется стоимостью самого кабеля, земляных работ при его прокладке и дополнительных кабельных сооружений. Отмечается уменьшение пропускной способности кабельных линий на единицу сечения по сравнению с воздушными линиями, что связано с конструктивными особенностями кабелей.

По сравнению с воздушными линиями электропередачи надежность кабельных линий выше, так как случаи повреждения кабелей относительно редкое явление, однако ремонтные работы трудоемки, требуют больших затрат материалов и могут быть продолжительными по времени. Последнее требует увеличенных объемов резервирования в кабельных сетях, т. е. ведет к их дальнейшему удорожанию. При этом учитывается, что согласно ПУЭ для приемников III категории допустимы перерывы в электроснабжении не более чем на одни сутки. С учетом местных условий, особенно в зимний период, выполнение указанных требований ПУЭ не всегда возможно, так как ремонт кабельных линий в ряде случаев может продолжаться более указанного времени.

Одним из основных преимуществ кабельных линий является то, что они прокладываются на ограниченной территории. По этой причине применение таких линии в условиях города достаточно часто является единственным решением вопроса электроснабжения его потребителей. Наиболее дешевой является прокладка линий непосредственно в земляных траншеях. При стесненных условиях кабельные линии прокладываются в специальной канализации.

Конструктивные и технологические особенности сооружения кабельных линий напряжением до 35 кВ различаются между собой незначительно. Кабельные линии напряжением 110 кВ и выше являются в определенном смысле уникальными сооружениями.

В составе распределительных сетей города имеются распределительная сеть напряжением 0,38 кВ, питающая и распределительная сети напряжением 6 - 10 кВ. Сечения кабельных линий 0,38 кВ (1 кВ согласно номинальному напряжению используемых кабелей) составляют 70 мм² и более. В распределительной сети 6 - 10 кВ применяются кабели сечением 95 - 120 мм², в питающей сети - 185 - 240 мм² (как правило, используются кабели с алюминиевыми жилами).

1.1 Основные элементы и параметры силовых кабелей напряжением до 35 кВ

К основным элементам конструкции относятся: токопроводящие жилы, их изоляция, герметизирующая оболочка, верхние покровы, экранирующие и полупроводящие прослойки.

Традиционная конструкция силовых кабелей, удовлетворяющая большому многообразию условий прокладки и режимам работы городских сетей, достаточно экономичная, с устоявшейся технологией изготовления и монтажа предусматривает применение медных или алюминиевых токопроводящих жил, пропитанной бумаги в качестве изоляции и герметизирующей оболочки из свинца или алюминия.

Для токоведущих жил преимущественно используется алюминий. Применение кабелей с медными жилами допустимо только при наличии соответствующих обоснований. Алюминий также широко используется вместо свинца для изготовления оболочки кабелей. Трехжильные кабели с алюминиевыми жилами и такой же оболочкой особенно экономичны для четырехпроводных сетей 0,38 кВ, так как при наличии глухого заземления последних, алюминиевая оболочка кабеля может использоваться в качестве нулевой жилы.

Токоведущие жилы изготовляются в основном многопроволочными, секторными, с уплотнением. Стандартные сечения, принятые в городских электрических сетях, имеют ряд 70, 95, 120, 150, 185 и 240 мм² и соответственно 25, 35, 50 и 70 мм для нулевой жилы кабелей 1 кВ. Жилы могут быть однопроволочными; четвертая жила может иметь сечение, равное сечению фазной жилы.

Наибольшее применение имеют кабели с бумажной пропитанной изоляцией. Различают три вила такой изоляции: с вязким пропиточным составом, с обедненной пропитанной изоляцией и нестекающим пропиточным составом. Последние два тина кабелей находят применение при вертикальной прокладке или при прокладке по крутонаклонным трассам с большой разницей высотных отметок расположения кабеля по трассе.

Бумажная изоляция состоит из лент кабельной бумаги, наложенной на жилы методом обмотки и пропитанной синтетическим маслом или маслоканифольным составом. В трех- и четырехпроводных кабелях напряжением до 10 кВ предусматривается фазная и поясная изоляция. Первая накладывается на каждую токоведущую жилу, вторая - поверх скрученных жил.

Герметизирующие оболочки накладываются поверх поясной изоляции. Толщина металлической оболочки определяется механической прочностью и особенностями технологии ее изготовления в зависимости от диаметра кабеля по поясной изоляции (сечения жил).

Толщина алюминиевой оболочки составляет от 1,1 до 2 мм. Опыт эксплуатации кабелей с алюминиевой оболочкой показал их недостаточную коррозионную стойкость. Для защиты оболочки от коррозии и расширения тем самым области использования таких кабелей поверх алюминиевой оболочки но битумному составу накладывается поливинилхлоридный пластикат в виде лент или сплошного шланга.

Поверх герметизирующей оболочки кабеля размещаются последовательно слоями защитные покровы, тип которых определяется в зависимости от среды, в которой прокладывается кабель, наличия растягивающих усилий и материала оболочки. В состав покровов входит подушка, включающая битум и кабельную пряжу (или крепированную бумагу), броня из стальных лент или проволок, а также наружный покров из пропитанной кабельной пряжи.

Толщина подушки колеблется в зависимости от конструкции кабеля и его диаметра по оболочке от 1,5 до 3,4 мм. Броня из двух стальных лент имеет толщину от 0,3 до 0,8 мм, а из оцинкованных проволок плоских - от 1,5 до 1,7 мм и круглых - от 4 до 6 мм. Наружный покров составляет от 1,9 до 3 мм.

Кабели изготовляются с разной строительной длиной, которая для кабелей на напряжение до 10 кВ сечением до 70 мм² составляет 300 - 450 м, сечением 95 и 120 мм² от 250 до 400 м и сечением 150 - 240 мм² - от 200 до 350 м.

В качестве изоляции и оболочек для кабелей с пластмассовой изоляцией применяется полиэтилен и поливинилхлоридный пластикат. Конструкция кабелей с пластмассовой изоляцией содержит систему электропроводящих слоев, металлических экранов и изолирующих лент, которые размещаются между основными элементами кабеля и выполняются по-разному в зависимости от марки кабеля.

Пластмассовая изоляция накладывается на жилу сплошным монолитным слоем, толщина которого для кабелей 1 кВ в зависимости от сечения жил составляет от 1,6 до 2,2 мм; для кабелей 10 кВ - 4 мм. Такие кабели не нуждаются в металлической герметизирующей оболочке, вместо которой предусматривается оболочка из пластмассы или оболочка вообще отсутствует. Кабели с пластмассовой изоляцией могут применяться для прокладки на трассах, имеющих неограниченную разность высот.

В марке последовательно обозначается: материал жилы, тип изоляции, материал оболочки, состав верхнего покрова, число жил и их сечение, напряжение кабеля. При этом обозначение медной жилы опускается. Алюминиевая жила обозначается буквой А. Если кабель имеет обедненную изоляцию, то перед буквой, обозначающей материал жилы, вводится индекс Ц (церезиновая изоляция). Для кабелей с жилами в собственных герметизирующих оболочках после обозначения материала жилы вводится буква О.

Далее маркируется вид изоляции кабеля. При этом бумажная пропитанная изоляция обозначений не имеет. Изоляция из ПВХ обозначается буквой В, из полиэтилена - буквой П с добавлением строчных букв с (самозатухающий) и в (вулканизированный). Материал герметизирующей оболочки обозначается: С - свинец, А - алюминий, В - ПВХ, П - полиэтилен. Подушка между оболочкой и броней традиционной конструкции из кабельной пряжи и битумного состава не обозначается. В том случае, когда подушка отсутствует, после обозначения брони вводится строчная буква б. Подушка, имеющая пластмассовую ленту (для защиты оболочки от коррозии), обозначается буквой л, при наличии дополнительных слоев ленты -- 2 л, выпрессованного шланга из полиэтилена -- п, из ПВХ шланга -- в.

Броня кабеля, выполненная стальными лентами, имеет обозначение Б, стальными оцинкованными проволоками плоскими - П и круглыми К. Наружный покров обычной конструкции из кабельной пряжи и битумного состава не имеет обозначений. При отсутствии верхнего покрова в обозначение кабеля вводится буква Г; покров, выполненный из выпрессованного полиэтиленового шланга, обозначается буквами Шп, из ПВХ шланга - Шв, для негорючего наружного покрова вводится буква н. После буквенных обозначений, перед числом жил, в скобках вводится обозначение ож, если жилы выполняются однопроволочными.

Примеры обозначений типов кабелей. Тип ААБ2л 4Ч70 - 1 кВ -- кабель с алюминиевыми жилами, алюминиевой оболочкой, бронированный стальными лентами, с подушкой, имеющей две пластмассовые ленты, наружный покров обычной конструкции, четырехжильный, сечение жилы 70 мм², напряжение 1 кВ; тип АПвБбШв 3Ч150 - 10 кВ - кабель с алюминиевыми жилами, с изоляцией из вулканизированного полиэтилена, без оболочки, без подушки, бронированный стальными лентами, в шланге из ПВХ, сечение жилы 150 мм², напряжение 10 кВ.

1.2 Прокладка кабельных линий в траншеях

В процессе сооружения кабельной линии персонал строительной и эксплуатирующей организаций составляет эскиз расположения линии с точной привязкой к постоянным ориентирам и инструментальной проверкой при необходимости вертикальных отметок линии. На эскизе наносится все пересечения линии с подземными коммуникациями, заходы линии в сетевые сооружения и здания потребителей, фиксируется положение соединительных муфт, расположение колодцев и других элементов кабельной канализации и т. п.

Механические воздействия на кабель, возникающие при прокладке, определяются сложностью трассы. При прокладке кабеля в земле к сложным участкам трассы, на которых прокладывается одна строительная длина, относятся: участки трассы с более чем четырьмя поворотами под углом свыше 30°; прямолинейные участки трассы с более чем четырьмя переходами в трубах длиной более 20 м или более чем двумя переходами в трубах длиной свыше 40 м.

Прокладка кабельных линий в земле в городских условиях осуществляется вдоль уличных проездов. При этом в соответствии со сложившейся практикой кабельные линии напряжением до 10 кВ прокладываются, как правило, под тротуарами. Прокладка кабелей под тротуарами или проезжей частью улицы имеет несомненные преимущества с точки зрения охраны линий от внешних механических повреждений, а также полноценного использования подземного пространства городской территории.

Выбор трассы прокладки кабельных линий по территории города производится в настоящее время по согласованию с отделом подземных сооружений городской администрации. Условия размещения кабельных линий в подземном пространстве определяются ПУЭ.

Глубина залегания кабелей в траншее от планировочной отметки улицы для линий до 10 кВ составляет не менее 0,7 м, на пересечениях улиц заложение этих линий. При вводе линий 1 кВ в здание допускается уменьшение глубины заложения до 0,5 м при условии прокладки кабеля в трубе. При параллельной прокладке кабельных линий расстояния между кабелями до 10 кВ, а также между ними и контрольными кабелями принимаются равными 100 мм; между кабелями, эксплуатируемыми различными организациями, а также между силовыми кабелями и кабелями связи - 500 мм.

Расстояние между кабельной линией и зелеными насаждениями должно быть не менее 2 м, при прокладке кабеля параллельно с трубопроводом - не менее 0,5 м, с газопроводом давлением до 0,588 МПа - не менее 1 м. При параллельной прокладке с теплопроводом расстояние должно составлять не менее 2 м, при этом теплопровод должен иметь тепловую изоляцию, с тем чтобы дополнительный нагрев почвы в месте прохождения кабелей не превышал 10 °С для линий напряжением до 10 кВ. Расстояние от кабельной линии до ближайшего рельса трамвайного пути может составлять не менее 2,75 м.

При пересечении кабельными линиями других подземных коммуникаций расстояние между ними должно быть не менее 0,5 м. При прокладке кабелей в изолирующих трубах глубина пересечения с электрифицированным транспортом не менее 1 м, при этом места пересечении должны находиться не ближе 3 м от стрелок, крестовин и мест присоединения к рельсам отсасывающих кабелей. Допускается уменьшение отмеченных выше расстояний при условии дополнительной защиты кабельных линий от механических повреждений, дополнительной изоляции теплопроводов и применения изолирующих блоков.

Перед прокладкой кабелей выполняется геодезическая разбивка траншеи в соответствии с проектом. При этом уточняются участки, где требуется защита линий от почвенной коррозии и блуждающих токов, места сближения и пересечения кабелей с другими подземными сооружениями. Рытье траншей для кабелей производится после окончания всех работ по сооружению других подземных коммуникаций и окончательной планировки территории в пределах трассы. При рытье траншей необходимо строго соблюдать вертикальные отметки дна траншей, привязку траншей к ориентирам и другие размеры траншеи. Земляные работы на трассе производятся, как правило, механизированным способом. Для рытья траншей в городских условиях используется одноковшовый экскаватор, вместимостью ковша 0,15 м³. Вскрытие усовершенствованных покрытий уличных проездов производится с помощью пневматических и электромолотков различных типов, а также прицепного механизма с цепью Бара; засыпка траншей осуществляется бульдозером. В условиях города достаточно часто земляные работы выполняются вручную лопатами.

При рытье траншеи материал верхнего уличного покрытия складывается на одну сторону траншеи на расстоянии не менее 1 м от ее края, грунт на другую сторону - на расстоянии не менее 0.5 м от края. Траншея на поворотах должна быть расширена для укладки кабелей с требуемым радиусом закругления.

Для защиты кабелей в местах пересечения и сближения с другими подземными сооружениями и на переходах через уличные проезды применяются, асбестоцементные трубы, которые закладываются при рытье траншеи. На пересечении линий с электрифицированным транспортом используются только асбестоцементные трубы. Внутренний диаметр трубы - не менее 1,5 наружного диаметра кабеля. Трубы укладываются прямолинейно по выровненному и утрамбованному дну траншеи с уклоном не менее 0,2 %, соединения асбестоцементных труб выполняются с помощью муфт и уплотняются. Допускается выполнить соединение с помощью манжет из листовой стали или пластмассы с заделкой места соединения цементным раствором. Одновременно с рытьем траншеи выполняются проходы для заводки кабелей в здания, туннели, для этого в фундаменте или стене сооружения пробиваются отверстия с последующей заделкой трубы для прохода кабеля. Концы всех труб после их прокладки временно закрываются деревянными заглушками.

Подготовка траншеи в местах пересечения с уличными проездами, надземными и подземными коммуникациями может производиться открытым или закрытым способом. В последнем случае подготовка перехода выполняется проколом или горизонтальным бурением. Прокол грунта для прохода кабелей без рытья открытой траншеи в настоящее время осуществляется продавливанием или с помощью пневмопробойника. Пневмопробойник ИП-4601 используется для прокола грунтов при длине прохода не более 20 м.

При подготовке траншеи вдоль ее длины, по бровке, производится раскладка бетонных плит или кирпича, а при необходимости - просеянного грунта для присыпки кабеля после его укладки. Перед прокладкой кабеля указанным грунтом присыпается дно траншеи на глубину 100 мм. Подготовленные участки траншеи в местах, где имеется движение людей и транспорта, ограждаются. Кроме того, вывешиваются предупреждающие плакаты, а в ночное время устанавливается сигнальное освещение.

Дополнительные меры предосторожности необходимо принимать при производстве земляных работ на трассе действующих линий, а также других подземных коммуникаций, расположенных на глубине прокладки кабелей. В таких случаях перед началом земляных работ необходимо проверить истинное положение уже проложенных кабелей и подземных коммуникаций по отношению к сооружаемой траншее. С этой целью в местах расположения указанных коммуникаций разрывают пробные шурфы на ширину лопаты поперек траншеи. Применение механизмов при производстве земляных работ на трассе действующих кабелей допустимо на такую глубину, когда до кабеля остается 300 - 400 мм. В дальнейшем разработка грунта должна производиться вручную (лопатами). В зимних условиях разработка грунта может быть связана с его предварительным нагревом.

Прокладка кабеля включает развозку барабанов вдоль трассы, подъем барабанов на домкраты и снятие обшивки, раскатку и укладку кабеля в траншею с пересечением при необходимости подземных коммуникаций, засыпку кабеля слоем 100 мм просеянной земли, укладку кирпича или плит и окончательную засыпку траншеи. Одновременно с развозкой кабельных барабанов производится установка по трассе необходимых механизмов и приспособлений: лебедок, линейных и угловых роликов, домкратов, приспособлении для тяжения кабеля, инструмента и т. п.

Расстановка барабанов на трассе должна учитывать длину кабеля на каждом барабане, маркировку верхних концов кабеля, направление раскатки кабеля. При протяженности трассы, превышающей оду строительную длину кабеля, внутренний конец одной строительной длины должен быть соединен с наружным концом другой строительной длины. Барабаны при этом расставляются таким образом, чтобы кабель при прокладке разматывался с верхней части барабана. Кроме того, при расстановке барабанов необходимо учитывать порядок чередования жил верхнего конца кабеля. По этой причине на барабане имеются значки «П» и «О» -- прямой и обратный порядок чередования фаз. Прямой порядок предусматривает в поперечном сечении кабеля в направлении против часовой стрелки расположение жил в последовательности 1 - 2 - 3 (желтая, синяя или зеленая, красная окраска изоляции жил). Обратный порядок предусматривает чередование жил 1 - 3 - 2. Барабаны со знаком «П» или «О» обеспечивают последовательную раскатку кабеля, со знаком «П» и «О» - встречную.

Перед прокладкой производится внешний осмотр барабанов, вскрытие их обшивки, осмотр наружных витков кабеля с составлением соответствующего акта осмотра. При повреждении кабеля поврежденные места вырезаются с установкой капп на концы кабеля. Все барабаны должны иметь протоколы заводского испытания. Прокладка кабеля в зависимости от возможности передвижения механизмов, наличия пересечений кабеля с другими коммуникациями, поперечного крепления траншеи и других местных условий может производиться с использованием кабельного транспортера, автомашины, тяжения кабеля канатом с помощью приводной или ручной лебедки.

В городских условиях, с многочисленными поворотами трассы и ее пересечениями уличных проездов и различных коммуникаций, наибольшее применение имеет прокладка кабеля с помощью тяжения. В этом случае барабан с кабелем и лебедка устанавливаются на разных концах трассы. Раскатка кабеля вдоль траншеи осуществляется по роликам с помощью тяжения каната приводной или ручной лебедкой.

На прямых участках траншеи устанавливаются линейные ролики на расстоянии от 3 до 7 м друг от друга, на поворотах трассы - угловые ролики. Ролики закрепляются в траншее во избежание их смещения при протяжке кабеля. Канат лебедки разматывают по роликам вдоль траншеи, пропуская канат через встречные трубы на переходах трассы, и закрепляют к нему конец раскатываемого кабеля. При этом тяжение кабелей со свинцовой или пластмассовой оболочкой допускается только при креплении кабеля к канату за жилы. Крепление каната к кабелю при протяжке осуществляется с помощью зажима, проволочного чулка или непосредственно к жилам.

При раскатке кабеля рабочие расстанавливаются на трассе и у лебедки и барабана. Они наблюдают за раскаткой, притормаживают барабан при необходимости, вращают лебедку, следят за тяжением, за прохождением кабеля через трубы. При этом поддерживается видимая связь между руководителем работ и членами бригады, при необходимости предусматривается радио или телефонная связь.

После раскатки отсоединяют трос, кабель снимают с роликов и укладывают на дно траншеи змейкой с запасом 1 - 3 % его длины для компенсации опасных механических напряжений, возникающих в кабеле при смещении почвы и температурных деформациях. При прокладке в траншее нескольких кабелей их концы располагаются со сдвигом не менее 2 м, чтобы соединительные муфты линий не совпадали. Число соединительных муфт на 1 км новых линий должно быть не более: для трехжильных кабелей 1 - 10 кВ сечением 3x70 мм² - 4 шт., сечением от 3x95 до 3х240 мм² - 5 шт. Концы труб на переходах после прокладки кабелей уплотняются смоляной лентой или кабельной пряжей. Кабельные вводы в здание герметизируются.

При невозможности раскатки кабеля на полную длину допускается оставшийся конец кабеля размотать и положить вручную методом петли. При отрицательных температурах метод петли не применяется. После прокладки составляется исполнительная документация кабельной линии. После чего кабель присыпается слоем просеянной земли толщиной 100 мм, кабель покрывается кирпичом. Кирпич применяется для кабелей напряжением до 10 кВ. Кабели 1 кВ могут иметь защиту только на участках, где возможны механические повреждения в местах частых раскопок. Асфальтовые покрытия улиц рассматриваются, как места с редкими разрытиями. Примерный расход кирпича на 1 км трассы составляет при прокладке одного кабеля 420 шт., двух кабелей 830 шт. и трех кабелей 1200 шт.

После присыпки кабеля составляется акт на скрытые работы. Окончательная засыпка траншеи и котлованов производится после монтажа Соединительных муфт и испытания кабельной линии повышенным напряжением. Если привязка линии к постоянным сооружениям затруднена, через каждые 100 м вдоль трассы устанавливаются опознавательные знаки, к которым производится привязка линий.

1.3 Испытание кабельных линий

Кабельные линии непосредственно после их сооружения и в процессе эксплуатации подвергаются разнообразным испытаниям, с помощью которых выявляются ослабленные места или дефекты в изоляции и защитных оболочках кабелей, соединительной и концевой арматуры и других элементах кабельных линий.

Причины возникновения таких ослабленных мест различны. Они могут возникать при изготовлении кабеля и арматуры на заводе из-за конструктивных недостатков кабеля и арматуры, при небрежной прокладке кабельных линий, при некачественном выполнении монтажных работ. Ослабленные места выявляются в процессе эксплуатации КЛ, так как со временем наблюдается старение изоляции кабелей и коррозия их металлических оболочек. Кабельные линии, проложенные в земляной траншее, невзирая на дополнительную защиту в виде покрытия кирпичом весьма подвержены внешним механическим повреждениям, которые могут возникать при прокладке и ремонте других городских подземных сооружений проходящих по трассе КЛ.

За исключением прямых механических повреждений, ослабленные места и дефекты КЛ имеют скрытый характер. Своевременно не выявленные испытаниями они могут с той или иной скоростью развиваться под воздействием рабочего напряжения. При этом возможно полное разрушение элементов КЛ в ослабленном месте с переходом линии в режим короткого замыкания и ее отключение с соответствующим нарушением электроснабжения потребителей.

Применение выпрямленного напряжения для испытания КЛ весьма эффективно. Для этих целей применяются транспортабельные испытательные установки ограниченной мощности и габаритов. Последнее определяется тем, что параметры таких установок зависят от тока утечки в изоляции КЛ, в то время как при использовании повышенного переменного напряжения параметры установок определяются емкостью линий, которая для КЛ весьма значительна. При этом выпрямленное напряжение, по сравнению с таким же по величине напряжением, оказывает малое воздействие на неповрежденную изоляцию кабельной линии.

Испытание выпрямленным напряжением, выявляет не все ослабленные места изоляции КЛ. В частности, не выявляются: электрическое старение изоляции, осушение изоляции из-за перемещения или стекания пропиточного состава, высыхание изоляции из-за тяжелого теплового режима работы кабельной линии. Испытания повышенным напряжением являются разрушающими, так как при приложении испытательного напряжения изоляция КЛ в месте дефекта доводится до полного разрушения (пробоя). После пробоя необходим ремонт липни в том или ином объеме.

Различают приемосдаточные испытания (П), испытания при капитальном (К) и текущем (Т) ремонтах, а также межремонтные испытания (М). Для кабельных линий городских сетей характерны испытания П, К и М. При этом испытания К и М согласно принятой терминологии носят названия профилактических испытаний (ПИ).

Для линий напряжением до 1 кВ вместо испытания повышенным напряжением допускается проверка их мегомметром напряжением 2500 В. Время приложения испытательного напряжения для КЛ напряжением до 35 кВ принимается равным 10 мин при приемосдаточных испытаниях и 5 мин для линий, находящихся в эксплуатации.

При испытаниях повышенным напряжением необходимо учитывать характер изменения токов утечки, которые для КЛ с удовлетворительной изоляцией, как правило, весьма стабильны. Для кабелей с бумажной изоляцией напряжением до 10 кВ ток утечки находится в пределах 300 мкА. При этом абсолютное значение тока утечки не является браковочным показателем. Асимметрия токов утечки по фазам КЛ не должна превышать восьми - десяти при условии, что абсолютные значения токов утечки не превышают допустимые.

До и после испытания линий повышенным напряжением производится измерение сопротивления изоляции линии с помощью мегомметра. При этом сопротивление изоляции КЛ до 1 кВ должно быть не ниже 0,5 МОм. Для линии других напряжений сопротивление изоляции не нормируется. Проверка мегомметром позволяет также выявить серьезные повреждения КЛ, в частности, заземление и обрывы жил, замыкания между жилами и т.п.

Профилактические испытания (ПИ) делятся на плановые и внеплановые. ПИ кабельных линий 6 - 35 кВ должны производиться не реже одного раза в три года. Линии, имеющие по опыту эксплуатации недостаточно удовлетворительное состояние изоляции или работающие в неблагоприятных условиях (частные земляные раскопки на трассе линии, активная коррозия и т. п.), рекомендуется подвергать более частым испытаниям. Внеочередные испытания назначаются после производства земляных работ на трассе КЛ, ее перекладки или капитального ремонта, при наличии осадки или размыва грунта на трассе и т. п.

Профилактические испытания КЛ производятся с выводом из работы линий и их всесторонним отключением на время проведения испытания. Для испытаний применяются специальные высоковольтные выпрямительные установки, размещаемые, в передвижных электролабораториях. При испытании отрицательный полюс установки присоединяется к жиле кабельной линии, а положительный полюс заземляется. Для трехжильных кабелей с поясной изоляцией испытательное напряжение прикладывается поочередно к каждой жиле, в то время как две другие жилы вместе с металлическими оболочками кабеля заземляются. При этом испытывается междуфазовая изоляция и изоляция жилы по отношению к земле. Для кабелей с изолированными жилами в отдельной металлической оболочке или экране испытательное напряжение прикладывается поочередно к каждой жиле, с одновременным заземлением двух других жил и всех металлических оболочек и экранов.

Наибольшее применение имеет способ испытания, при котором полностью отключается кабельная линия (рис. 1). При высокой эффективности этот способ достаточно трудоемкий, так как процесс испытания требует поочередного вывода линий из работы.

Рис. 1. Схема испытания кабельных линий с отключением линий

При этом нарушается нормальный режим сети, что ведет к увеличению потерь энергии в сети и снижается надежность электроснабжения потребителей. Отключение и обратное включение линий происходит при высоком напряжении, т. е. необходимо обеспечить безопасность персонала, выполняющего эти операции.

Перед началом испытания установка заземляется и производится осмотр всех элементов КЛ. При наличии видимых дефектов последние устраняются. В зависимости от схемы присоединения линии вместе с ней может испытываться то или иное концевое электрооборудование (опорные изоляторы линейного разъединителя и т. п.). Допускается производить испытание одновременно нескольких участков распределительной линии при условии, что силовые трансформаторы и трансформаторы напряжения в ТП, находящиеся в схеме линии, на это время отключаются.

После присоединения испытательной установки к линии повышенное напряжение увеличивают плавно со скоростью не более 1 - 2 кВ в секунду до необходимого значения и затем поддерживают в течение установленного времени. При этом ведется наблюдение за током утечки, а на последней минуте испытания записывается показание микроамперметра. Линия считается выдержавшей испытание, если не произошло пробоя или перекрытия концевых муфт, не наблюдалось роста тока утечки или его резких скачков в период испытания. Кабельная линия после испытания значительное время сохраняет электрический заряд, который в последующем снимается разрядным устройством.

Токи утечки и их неравномерность по фазам не рассматриваются в качестве браковочных показателей. Однако они характеризуют состояние изоляции КЛ и главным образом, изоляции концевых муфт. При заметном нарастании тока утечки или при появлении скачков тока продолжительность испытания следует увеличить до 10 - 20 мин и довести испытание до пробоя линии. Если линия не пробивается, она может быть включена в работу с повторным испытанием через месяц. В дальнейшем такие линии рекомендуется испытывать не реже одного раза в год. Если значения токов утечки стабильны, но превосходят 300 мкА при относительной влажности окружающей среды до 80 % и 500 мкА при влажности более 80 % для линий до 10 кВ, кабельная линия после испытания может быть включена в работу, но с сокращением срока следующего испытания.

Кабельные линии с плохим состоянием изоляции рекомендуется испытывать в летний период. Результаты испытания (среди них значения тока утечки) записываются в паспортную карту КЛ и сопоставляются с результатами предыдущих испытаний для суждения об изменении состояния изоляции линии.

Образец кабеля, имеющий дефекты, при пробое рекомендуется вырезать и обследовать в стационарных условиях. Это необходимо с целью определения причин возникновения дефекта и разработки соответствующих мероприятий, исключающих такие дефекты. Результаты обследования оформляются соответствующим протоколом и записываются в карту КЛ.

Наибольшее применение получил аппарат испытательной установки АИИ-70. Аппарат предназначен для испытания изоляции КЛ и электрооборудования повышенным переменным и выпрямленным напряжением, а также для испытания трансформаторного масла на электрическую прочность. Максимальное значение переменного напряжения 50 кВ, выпрямленного напряжения 70 кВ, выпрямленного тока 5 мА при мощности повышающего трансформатора 2 кВА. Аппарат состоит из передвижного пульта управления с трансформатором, регулятором напряжения, приборами и отдельной кенотронной приставки с микроамперметром.

Аппарат АИИ-70 является простым и надежным в работе в стационарных условиях. Применение аппарата в передвижных установках встречает трудности из-за его значительных габаритов и выхода из рабочего состояния кенотрона при перевозках. По этим причинам сетевые предприятия переделывают аппарат путем замены кенотронной приставки полупроводниковыми вентилями, имеются также дополнительные решения, уменьшающие габариты и массу аппарата.

2. Общие понятия о релейной защите

В энергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи. Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условии их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например, снизить ток при его возрастании, понизить напряжение при его увеличении и т. д.), для этого были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов - реле, получившие название релейной защиты.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует па возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения. При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу.

В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. К основным устройствам такой автоматики относятся: автоматы повторного включения (АПВ), автоматы включения резервных источников питания и оборудования (АВР) и автоматы частотной разгрузки (АЧР).

2.1 Требования, предъявляемые к релейной защите

1. Селективность.

Селективностью или избирательностью защиты называется способность защиты отключать при к. з. только поврежденный участок сети. Селективное отключение повреждения является основным условием для обеспечения надежного электроснабжения потребителей. Неселективное действие защиты приводит к развитию аварий. Неселективные отключения могут допускаться, но только в тех случаях, когда это диктуется необходимостью и не отражается на питании потребителей.

2. Быстрота действия.

Отключение к. з. должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее из перечисленных условий является главным.

В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения к. з. Так, например, на ЛЭП 300 - 500 кВ необходимо отключать повреждение за 0,1 - 0,12 с после его возникновения, а в сетях 110 - 220 кВ - за 0,15 - 0,3 с. В распределительных сетях 6 и 10 кВ, отделенных от источников питания большим сопротивлением, к. з. можно отключать со временем примерно 1,5 - 3 с, так как они не вызывают опасного понижения напряжения на генераторах и не влияют поэтому на устойчивость системы.

Полное время отключения повреждения складывается из времени работы защиты и времени действия выключателя , разрывающего ток к. з., т. е. . Наиболее распространенные выключатели действуют со временем 0,15 - 0,03 с. Чтобы обеспечить при таких выключателях указанное выше требование об отключении к. з., например, с t = 0,2 с, защита должна действовать с временем 0,05 - 0,12 с, а при необходимости отключения с t = 0,12 с и действии выключателя с 0,08 с время работы защиты не должно превышать 0,04 с. Защиты, действующие с временем до 0,1 - 0;2 с, считаются быстродействующими. Современные быстродействующие защиты могут работать с временем 0,02 - 0,04 с.

3. Чувствительность.

Для того чтобы защита реагировала на отклонения от нормального режима, которые возникают при к. з. (увеличение тока, снижение напряжения и т. п.), она должна обладать определенной чувствительностью в пределах установленной зоны ее действия. Каждая защита должна отключать повреждения на том участке, для защиты которого она установлена, и, кроме того, должна действовать при к. з. на следующем, втором участке, защищаемом следующей защитой. Резервирование следующего участка является важным требованием. Одновременный отказ защиты на двух участках маловероятен, и поэтому с таким случаем не считаются.

Каждая защита должна действовать не только при металлическом к. з., но и при замыканиях через переходное сопротивление, обусловливаемое электрической дугой. Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она могла подействовать при к. з. в минимальных режимах системы, т. е. в таких режимах, когда изменение величины, на которую реагирует защита (ток, напряжение и т. п.), будет наименьшей. Например, если на станции будет отключен один или несколько генераторов, то ток к. з. уменьшится, но чувствительность защит должна быть достаточной для действия и в этом минимальном режиме.

Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом чувствительности . Для защит, реагирующих на ток к. з.,

где - минимальный ток к. з.; - наименьший ток, при котором защита начинает работать (ток срабатывания защиты).

4. Надежность.

Требование надежности состоит в том, что защита должна безотказно работать при к. з. в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается. Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям, а иногда к авариям системного значения.

Надежность защиты обеспечивается простотой схемы, уменьшением в ней количества реле и контактов, простотой конструкции и качеством изготовления реле и другой аппаратуры, качеством монтажных материалов, самого монтажа в контактных соединений, а также уходом за ней в процессе эксплуатации.

2.2 Элементы защиты, реле и их разновидности

Обычно устройства релейной защиты состоят из нескольких реле, соединенных друг с другом по определенной схеме. Реле представляет собой автоматическое устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздействующей на него входной величины.

В релейной технике применяются реле с контактами - электромеханические, бесконтактные -- на полупроводниках или на ферромагнитных элементах. У первых при срабатывании замыкаются или размыкаются контакты. У вторых - при определенном значении входной величины х скачкообразно меняется выходная величина у, например напряжение.

Каждый комплект защиты и его схема подразделяются на две части: реагирующую и логическую. Реагирующая (или измерительная) часть является главной, она состоит из основных реле, которые непрерывно получают информацию о состоянии защищаемого элемента и реагируют на повреждения или ненормальные режимы, подавая соответствующие команды на логическую часть защиты. Логическая часть (или оперативная) является вспомогательной, она воспринимает команды реагирующей части и, если их значение, последовательность и сочетание соответствуют заданной программе, производит заранее предусмотренные операции и подает управляющий импульс на отключение выключателей. Логическая часть может выполняться с помощью электромеханических реле или схем с использованием электронных приборов - ламповых или полупроводниковых.

В соответствии с этим подразделением защитных устройств реле также делятся на две группы: на основные, реагирующие на повреждения, и вспомогательные, действующие по команде первых и используемые в логической части схемы.

Признаком появления к. з. могут служить возрастание тока, понижение напряжения и уменьшение сопротивления защищаемого участка, характеризуемого отношением напряжения к току в данной точке сети. Соответственно этому в качестве реагирующих реле применяют: токовые реле, реагирующие на величину тока; реле напряжения, реагирующие на величину напряжения, и реле сопротивления, реагирующие на изменение сопротивления. В сочетании с указанными реле часто применяются реле мощности, реагирующие на величину и направление (знак) мощности к. з., проходящий через место установки защиты.

Реле, действующие при возрастании величины, на которую они реагируют, называются максимальными, а реле, работающие при снижении этой величины, называются минимальными.

Для защит от ненормальных режимов, так же как и для защит от к. з., используются реле тока и напряжения. Первые служат в качестве реле, реагирующих на перегрузку, а вторые -- на опасное повышение или снижение напряжения в сети. Кроме того, применяется ряд специальных реле, например, реле частоты, действующие при недопустимом снижении или повышении частоты; тепловые реле, реагирующие на увеличение тепла, выделяемого током при перегрузках, и некоторые другие.

К числу вспомогательных реле относятся: реле времени, служащие для замедления действия защиты; реле указательные - для сигнализации и фиксации действия защиты; реле промежуточные, передающие действие основных реле на отключение выключателей и служащие для осуществления взаимной связи между элементами защиты.

Каждое реле можно подразделить на две части: воспринимающую и исполнительную. Воспринимающий элемент в электромеханических конструкциях имеет обмотку, которая питается током или напряжением защищаемого элемента в зависимости от типа реле (токовые или напряжения).

Реле мощности и реле сопротивления имеют две обмотки (тока и напряжения). Через обмотки реле воспринимает изменение той электрической величины, на которую оно реагирует.

Исполнительный элемент электромеханического реле представляет собой подвижную систему, которая перемещаясь под воздействием сил, создаваемых воспринимающим элементом, действует на контакты реле, заставляя их замыкаться или размыкаться.

Имеются также реле, в которых подвижная система действует непосредственно механическим путем на отключение выключателя, такие реле не имеют контактов.

Обмотки реле могут включаться на ток и напряжение сети непосредственно или через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Реле первого типа называются первичными, второго типа - вторичными. Наибольшее распространение имеют реле вторичные, преимущества которых по сравнению с первичными состоят в том, что они изолированы от высокого напряжения, располагаются на некотором расстоянии от защищаемого элемента, в удобном для обслуживания месте и могут выполняться стандартными на одни и те же номинальные токи 5 или 1 А и номинальные напряжения 100 В независимо от напряжения и тока первичной цепи защищаемого элемента.

Достоинством первичных реле является то, что для их включения не требуется измерительных трансформаторов, источников оперативного тока и контрольного кабеля. Первичные реле находят применение на электродвигателях, мелких трансформаторах и линиях малой мощности в сетях 6 - 10 кВ, т. е. там, где защита осуществляется по простейшим схемам посредством реле тока и напряжения и не требует большой точности. Во всех остальных случаях применяются вторичные реле.

Существует два способа воздействия защиты на отключение выключателя: прямой и косвенный. Реле срабатывает, когда электромагнитная сила, создаваемая обмоткой реле, станет больше силы противодействующей пружины. При срабатывании реле его подвижная система воздействует непосредственно (прямо) на расцепляющий рычаг выключателя, после чего выключатель отключается под действием пружины. Реле прямого действия устанавливаются непосредственно в приводе выключателя, поэтому их часто называют встроенными.

В защите с вторичным реле косвенного действия при срабатывании реле его контакты замыкают цепь обмотки электромагнита, называемого катушкой отключения выключателя. Под действием напряжения, подводимого к зажимам этой цепи от специального источника, в катушке отключения появляется ток, сердечник катушки отключения преодолевает сопротивление пружины и, втягиваясь, освобождает защелку, после чего выключатель отключается под действием пружины.

После отключения выключателя ток в обмотке исчезает, и контакты реле размыкаются. Чтобы облегчить их работу по размыканию цепи, в которой проходит ток катушки отключения, предусмотрен вспомогательный блокировочный контакт, который размывает цепь катушки отключения еще до того, как начнут размыкаться контакты реле.

Для защиты с реле косвенного действия необходим вспомогательный источник напряжения - источник оперативного тока. Защита с реле прямого действия не требует источника оперативного тока, но реле этой защиты должны развивать большие усилия для того, чтобы непосредственно расцепить механизм выключателя. Поэтому реле прямого действия не могут быть очень точными и имеют большое потребление мощности.

Усилия, развиваемые реле косвенного действия, могут быть незначительными, поэтому они отличаются большей точностью и малым потреблением. Кроме того, в защитах, которые состоят из нескольких реле, взаимодействие между ними проще осуществляется при помощи оперативного тока, а не механическим путем. Поэтому наиболее широко применяется защита со вторичными реле косвенного действия.

2.3 Источники оперативного тока

Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации.

Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов, от которых зависит отключение поврежденных линий и оборудования, должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник оперативного тока, состоит в том, чтобы во время к. з. и при ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так и для надежного отключения и включения соответствующих выключателей.

Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.

Постоянный оперативный ток

В качестве источника постоянного тока используются аккумуляторные батареи с напряжением 110 - 220 В, а на небольших подстанциях 24 - 48 В, от которых осуществляется централизованное питание оперативных цепей всех присоединений. Для повышения надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.

Самым ответственным участком являются цепи защиты, автоматики и катушек отключения, питаемые от шинок управления ШУ. Вторым очень важным участком являются цепи катушек включения, питаемые от отдельных шинок ШВ вследствие больших токов (400--500 А), потребляемых катушками включения масляных выключателей. Третьим, менее ответственным участком является сигнализация, питающаяся от шинок ШC. Остальные потребители постоянного тока (аварийное освещение, двигатели собственных нужд) питаются по отдельной сети. Защита оперативных цепей от к. з. осуществляется предохранителями или специальными автоматами, реагирующими на увеличение тока.

Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной сети и поэтому являются самым надежным источником питания. В то же время аккумуляторные батареи значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются зарядные агрегаты, специальное помещение и квалифицированный уход. Кроме того, из-за централизации питания создается сложная, протяженная и дорогостоящая сеть постоянного тока.

Переменный оперативный ток

Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источников переменного оперативного тока служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.

...