книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок
..pdf
|
Минимальная iвысота |
подвески |
|
Характеристика районов прохождения линий |
проводе»в ВЛ, |
м |
|
|
|
|
|
|
20 кВ |
35—110 кВ |
Населенные места и территории промышленных |
7,0 |
7 |
|
vUDvA1VO |
|
|
|
OfVbPKTOR |
|
|
|
Ненаселенная местность, часто посещаемая людь |
6,0 |
6 |
|
ми, доступная для транспорта |
|
|
|
Районы с малой плотностью населения, труднодо |
4,5 |
5 |
|
ступные для транспорта |
|
|
|
Несудоходные и несплавные реки и озера: |
|
|
|
от уровня |
льда зимой |
5,5 |
6 |
от уровня |
высоких вод |
3,0 |
3 |
стрелой провеса провода или троса. На линиях 6—500 кВ стрела провеса составляет 1—12 м.
Опоры из железобетона и металла ВЛ 35 кВ и выше уста навливаются на специальных фундаментах.
При прохождении ВЛ на различных участках территории должны быть выдержаны как вертикальные, так и горизонталь ные расстояния от поверхности земли, от различных зданий и сооружений. Горизонтальное расстояние от крайних проводов ВЛ при наибольшем их отклонении до ближайших выступаю
щих частей сооружения должно |
быть не менее: для ВЛ |
до |
|
20 |
кВ (включительно)— 2 м, 35—110 кВ (включительно) — |
||
4 |
м. Минимальные вертикальные |
расстояния от проводов |
до |
поверхности земли или воды при максимальной стреле про веса приведены в табл. 15.
На линиях, на которых наблюдается вибрация проводов, подвешивают гасители вибрации, представляющие собой два полых цилиндрических груза, соединенных между собой сталь ным тросом. Гасители вибрации прикрепляют к проводу на расстоянии 0,5—1 м от зажимов. Колебания провода затухают вследствие движения грузов гасителя вибрации и трения про волок горизонтального стального тросика, на котором укреп лены грузы.
Для соединения проводов при монтаже и эксплуатации при меняются соединители. Провода и тросы в соединителях за крепляют обжатием или закручиванием на них трубок оваль ного сечения. Для защиты ВЛ от атмосферных перенапряжений применяется трос, который подвешивается над проводами ВЛ на специальной тросостойке. В качестве троса используется стальной многопроволочный канат.
На ВЛ должны проводиться как минимум следующие про филактические испытания и проверки.
1. Определение степени загнивания деревянных опор, в том числе: приставки |И траверсы — один раз в год, начиная с че твертого года после сооружения линии, для древесины, консер-
вированной местным способом, и с шестого года — для древе сины, консервированной заводским способом; стойки — один раз в год, начиная с восьмого года после сооружения линии, для древесины, консервированной местным способом, и двенадца того года — для древесины, консервированной заводским спо собом.
2. Проверка состояния изоляторов: натяжных гирлянд ли ний всех напряжений и поддерживающих гирлянд линий на пряжением до 35 кВ включительно — один раз в 2 года; под держивающих гирлянд линий напряжением выше 35 кВ — один раз в 4 года; после включения линии должна быть произ ведена сплошная проверка изоляторов во всех натяжных и поддерживающих гирляндах. Изоляторы подвесного типа про веряют под напряжением при помощи штанги для контроля изоляторов.
Гирлянды изоляторов, не поддающиеся проверке штангой, и штыревые изоляторы на ВЛ напряжением до 35 кВ, кроме ежегодного осмотра, рекомендуется перед включением линии в работу и в дальнейшем периодически (один раз в 4—5 лет) проверять повышенным напряжением от испытательного транс форматора (либо кенотронного аппарата) или при помощи мег омметра на 2500 В. Отбраковке подлежат изоляторы, которые: при проверке испытательной штангой несут напряжение менее 50 % от нормального, приходящегося на данный элемент гир лянды; при проверке повышенным напряжением (50 кВ) не выдерживают его; при проверке мегомметром на 2500 В пока зывают сопротивление сухого изолятора менее 500 МОм.
3. |
Проверка габаритных размеров — один |
раз |
в 5 лет. |
4. |
Измерение сопротивления заземлений |
опор |
и тросов — |
один раз в 5 лет.
Кабельные линии
Кабельной линией (КЛ)' называется линия для передачи электроэнергии или отдельных импульсов, состоящая из одного или нескольких кабелей с соединительными, стопорными и кон
цевыми муфтами (заделками) и крепежными |
деталями. |
В нефтяной промышленности применяют кабели напряже |
|
нием до 10 кВ. |
КЛ проклады |
Для электроснабжения буровых установок |
вают в тех случаях, когда использование ВЛ невозможно по условиям стесненности территории. КЛ дороже ВЛ при пере даче одной и той же мощности. Недостатком КЛ является также трудность обнаружения и ликвидации повреждения. К преимуществам КЛ следует отнести: недоступность для по сторонних лиц, защищенность от грозовых поражений и воз действия окружающей среды.
Как правило, КЛ на территории нефтепромысла проклады вается в траншее на глубине 0,7 м от поверхности земли с за-
142
щитой от механических повреждений кирпичом или пли тами.
Номенклатура кабелей, выпускаемых нашей электропромыш ленностью и за рубежом, очень широка.
Практически все кабели имеют примерно одинаковую кон структивную схему: токопроводящая жила, электрическая изо ляция, герметическая оболочка, предотвращающая попадание влаги и воздуха в электрическую изоляцию кабеля, защитные покровы кабеля от механических повреждений и химических воздействий.
В зависимости от материала токопроводящих жил и обо лочки, способа изоляции, наличия брони и наружного покрова и других характерных признаков кабели имеют ту или иную
буквенную |
маркировку: С — свинцовый; Б — бронированный; |
F — голый |
(без наружного покрова); А — алюминиевый; В — |
винилитовый; Ц — церезиновый (с нестекающей изоляционной массой) и т. д.
В нефтяной промышленности широкое распространение по лучили кабели с бумажной изоляцией в алюминиевой оболочке,
пластмассовые |
кабели |
марок |
ААБ, ААГ, |
АВБ, АВВБ, АВГ |
и др. |
кабеля |
зависит от условий его прокладки и |
||
Выбор типа |
||||
эксплуатации (в земле, |
канале, |
химическая |
активность грунта, |
водные препятствия и т. п.).
Для соединений кабеля по трассе применяют специальные муфты (чугунные, эпоксидные, свинцовые). На рис. 68, а пока-
Рис. 68. Разделка кабелей:
а — соединительная муфта: 1 — свинцовая муфта; |
2 —защитная оболочка; |
3 — изолиро |
||||||
ванные жилы |
кабеля; |
4 — бандаж из бумажной |
ленты; 5 — обмотка |
из |
пряжи; 6 — |
|||
отверстия для |
выхода |
влаги; б — оконцевание |
кабелей: |
1— броня |
кабеля; |
2 — заземля |
||
ющий провод; |
3 — проволочные бандажи; 4 — |
поясная |
изоляция; |
5 — |
полнхлорвинило- |
вый провод; 6 — лак-паста; 7 — бандажи из ленты или шпагата
зана конструкция свинцовой муфты, используемой для кабелей 10 кВ. Оконцевание кабелей производится в специальных кон цевых заделках (рис. 68, б).
Эксплуатация кабелей на территории нефтепромыслов пред ставляет собой довольно сложную и ответственную операцию. Статистика показывает, что преобладающая часть аварийного выхода кабеля из строя вызвана механическими повреждени ями кабелей, что указывает на нарушение правил укрытия их при прокладке и недостаточную охрану. Большое число аварий происходит из-за повреждений кабелей тракторами при транс портировке грузов по территории промыслов, особенно в не настную погоду. Немалое число пробоев кабеля объясняется дефектами монтажа и несовершенной конструкцией муфт.
Наиболее распространенным способом выявления откры тых дефектов в кабелях и кабельных разделках являются ис пытания кабельных линий выпрямленным током повышенного напряжения. Следует иметь в виду, что при таких испытаниях выявляются не все дефекты, вследствие чего пробой кабеля во время работы может все-таки произойти. Кабели, находящиеся в эксплуатации, испытываются выпрямленным током напряже нием 30 кВ, а вновь прокладываемые — 36 кВ. Опытные дан ные показывают, что пробои при испытаниях повышенным напряжением бывают в следующих соотношениях: при повыше нии напряжения — до 65 % случаев; на первой минуте испыта ний —до 25 % случаев; на второй — до 5 % случаев; на третьей — до 3 % случаев; на четвертой — до 2 % случаев.
В настоящее время для определения мест повреждения на кабельных линиях применяют аппараты, основанные на им пульсном методе измерения. К таким аппаратам относятся при боры типа ИКЛ-4 и АИП-3.
Испытания кабельных линий рекомендуется проводить в сле дующие сроки: питательных— 2 раза в год, распределитель ных— 1 раз в год.
Исследования вышедших из строя кабелей, соединитель ных муфт, концевых воронок и мачтовых муфт показывают, что аварии в кабельных линиях происходят, как правило, в ме стах с ослабленной изоляцией. Соединительные кабельные муфты выходят из строя из-за образования трещин в свинцо вой оболочке, старения кабельной массы, вытекания массы из муфт и недоброкачественного монтажа муфт. Образование тре щин в местах пайки обычно является следствием неправиль ного составления припоя ремонтным персоналом. Разрыв муфт по продольному шву происходит из-за расширения кабельной массы при нагреве кабеля.
Силовые кабели пробиваются в результате повреждения свинцовых оболочек коррозией, старения изоляции, механиче ских вмятин или крутых изгибов, допущенных при прокладке, повреждений при раскопках и возможных заводских де фектов.
При прокладке кабелей необходимо соблюдать следующие радиусы кривой изгиба по отношению к их наружным диамет рам:
Силовые кабели с бумажной изоляцией бронированные и небронирован
ные многожильные освинцованные . |
. . . |
|
. . . |
15 |
Силовые и контрольные кабели в пластмассовой оболочке |
10 |
|||
Силовые и контрольные кабели в алюминиевой оболочке с бумажной изо |
||||
ляцией |
|
|
|
20 |
§ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПО ВЫБОРУ СЕЧЕНИЯ |
|
|
||
ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ И жил КАБЕЛЕЙ |
|
|
||
Цель электрических расчетов— выбор |
экономичного |
сече |
||
ния проводов и кабелей. |
|
электрических |
расче |
|
Исходные данные для производства |
тов: схема электроснабжения буровых установок; величины расчетных нагрузок на линию в нормальном и аварийном ре жимах.
Электрический расчет линии электропередачи 6—110 кВ включает: расчет линии на потерю энергии и пропускную спо собность; расчет линии на потерю напряжения.
В результате расчета определяется сечение проводов и ка белей по условиям нагрева, экономической плотности тока и допустимой величины потери напряжения.
Для электрических расчетов необходимо знать следующие характеристики проводов и кабелей:
активное сопротивление линии |
(Ом) |
Г = г0/, |
(78) |
где Го— удельное сопротивление |
(приводится в справочной ли |
тературе), Ом/км; / — длина линии, км; реактивное сопротивление линии (Ом)
х = х01, |
(79) |
где х0— удельное сопротивление(приводится |
всправочной ли |
тературе), Ом/км; I — длина линии, км. |
|
Выбор проводников по потере энергии. Полная передавае
мая мощность |
|
S = д /Р 2 + (22 , |
(80) |
где Р — активная мощность, |
кВт;Q — реактивная мощность, |
квар. |
|
Ток, протекающий по линии, |
|
I = S I ^ S U . |
(81) |
Потери активной мощности в линии |
|
Др=а3 /* г = - ^ ± ^ 1 л |
(82) |
и * |
|
Потери реактивной мощности в линии
Экономическое сечение проводников
F э = I шах//э> |
(84) |
где /max — максимальная нагрузка на проводник при номиналь ном режиме работы, А; /э— экономическая плотность тока, оп ределяемая в зависимости от материала провода и времени использования максимальной нагрузки, А/мм2.
Экономическая плотность тока для электрических сетей районов СССР и при различной продолжительности использо вания максимума нагрузки приведена в ПУЭ.
Выбор проводников по условиям нагрева. Выбранное по экономической плотности тока сечение проводника проверяется по максимально допустимой длительной токовой нагрузке из условия допустимого нагрева при нормальном и аварийном ре жимах работы линии. Под аварийным режимом работы под разумевается отключение одной цепи на двухцепных линиях или отключение одной линии при двустороннем питании под станции. Величины допускаемых длительных нагрузок на про вода и кабели приведены в ПУЭ.
Сечение проводников, выбранное по экономической, плот ности тока, как правило, превышает сечение проводников, выб ранное по условиям нагрева при нормальном и аварийном ре жимах работы сети.
Определение потерь напряжения. Потери напряжения в ли
ниях определяются по формуле |
|
AU — ^ 3 I (г cos tp —J—JCsin ф), |
(85) |
или при расчете линии в мощностях |
|
Д 1/ = -■Pr + Qx |
(86) |
§4. ПОНЯТИЕ О ТОКАХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
ИИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Короткое замыкание (КЗ) сопровождается увеличением тока на участке сети между местом КЗ и генераторами, питающими сеть, и снижением напряжения. Изменения токов и напряже ний не могут происходить мгновенно, поскольку элементы сети имеют индуктивность, задерживающую увеличение тока и сни жение напряжения. Наличие на генераторах регуляторов на пряжения и устройств форсирования возбуждения, которые при снижении напряжения, вызванном коротким замыканием, уве личивают возбуждение генераторов, способствует увеличению
146
Рис. 69. Схема протекания процесса короткого замыкания:
а — волновая диаграмма; б — схема замещения
тока КЗ и остаточного напряжения. В результате величина и форма кривой тока короткого замыкания изменяются по слож ным законам, точный учет которых затрудняет расчеты.
В случае когда короткое замыкание происходит на линии, подключенной к шинам мощной энергосистемы, расчет и ана лиз процессов, происходящих при повреждении, значительно упрощаются. Форма кривой КЗ iK для этого случая показана на рис. 69, а. Такую форму имеет ток в цепи, состоящей из ак тивного г и индуктивного xL сопротивлений (рис. 69, б), при подключении к ней источника синусоидального напряжения по стоянной величины.
Этот ток можно представить состоящим из двух составляю щих. Одна из них ia, которая называется апериодической со ставляющей появляется в момент возникновения короткого за мыкания и затухает до нуля. Время ее затухания определяется соотношением величин активного и индуктивного сопротивле ний короткозамкнутой сети. Чем больше активное сопротивле ние, тем быстрее уменьшается величина апериодической состав ляющей. Поскольку в распределительных сетях активное со противление велико, а периодическая составляющая затухает настолько быстро (за сотые доли секунды), то в практических расчетах токов 1^3 для выбора уставок релейной защиты не учитывается.
Вторая составляющая — периодическая in представляет со бой синусоидальный ток с неизменной амплитудой. Величина его действующего значения при трехфазном КЗ определяется согласно закону Ома по выражению
/(») = C //V 3^, |
(87) |
где U — междуфазное напряжение источника питания, В; z s — суммарное сопротивление цепи короткого замыкания, Ом/фазу. В питающей сети 6—35 кВ, работающей с изолированной ней тралью, могут возникать междуфазные короткие замыкания, как трехфазные, так и двойные замыкания на землю.
Для расчетов релейной защиты необходимо знать величины токов трехфазного и двухфазного короткого замыкания. Рас чет ведется для случая так называемого металлического корот кого замыкания; когда фазы соединяются непосредственно, без переходного сопротивления. В действительности короткие замыкания часто бывают не металлические, а через переход ное сопротивление, например, через упавшее дерево, через землю при обрыве проводов, через электрическую дугу, возни кающую от схлестывания проводов, и т. д.
На рис. 69, б суммарное сопротивление цепи короткого за мыкания состоит из эквивалентного сопротивления системы хе и сопротивления от шин до точки КЗ (г, xL).
Эквивалентное сопротивление системы (Ом/фазу) до шин, подстанции или распределительного устройства можно опреде лить по выражению
z p v / ^ з / (3\ |
(88) |
где / (3) — действующее значение периодической составляющей тока, проходящего при трехфазном КЗ на шинах рассматрива емой подстанции.
Иногда вместо величины / (3) задается мощность трехфаз ного КЗ на шинах подстанции системы. Эта условная величина определяется по формуле
S(3) = V 3 " ^ (3). |
(89) |
|
|
Тогда |
|
Zc = |
U2/S {3), |
(90) |
где |
U — междуфазное напряжение системы, кВ; |
S(3) — мощ- |
ность трехфазного КЗ на шинах подстанции, МВ-А. |
мало, им |
|
|
Поскольку активное сопротивление системы |
можно пренебречь и считать сопротивление системы чисто ин дуктивным. Поэтому гс = 0; zc~ хс. Зная величины активного г и индуктивного х сопротивлений участка сети от шин питаю щей подстанции до места КЗ, можно определить ток трехфаз ного КЗ в любой точке сети
/О) = |
V ----------- |
(91) |
|
У з У(*« + *)а+ г» |
|
Обычно при расчетах токов КЗ активное сопротивление не учитывается, если суммарное индуктивное сопротивление пре вышает его более чем в 3 раза.
Если система имеет большую мощность и xc~0, то это зна чит, что рассматриваемая сеть подключена к системе бесконеч ной мощности.
/ <3) = tf/V3*. |
(92) |
В состав сопротивления участка сети могут входить сопро тивления трансформаторов, линий электропередачи, реакторы.
Сопротивление трансформаторов определяется по выраже нию
z,= m M |
s t, |
|
(93) |
где UK— напряжение короткого замыкания, |
%; |
— номи |
|
нальное |
линейное напряжение трансформатора той |
стороны, |
|
к которой приводится его сопротивление, кВ; |
5Т — номиналь |
||
ная мощность трансформатора, кВ • А. |
|
|
Все эти данные указываются в заводском паспорте транс форматора, укрепленном на его кожухе. Большинство транс форматоров имеет ответвления для регулирования напряже ния. Величина U в выражении (93) равна номинальному на пряжению, соответствующему основному ответвлению обмотки.
Полное сопротивление трансформаторов гт обычно можно принять приблизительно равным его индуктивному сопротивле нию Хг, так как активное сопротивление гт значительно меньше индуктивного. При расчетах в сети 0,4 кВ и ниже не обходимо учитывать и активное сопротивление трансформа тора. Для определения гт необходимо знать величину потерь в меди Дрм при номинальном токе трансформатора, которая приводится в каталогах и заводской документации на транс форматоры.
|
Активное |
сопротивление |
трансформатора определяется |
по |
||
следующему выражению: |
|
|
|
|||
rt = ApuU V s l |
|
|
(94) |
|||
|
Здесь Дрм выражены в Вт, (7Н— в кВ, 5Т — в кВ-А. |
|
||||
|
Зная полное zT и активное гт сопротивления трансформа |
|||||
тора, можно найти его индуктивное сопротивление |
|
|
||||
хт= д / ^ _ г2 . |
|
|
|
(95) |
||
|
Индуктивное сопротивление воздушной и кабельной линий |
|||||
хп = хй1, |
|
|
|
|
(96) |
|
где х0 — удельное |
индуктивноесопротивлениелинии, |
принима |
||||
емое, как |
правило, 0,4 |
Ом/км для воздушной |
линии |
и |
||
0,08 Ом/км— для кабельной; / — длина линии. |
|
|
||||
|
Активное сопротивление линий |
|
|
|||
Гл = |
г„/, |
|
|
|
|
(97) |
где |
г0— удельное |
активноесопротивление линии(приводится |
|
|||
в справочной литературе), Ом/км. |
|
|
Индуктивное сопротивление реактора
Xp = lOUKU „ /i/3 1„, |
|
|
где и я — номинальное напряжение реактора, |
кВ; |
/н— номи |
нальный ток реактора, A; UK— напряжение короткого замыка |
||
ния, %. |
и в |
расчетах не |
Активное сопротивление реакторов мало |
||
учитывается. |
|
|
Особенностью расчета токов КЗ в сетях напряжением ниже 1000 В является необходимость учета сопротивлений шин, трансформаторов тока, рубильников, автоматов и прочей ап паратуры. Вызвано это тем, что суммарные величины сопро тивлений цепи короткого замыкания в таких сетях очень малы и соизмеримы с сопротивлениями аппаратуры. Если не учиты вать сопротивления аппаратуры, то токи могут быть сильно преувеличены. Также необходимо учитывать активные сопро тивления трансформаторов, питающих место КЗ. Сопротивле ния системы до вводов трансформаторов можно не учитывать, т. е. считать, что трансформатор питается от системы бесконеч ной мощности.
Поскольку сети напряжением 0,4 кВ работают с заземлен ной нейтралью, в них, кроме междуфазных, могут возникать также однофазные КЗ на землю.
Для вычисления тока однофазного короткого замыкания в сетях 0,4 кВ с заземленной нейтралью рекомендуется поль зоваться выражением
/ (1) = |
и Ф |
|
|
(99) |
- L 2O) |
|
|
||
2П + |
|
|
|
|
|
з т |
|
|
|
где Uф — фазное |
напряжение сети, |
равное |
0 ,4 /у З = 0 ,2 3 кВ; |
|
2П— сопротивление |
короткозамкнутой |
петли |
проводов фаза — |
НУЛЬ, 2п= V^rn + (активное сопротивление гп берется по спра вочным таблицам, индуктивное jcn«0,6 Ом/км); гт — полноесопротивление трансформатора (приведено в справочной литера туре) .
Ток КЗ, протекая через проводники, интенсивно их нагре вает, так как значение его велико по сравнению с нормаль ным рабочим током (термическое действие). Начальная амп литуда тока КЗ, значение которой достигает очень больших значений, может вызвать механические разрушения в аппара тах и конструкциях распределительных устройств (динамичес кое действие). Правильно выбранные провода и аппараты должны обладать достаточной устойчивостью против термичес кого и динамического действия токов КЗ.
В связи с тем, что длительность протекания токов КЗ мала, допустимая температура нагрева проводников токами КЗ зна-
150