Интернет-учебник по расчету кабельной продукции

Введение в расчет кабельной продукции

При расчёте, проектировании и изготовлении изоляции для электрооборудования должны быть обеспечены:

• требуемые электрические параметры (рабочее напряжение, ёмкость, индуктивность, активное сопротивление);
• достаточная электрическая прочность при воздействии внутренних и грозовых (если это необходимо) перенапряжений;
• минимальная стоимость;
• в ряде случаев - минимальные размеры и масса;
• безопасность обслуживания;
• экологическая безопасность.

В процессе эксплуатации изоляция электрооборудования подвергается электрическим воздействиям, которые можно классифицировать в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1.

а) Выделяются длительно воздействующее рабочее напряжение при нормативных эксплуатационных условиях. Рабочее напряжение изоляторов (класс напряжения) определяется номинальным напряжением сети, в которой они эксплуатируются. Для каждого класса напряжения установлено допустимое значение наибольшего рабочего напряжения.

U _HPотносительно земли, на которое рассчитывается изоляция, зависит от режима работы нейтрали сети:

• изолированной;
• резонансно заземленной (заземленной через дугогасящий реактор), когда возможны случаи длительной работы сети при наличии однофазного замыкания (КЗ) на землю. Ток КЗ в этом случае ограничен емкостным сопротивлением неповрежденных фаз относительно земли и компенсирующим действием дугогасящей катушки. При этом происходит смещение нейтрали на величину фазного напряжения U _Ф , а изоляция неповрежденных фаз подвергается длительному воздействию линейного напряжения сети U_Л = √3U_Ф

Глухозаземленная нейтраль (эффективно заземленная) применяется в случае U _H ≥ 110 кВ. Нейтраль считается эффективно заземленной, если при одно- или двухфазном замыкание на землю в любой точке сети вынужденная составляющая напряжения на здоровой фазе относительно земли не превышает 0,8 от наибольшего рабочего линейного напряжения сети (или U_Л = √3U_Ф от наибольшего фазного напряжения). Это повышение UНP длится только в период существования аварии до отключения КЗ в течение времени срабатывания релейной защиты (доли секунды), когда U _HP = U _HP *k_P/ √3 и k_p = 1,05 ÷ 1,2.

б) Внутренние перенапряжения, которые возникают при коммутационных и аварийных режимах. Для них характерна меньшая амплитуда по сравнению с атмосферными, но большая продолжительность. Амплитуды перенапряжений зависят от класса напряжения и режима нейтрали электрической сети.

в) Грозовые перенапряжения. Отличаются большой амплитудой при кратковременном ее приложении к изоляторам.

Характеристики перенапряжений

1. Максимальное значение U_max или кратность K_П по отношению к U _HP
   K_П = U_max / √2*U _HP
2. Длительность воздействия.
3. Форма кривой напряжения.
4. Частота воздействия.
5. Ширина охвата сети (количество изоляционных конструкций, на которые одновременно воздействует перенапряжение).

К режимным перенапряжениям относятся перенапряжения на разомкнутом конце односторонне включенной "холостой" линии, резонансные перенапряжения на основной частоте и вынужденных гармониках, феррорезонанс и параметрический резонанс. Величина кратности перенапряжений для них K_П ≥ 1,5 ÷ 2,0, длительность - от долей секунды до десятков минут.

Рисунок 1 - Классификация электрических воздействий на изоляцию электрооборудования

Коммутационные перенапряжения обусловлены включением или отключением линии или элементов оборудования, замыканиями на землю или между фазами, отключениями коротких замыканий. K_П ≥ 3 ÷ 4,5 и выше, длительность - один или несколько полупериодов промышленной частоты с наложенными колебаниями более высокой частоты.

Характеристики перенапряжения подчиняются статистическим закономерностям. Например, вероятность появления перенапряжений с K_П >1,15

На практике используется искусственное ограничение кратности перенапряжений включением в цепи:

• нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН); ОПН на основе керамики с добавлением окиси цинка имеют высокую нелинейность вольт-амперной характеристики.

  Uном,кВ	110;	150	220	330	500	750	1150
  KП,без ОПН	3,2	3,0	3,0	2,7	2,5	2,1	1,8
  KП,c ОПН	2,3-2,5	,2-2,4	2,2	2,2	2,2	2,0	1,7-1,8

• выключателей, не имеющих повторных зажиганий дуги;
• выключателей с низкоомными шунтирующими сопротивлениями;
• применением реакторов с искровым присоединением;
• применением схемных мероприятий, исключающих возникновение резонансных явлений.

Расчетное напряжение действующее на изоляцию при коммутационных перенапряжениях

U_ВК = K_П * √2 *U_РН = √2 * K_П * U_Н * K_Р / √3

Временная форма коммутационного импульса напряжения может быть апериодической (рис. 2-а) и колебательной (рис. 2-б)./center>

Грозовые перенапряжения. При ударе молнии в провод ЛЭП, грозозащитный трос или опору и перекрытии гирлянды изоляторов с тела опоры на провод по проводу начинает распространяться волна перенапряжения, набегающая на подстанцию, где устанавливаются грозозащитные вентильные разрядники. Длительность фронта Τ_ФР или крутизна "а" определяются потерями энергии в коронном разряде и земле. Перенапряжения, воздействующие на оборудование, определяются остающимся напряжением на разрядниках U_op и превышением напряжения ΔU₁₂на защищаемом объекте над остающемся на разряднике. зависит от расстояния l₁₂ между разрядником и защищаемым объектом, величины "а" набегающей волны:

ΔU₁₂ = 2al₁₂ / c (c - скорость света)

Расчетные значения напряжений, воздействующих на изоляцию оборудования при грозовых перенапряжениях,

U_ВГ = K_Гроз * U_ОР

где U_ОР определяется при токах координации 5кА для U_H =110-220 кВ и 10 кА - для U_H ≥ 330 кВ;

K_Гроз = 1,2 для силовых изоляторов;
K_Гроз= 1,3-1,4 - для остального оборудования.
Нелинейные ограничители перенапряжений имеют минимальное остающееся напряжение.