Введение в расчет 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);
• требуемый срок службы при работе на рабочем напряжении;
• достаточная электрическая прочность при воздействии внутренних и грозовых (если это необходимо) перенапряжений;
• достаточная механическая прочность при всех возможных рабочих и аварийных нагрузках;
• требуемая надежность;
• минимальная стоимость;
• в ряде случаев - минимальные размеры и масса;
• технологичность изготовления;
• простота ремонта;
• 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. 
 

Таблица 1 - Допустимые значения наибольшего рабочего напряжения

Класс напряжения (), кВ	3	6	10	15	20	35	110	150	220	330	500	750
Наибольшее рабочее напряжение (), кВ	3,6	7,2	12	17,5	24	40,5	126	172	252	363	525	787

 относительно 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 , а изоляция неповрежденных фаз подвергается длительному воздействию линейного напряжения сети .

Глухозаземленная нейтраль (эффективно заземленная) применяется в случае 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  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  и .

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  или кратность  по отношению к  

(1)

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 , 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.  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 >1,15 

(2)

Для k1,6

(3)

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.
 

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

(4)

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

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  или крутизна "а" определяются потерями энергии в коронном разряде и земле. Перенапряжения, воздействующие на оборудование, определяются остающимся напряжением на разрядниках  и превышением напряжения  на защищаемом объекте над остающемся на разряднике.  зависит от расстояния  между разрядником и защищаемым объектом, величины "а" набегающей волны:

(5)

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

(6)

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

 = 1,2 для силовых изоляторов; 

 = 1,3-1,4 - для остального оборудования.

Нелинейные ограничители перенапряжений имеют минимальное остающееся напряжение.