Электроустановки и кабельные присоединения к ним - Монтаж и эксплуатация кабелей

Глава II. Электроустановки и кабельные присоединения к ним

§ 4. Общие сведения

Совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи и распределения электрической энергии, называется электроустановками. Электроустановки подразделяют на открытые, или наружные (на открытом воздухе), и закрытые, или внутренние (в закрытом помещении).

В зависимости от окружающей среды помещения, в которых расположены электроустановки, подразделяют на сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные и с химически активной или органической средой. В сухих помещениях относительная влажность воздуха не превышает 60 %, во влажных от 60 до 75 %, в сырых — длительно превышает 75 % и особо сырых влажность близка к 100 % (потолок, стены и предметы покрыты влагой). В жарких помещениях температура превышает постоянно или периодически (более 1 сут) 35 °С (помещения с сушилками, котельные и т. д.). В пыльных помещениях по условиям производства выделяется технологическая пыль, которая может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п. В помещениях с химически активной или органической средой постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

Конструкция, способ установки электрических машин, аппаратов, приборов и прочего электрооборудования, а также кабелей должны соответствовать условиям окружающей среды.
Наибольшее количество разделок и присоединений кабелей выполняют в РУ и на трансформаторных подстанциях.

Распределительные устройства и распределительные пункты на напряжение выше 1000 В состоят из комплектных камер или комплектных распределительных устройств, выпускаемых электротехнической промышленностью в различных исполнениях. Комплектные распределительные устройства закрытой установки, в которых выключатель с приводом расположены на выкатной тележке, получили наименование КРУ, а открытой установки — КРУН; стальные камеры одностороннего обслуживания со стационарно установленным оборудованием, предназначенные для закрытой установки, — КСО.

Надежность РУ определяется выбором проводов, шин, аппаратов, приборов и конструкций, которые должны работать как при нормальных условиях (соответствие рабочему напряжению и току, классу точности и т. п.), так и при коротких замыканиях (термические и динамические воздействия, предельно допустимое значение отключаемой мощности).

В ряде случаев в одно КРУ электроснабжения вводится два и более кабелей, что создает определенные трудности при размещении концевых заделок в ограниченной по объему зоне подключения.

Надежность электроснабжения во многом зависит от правильно выполненных разделок и подключений кабелей.

Прокладка и подключение шин, проводов и кабелей в ЗРУ должны выполняться с учетом минимально допустимых расстояний между неизолированными токоведущими частями разных фаз, а также между токопроводящими и нетоковедущими металлическими частями (табл. 2).

Таблица 2. Минимально допустимые расстояния в РУ по воздуху

Под рабочим (номинальным) током подразумевают наибольший ток, при котором оборудование может работать длительно, если температура окружающего воздуха не будет превышать 35 °С.
Токоведущие части РУ в номинальном режиме не должны нагреваться выше предельно допустимых по нормам температур: 80°С для контактных соединений шин и соединений их с выводами аппаратов без покрытий и 90 °С — с покрытием оловом.

Термическая стойкость — способность изделий выдерживать без повреждений термическое воздействие тока короткого замыкания в течение определенного времени.

Динамическая стойкость — способность изделия выдерживать без повреждения механическое воздействие, создаваемое током короткого замыкания.

Коротким замыканием называется непосредственное соединение находящихся под напряжением шин, проводов и жил кабелей между собой или с землей из-за поверхностного перекрытия, уменьшения допустимых изоляционных расстояний, пробоя изоляции, неправильных оперативных действий обслуживающего персонала. Короткое замыкание сопровождается значительным увеличением тока в поврежденной электрической цепи, на шинах питающих подстанций, в трансформаторах.

Кратковременные повышения температуры при токах короткого замыкания не должны быть выше: 300°С — для медных шин; 200°С — для алюминиевых шин и кабелей с бумажной изоляцией напряжением до 10 кВ; 160°С — для кабелей с изоляцией из ПВХ пластиката; 130°С — из полиэтилена; 250°С — из вулканизующего полиэтилена; 150°С — из резины.

§ 5. Электрооборудование, устанавливаемое в РУ и на трансформаторных подстанциях

Современные РУ и подстанции в зависимости от напряжения, номинального тока и тока короткого замыкания комплектуют электрооборудованием с различными электрическими параметрами: силовыми трехфазными масляными трансформаторами, масляными выключателями, выключателями нагрузки, разъединителями, трансформаторами напряжения и тока.
Оборудование в РУ и трансформаторных подстанциях соединяется между собой, со сборными шинами и отходящими кабельными линиями.

Силовой трехфазный масляный трансформатор (Рис. 4) предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформатор, понижающий напряжение, называется понижающим, а повышающий напряжение — повышающим.

Рис. 4. Трансформатор серии ТМ-1000/10:
1—термометрический сигнализатор, 2— газовое реле, 3 — предохранительная трубка, 4 — воздухоосушитель, 5, 6— вводы НН и ВН, 7—заводской щиток, 8— термосифонный фильтр, 9— кран, 10 — пробка для спуска осадков

В конструкцию трансформатора входят магнитопровод, вводы, переключающее устройство, бак, расширитель, газовое реле, приборы для измерения температуры масла, воздухоочиститель и термосифонный фильтр.

Магнитопровод с расположенными на нем обмотками низкого и высокого напряжения, вводы и переключающее устройство образуют основную активную часть трансформатора. Магнитопровод состоит из отдельных листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга изоляционным покрытием, стержней, верхнего и нижнего ярем.

Вводы представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.

Переключающее устройство служит для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах с целью поддержания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или для изменения напряжения на вторичной обмотке.

Расширитель имеет вид бачка. Он установлен на крышке бака с объемом 8— 10 % объема масла трансформатора и служит для постоянного заполнения бака маслом и ограничения соприкосновения поверхности масла с воздухом.

Газовое реле служит для выявления повреждений внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода и др.).

Воздухоочиститель предназначен для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, термосифонный фильтр — для поддержания изоляционных свойств масла.

Силовые трансформаторы характеризуются номинальными мощностью, напряжением и током, коэффициентом трансформации, напряжением короткого замыкания, током холостого хода, схемой и группой соединения.

На баке трансформатора прикреплена табличка с указанием его технических данных. В тех случаях, когда должна быть исключена опасность пожара от возгорания масла, применяют сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением или трансформаторы с негорючим заполнением (совтол, пиронол, кварцевый песок).

Номинальная мощность трехфазных масляных трансформаторов общего назначения напряжением до 35 кВ: 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2400, 4000, 6300, 10000, 16000, 40000 и 80000 кВА.

Масляный выключатель (рис. 5) предназначен для включения и отключения электрооборудования, элементов РУ и электрических сетей под нагрузкой. Масляные выключатели на напряжение до 10 кВ выпускают с малым и большим объемом трансформаторного масла.

На промышленных предприятиях получили наибольшее распространение выключатели с малым объемом масла ВМГ-10 и ВМП-10.

Рис. 5. Масляный подвесной выключатель ВМП-10 напряжением 10 кВ:
1 — полюс выключателя, 2 — пробка маслоналивного отверстия, 3 — подъемная скоба, 4 — изолятор, 5— отключающая пружина, 6 — рама, 7, 9— масляный и пружинный буферы, 8— болт заземления, 10— указатель уровня масла, 11—вал, 12 — изоляционная тяга

Основными частями выключателей являются: рама; неподвижные и подвижные контакты; дугогасительные устройства; фарфоровые вводы с зажимами; приводной механизм для подвижных контактов; цилиндры для размещения контактов и гасительных камер. Принцип работы этих выключателей основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, потоком газомасляной смеси. Газомасляная смесь образуется в дугогасительном устройстве от разложения трансформаторного масла под влиянием высокой температуры горения дуги.

Выключатели ВМП-10 выпускают для стационарных камер (КСО), выключатели ВМП-10К и ВМП-10П со встроенным приводом — для комплектных камер (КРУ). Выключатель ВМГ-10 разработан с использованием отдельных узлов выключателя ВМП (эластичный подвес на раме, изоляционные тяги, приводной механизм и т. д.).

Для управления работой выключателей применяют ручные, электрические, пружинные и грузовые приводы.

Разъединитель предназначен для отключения и включения под напряжением отдельных участков электрической цепи или отдельных аппаратов при отсутствии тока нагрузки (нагрузка отключена выключателем). Разъединитель, имея открытую контактную систему, создает видимый разрыв электрической цепи.

В закрытых подстанциях напряжением 6—10 кВ применяют в основном однополюсные разъединители внутренней установки РВО и трехполюсные РВ. Трехполюсный разъединитель РВ-10/600 (рис. 6) состоит из стальной рамы 13, шести опорных изоляторов 11 с медными угольниками 10, являющимися стойками неподвижных контактов, двухполюсных медных ножей 4, пружин 5, стальных накладок б, создающих необходимое давление в контактах. На оси 7 вращается нож разъединителя. К валу 2 разъединителя приварены рычаг 1 для крепления с приводом и три рычага 12 для соединения с фарфоровыми тягами 9. Для управления разъединителями РВ применяют ручные приводы ПР внутренней установки.

Рис. 6. Трехполюсный разъединитель РВ-10/600:
1, 12 — рычаги, 2 — вал, 3 — контактная стойка, 4— ножи, 5— пружины, 6— стальные накладки, 7 — ось, 8 — болт заземления, 9 — фарфоровые тяги, 10 — медные угольники, 11 — опорные изоляторы, 13 — стальная рама, 14— упор

Выключатель нагрузки (рис. 7) предназначен для включения и отключения отдельных участков электрических цепей на напряжение 6—10 кВ при токах нагрузки до нескольких сотен ампер, а также для защиты от токов короткого замыкания (при наличии подключенных предохранителей).

Основными элементами выключателя являются главная контактная система, дугогасительное устройство 3 и опорная рама 1 с изоляторами 2. Выключатели нагрузки выпускают нескольких типов: ВНП-16, ВНП-17, ВНП-3 и др. Для управления выключателями применяют ручные ПР-17, ручные автоматические ПРА-17 и электромагнитные ПЭ-11С приводы.

Рис. 7. Выключатель нагрузки:
1 — рама, 2—изоляторы, 3 — дугогасительные камеры, 4 — подвижные контактные ножи, 5 — изоляционные тяги, 6 — вал

Трансформатор тока (рис. 8) предназначен для питания током измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики и включается последовательно в электрическую цепь, преобразуя ток высокого напряжения в ток низкого напряжения.

Трансформатор тока состоит из одного или двух сердечников, собранных из стальных листов, на которые намотаны первичная и одна или две вторичные обмотки. Первичная обмотка — это один или несколько витков большого сечения. Число витков во вторичной обмотке должно быть таким, чтобы ток в ней при номинальном токе в первичной обмотке составлял 5 А. Характеристиками трансформатора тока являются: номинальное напряжение, рабочий ток, класс точности вторичной обмотки и данные по термической и динамической стойкости при токах короткого замыкания.

Рис. 8. Трансформатор тока ТПОФ-10:
1- изоляционная колодка, 2- передний прямоугольный фланец, 3— металлический кожух, 4- медный стержень (или медная труба), 5- фарфоровый изолятор

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого (свыше 250 В) напряжения до 100 В, необходимого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты. Он состоит из замкнутого стального сердечника, на котором расположены первичная и вторичная обмотки, и изготовляется двух видов: сухой — с естественным воздушным охлаждением и масляный — с масляным заполнением. Трансформатор напряжения включается в электрическую цепь параллельно через предохранители или разъединители.

Рис. 9. Подстанционные изоляторы внутренней установки напряжением 6, 10 кВ:
а — опорные с круглым, овальным и квадратным фланцами, б — проходные с овальными фланцами, круглыми и плоскими токопроводящими стержнями, в — проходной с квадратным фланцем и круглым токопроводящим стержнем; 1 — колпачок, 2 — фарфоровое тело (изолирующий элемент), 3 — фланец, 4 — токопроводящие стержни, 5 — гайки

Изолятор (рис. 9) предназначен для механического крепления и электрической изоляции шин в РУ. По способу установки и назначению изоляторы делятся на опорные ОФ и проходные П. Опорные изоляторы представляют собой полую фарфоровую деталь конической формы с металлической арматурой, служащей для крепления изолятора к основанию (в виде нижнего фланца) и шин (в виде верхнего колпачка). Проходные изоляторы также представляют собой полую фарфоровую деталь, армированную в средней части металлическим фланцем с отверстиями для болтов. Изоляторы снабжены токопроводящими медными стержнями, которые закрепляют металлическими шайбами, помещенными в специальные углубления покрытого глазурью фарфора.

В РУ применяют медные, алюминиевые и стальные шины. Медные шины дефицитны и используются редко. Размер и сечения шин, расстояния между соседними шинами и их точками крепления определяются расчетами при проектировании.