Текст книги "Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний. Разделы 1, 6, 7"

1.3. Выбор электрических аппаратов и проводников

Область применения, общие требования

Вопрос 57. В чем состоит выбор электрических аппаратов по условиям продолжительных режимов?

Ответ. Состоит в подборе их номинального напряжения по уровню изоляции и номинального тока по допустимому нагреву.

Вопрос 58. В чем состоит выбор проводников по условиям продолжительных режимов?

Ответ. Состоит в подборе их сечения по нагреву, плотности тока и условиям короны.

Вопрос 59. По каким условиям проверяются электрические аппараты и проводники, выбранные по условиям продолжительных режимов?

Ответ. Проверяются по условиям короткого замыкания (см. 1.4). Проводники, кроме того, проверяются по падению напряжения на полной длине проводников.

Выбор электрических аппаратов по условиям продолжительных режимов и сечений проводников по нагреву в этих режимах

Вопрос 60. По каким показателям выбираются электрические аппараты?

Ответ. Выбираются по номинальному напряжению и номинальному току. При этом номинальное напряжение каждого аппарата должно соответствовать или быть больше (последнее не относится к ТН) наибольшего рабочего напряжения электроустановки.

Вопрос 61. По каким условиям выбираются токоведущие части аппаратов и проводники любого назначения?

Ответ. Выбираются по условию их предельно допустимого нагрева при продолжительных режимах, а также режимов в периоды ремонтов и возможного при этом неравномерного распределения токов между линиями, секциями шин и т. п. При этом за расчетный ток принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.

Вопрос 62. Какой ток принимается в качестве расчетного тока для выбора номинального тока аппаратов и сечения проводников по нагреву при повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы электроприемников (с общей продолжительностью цикла до 10 мин и продолжительностью рабочего периода не более 4 мин)?

Ответ. Принимается ток, приведенный к эквивалентному продолжительному режиму. При этом:

для медных проводников сечением до 6 мм² и для алюминиевых проводников до 10 мм² расчетный ток принимается как для электроустановок с продолжительным режимом работы;

для медных проводников сечением более 6 мм² и для алюминиевых проводников более 10 мм² расчетный ток определяется умножением продолжительно допустимого тока на коэффициент

где Т_п.в. – выраженная в относительных единицах продолжительность рабочего периода (продолжительность этого периода в долях продолжительности цикла).

Вопрос 63. По каким нормам определяются наибольшие допустимые токи при кратковременном режиме работы электроприемников с продолжительностью рабочего периода не более 4 мин и с перерывами между включениями, достаточными для охлаждения проводников до температуры окружающей среды?

Ответ. Определяются по нормам повторно-кратковременного режима (см. ответ на вопрос 62).

Вопрос 64. По каким нормам определяются наибольшие допустимые токи при продолжительности рабочего периода более 4 мин и с перерывами между включениями недостаточной продолжительностью?

Ответ. Определяются как для электроустановок с продолжительным режимом работы.

Вопрос 65. Где приведены данные по допустимым кратковременным перегрузкам и продолжительно допустимым токам для кабелей напряжением до 10 кВ при различных условиях их прокладки в земле?

Ответ. Приведены в таблицах 1.3.1–1.3.6 настоящих Правил с соответствующими разъяснениями в пп. 1.3.7–1.3.15.

Вопрос 66. Где приведены данные по продолжительно допустимым токам для проводов, шнуров и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией?

Ответ. Приведены в таблицах 1.3.7–1.3.19 настоящих Правил с соответствующими разъяснениями в пп. 1.3.16-1.3.17.

Вопрос 67. Где приведены данные по продолжительно допустимым токам для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией?

Ответ. Приведены в таблицах 1.3.20-1.3.29 настоящих Правил с соответствующими разъяснениями в пп. 1.3.18-1.3.22.

Вопрос 68. Где приведены данные по продолжительно допустимым токам для неизолированных проводов и шин?

Ответ. Приведены в таблицах 1.3.30-1.3.37 настоящих Правил с соответствующими разъяснениями в пп. 1.3.23-1.3.24.

Выбор сечения проводников по плотности тока

Вопрос 69. Как определяется целесообразное сечение S, мм² проводников электроустановок до 500 кВ (кроме установок, указанных в ответе на вопрос 72)?

Ответ. Определяется из соотношения

где I– расчетный ток в часы максимума нагрузки электроустановки,

J_экн – значение плотности тока, А/мм², для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.3.1.

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения.

Таблица 1.3.1

Рекомендуемые значения плотности тока

Вопрос 70. Во сколько раз может быть увеличена плотность тока при выборе сечений проводников для электроснабжения n одинаковых, взаиморезервируемых электроприемников (например, насосов водоснабжения, преобразовательных агрегатов и т. д.), из которых m одновременно находятся в работе?

Ответ. Может быть увеличена против значений, приведенных в табл. 1.3.1, в k_n раз, где

Вопрос 71. Как проверяется сечение проводов ЛЭП 6-20 кВ, выбранное с использованием приведенных в табл. 1.3.1 значений плотности тока?

Ответ. Проверяется по допустимому отклонению напряжения у приемников электроэнергии с учетам применяемых средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.

Проверка проводников по условиям короны и радиопомех

Вопрос 72. В каких случаях проводники проверяются по условиям образования короны?

Ответ. Проверяются при напряжениях 35 кВ и выше с учетом среднегодовых значений плотности и температуры воздуха на высоте расположения данной электроустановки над уровнем моря, радиуса проводников, а также их коэффициента негладкости.

Вопрос 73. Каким принимается уровень радиопомех от короны на проводах?

Ответ. Принимается не более допустимых государственными стандартами значений.

1.4. Проверка электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания

Область применения, определения

Вопрос 74. Какие электрические аппараты и проводники считаются стойкими при КЗ?

Ответ. Считаются такие, которые при расчетных условиях КЗ выдерживают электродинамическое, термическое и иные воздействия токов КЗ, не подвергаясь разрушениям или деформациям, препятствующим их дальнейшей нормальной эксплуатации.

Вопрос 75. Какие условия КЗ являются расчетными для электрического аппарата или проводника?

Ответ. Являются наиболее тяжелые условия, в которых может оказаться электрический аппарат или проводник при КЗ. Расчетные условия включают в себя расчетную схему электроустановки, расчетный вид КЗ, расчетную точку КЗ и расчетную продолжительность КЗ.

Вопрос 76. Что представляют собой расчетная схема электроустановки и расчетный вид КЗ?

Ответ. Представляют собой электрическую схему электроустановки и вид КЗ, при которых имеют место расчетные условия КЗ для рассматриваемого электрического аппарата или проводника.

Общие требования

Вопрос 77. Какие аппараты и проводники проверяются по условиям КЗ в электроустановках выше 1 кВ (исключение см. в ответе на вопрос 79)?

Ответ. Проверяются следующие аппараты и проводники:

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – электрические аппараты, токопроводы, жесткие шины, гибкие провода ВЛ, гибкие шины ОРУ и ЗРУ, вводы, герметичные кабельные проходки, кабельные муфты, а также опорные и несущие конструкции для проводников;

на ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – электрические аппараты, вводы, герметичные кабельные проходки, кабельные муфты, кабели (как жилы, так и экраны – при их наличии), токопроводы, защищенные провода, шины, а также провода ВЛ, оборудованных устройствами АПВ;

на КОММУТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ – электрические аппараты, предназначенные для отключения и включения электрических цепей;

на НЕВОЗГОРАЕМОСТЬ – кабели и изолированные проводники.

Вопрос 78. Какие аппараты и проводники проверяются по условиям КЗ в электроустановках до 1 кВ?

Ответ. Проверяются следующие аппараты и проводники:

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – токопроводы,

ошиновка РУ и щитов, сборок и распределительных пунктов, а также коммутационные аппараты, установленные в РЩ, силовых сборках и силовых шкафах;

на ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – автоматические выключатели, самонесущие изолированные провода и кабели с бумажной и пластмассовой изоляцией, за исключением кабелей, защищенных автоматическими выключателями, если последние выбраны по условию обеспечения работы токовой отсечки при повреждении в конце защищаемой КЛ;

на КОММУТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ – предохранители и автоматические выключатели;

на НЕВОЗГОРАЕМОСТЬ – кабели и изолированные проводники.

Вопрос 79. Какие аппараты и проводники не проверяются в электроустановках выше 1 кВ по условиям КЗ?

Ответ. Не проверяются следующие аппараты и проводники:

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – кабели, а также электрические аппараты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на номинальный ток до 60 А;

на ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – электрические аппараты

и проводники, защищенные предохранителями, независимо от номинального тока и типа предохранителей, если их отключающая способность выбрана в соответствии с требованиями настоящих Правил и они способны отключать наименьший возможный аварийный ток в данной цепи, а также провода ВЛ, не оборудованных устройствами АПВ;

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ и ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ:

а) проводники в цепях индивидуальных электроприемников, а также трансформаторов промышленных предприятий суммарной мощностью до 2,5 МВ-А и с высшим напряжением до 20 кВ, если соблюдены одновременно следующие условия:

в электрической или технологической части предусмотрена необходимая степень резервирования, причем последнее выполнено так, что отключение указанных электроприемников не вызывает нарушения технологического процесса;

повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва или пожара;

возможна замена проводника без значительных затруднений;

б) проводники к отдельным распределительным пунктам (с общей установленной мощностью потребителей до 0,5 МВТ);

в) трансформаторы тока, установленные в цепях до 20 кВ силовых трансформаторов, электродвигателей или реактированных линий, если по условиям КЗ требуется такое завышение их коэффициентов трансформации, при котором не может быть обеспечен необходимый класс точности; при этом на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов рекомендуется избегать применения ТТ, не отвечающих требованиям стойкости к току КЗ;

г) аппараты и шины цепей ТН при расположении их в отдельной камере.

Вопрос 80. Что не проверяется по условиям КЗ в электроустановках до 1 кВ?

Ответ. Не проверяются ТТ, а также аппараты и проводники вторичных цепей.

Вопрос 81. Какие виды КЗ в электроустановках принимаются в качестве расчетного вида?

Ответ. Принимаются следующие виды КЗ:

трехфазное КЗ – при проверке на электродинамическую стойкость электрических аппаратов и жестких шин с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями;

трехфазное КЗ, а на генераторном напряжении электростанций – трехфазное или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействию тока КЗ, – при проверке на термическую стойкость электрических аппаратов и проводников;

трехфазное или однофазное КЗ (в сетях с глухо или эффективно заземленной нейтралью), в зависимости от того, какое из них приводит к большему току КЗ в расчетный момент времени – при проверке электрических аппаратов на коммутационную способность;

двухфазное КЗ – при проверке гибких проводников ВЛ и гибких шин РУ на возможность сближения проводников разных фаз, опасного в отношении пробоя.

Вопрос 82. Какая точка на расчетной схеме электроустановки выбирается в качестве расчетной точки КЗ?

Ответ. Выбирается такая точка, при КЗ в которой электрические аппараты и проводники соответствующей цепи находятся в наиболее тяжелых условиях. Случаи одновременного замыкания на землю различных фаз в двух разных точках электроустановки допускается не учитывать.

Вопрос 83. Какое время принимается в качестве расчетной продолжительности КЗ при проверке электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость?

Ответ. Принимается минимально возможное время воздействия тока КЗ, определяя его путем сложения времени действия основной защиты присоединения (с учетом действия АПВ), установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения этого выключателя. При наличии зоны нечувствительности у основной защиты (по току, напряжению, сопротивлению и т. д.) термическую стойкость аппаратов и проводников дополнительно проверяют, определяя расчетную продолжительность КЗ путем сложения времени действия защиты, реагирующей на повреждение в этой зоне, и полного времени отключения выключателя.

Вопрос 84. Какое время принимается в качестве расчетной продолжительности КЗ при проверке выключателей выше 1 кВ на отключающую способность?

Ответ. Принимается собственное время отключения выключателя с добавлением 0,01 с.

Вопрос 85. Какое время принимается в качестве расчетной продолжительности КЗ при проверке кабелей и других изолированных проводников на невозгораемость при КЗ?

Ответ. Определяется путем сложения времени действия резервной защиты, установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения выключателя.

Расчет токов короткого замыкания для проверки электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания

Вопрос 86. Какие условия принимаются при составлении расчетной схемы электроустановок и расчете токов КЗ с целью проверки электрических аппаратов и проводников по условиям КЗ и определения степени воздействия электродинамических сил на несущие конструкции?

Ответ. Принимаются следующие условия:

учету подлежат все источники, влияющие на ток КЗ, – синхронные генераторы и компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели. Влияние АД допустимо не учитывать при мощности электродвигателей до 100 кВт в единице, если они отделены от расчетной точки КЗ токоограничивающим реактором или силовым трансформатором, а также при любой мощности электродвигателей, если они отделены от расчетной точки КЗ двумя плечами сдвоенного реактора или двумя и более ступенями трансформации;

все источники, введенные в расчетную схему, работают одновременно, а к моменту возникновения КЗ имеют номинальную нагрузку и номинальное напряжение на выводах;

все синхронные машины имеют автоматическое регулирование напряжения и устройства для форсировки возбуждения;

ЭДС всех источников во время КЗ совпадают по фазе;

расчетное напряжение каждой ступени трансформации выбирается из следующего ряда средненоминальных напряжений: 0,23; 0,4; 0,525; 0,69; 1,0; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770;1175 кВ;

короткое замыкание происходит в такой момент времени, при котором ударный ток КЗ оказывается наибольшим;

если вблизи расчетной точки КЗ имеются конденсаторные батареи, то они учитываются при определении ударного тока КЗ.

Вопрос 87. Что принимается в качестве расчетных сопротивлений при расчете периодической составляющей тока КЗ для любого момента времени в электроустановках выше 1 кВ?

Ответ. Принимаются индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, токоограничивающих реакторов, ВЛ и КЛ, а также токопроводов. Если в расчетную схему входят ВЛ с проводами малых сечений или стальными проводами, а также протяженные КЛ с кабелями малых сечений, учитываются и их активные сопротивления, если при этом суммарное эквивалентное активное сопротивление расчетной схемы относительно точки КЗ составляет больше 30 % суммарного эквивалентного индуктивного сопротивления.

Вопрос 88. Какие сопротивления учитываются при расчете токов КЗ в электроустановках до 1 кВ?

Ответ. Учитываются как индуктивные, так и активные сопротивления всех элементов цепи, а также переходные сопротивления контактных соединений. Допустимо пренебрегать сопротивлениями одного вида (активными или индуктивными), если при этом полное сопротивление цепи уменьшается не более чем на 10 %.

Проверка электрических аппаратов, изоляторов, проводников и несущих конструкций на электродинамическую стойкость при коротких замыканиях

Вопрос 89. Как проверяются элементы цепи, защищенной плавкими предохранителями или автоматическими выключателями с то-коограничивающим действием?

Ответ. Проверяются на электродинамическую стойкость по наибольшему мгновенному значению тока КЗ, пропускаемого предохранителями или выключателями (исключение см. ответ на вопрос 72).

Вопрос 90. Какой ток нормируется для электрических аппаратов?

Ответ. Нормируется предельный сквозной ток (наибольший пик и начальное действующее значение периодической составляющей) или ток электродинамической стойкости либо электродинамические усилия на головки изоляторов.

Вопрос 91. Какие напряжения нормируются для электрических проводников?

Ответ. Нормируются механические напряжения, зависящие от материала проводников.

Вопрос 92. Как рассчитываются электродинамические силы, действующие на жесткие шины и передающиеся последними на изоляторы и поддерживающие жесткие конструкции?

Ответ. Рассчитываются по ударному току трехфазного КЗ с учетом взаимного расположения проводников разных фаз, сдвига по фазе токов разных фаз, и без учета механических колебаний шинной конструкции.

Вопрос 93. Как дополнительно проверяется жесткая ошиновка электроустановок 35 кВ и выше, оборудованных устройствами АПВ?

Ответ. Дополнительно проверяется на электродинамическую стойкость при неуспешных повторных включениях.

Вопрос 94. Какие показатели являются расчетными при проверке гибких проводников ВЛ и гибких шин РУ на электродинамическую стойкость при КЗ?

Ответ. Являются максимальное тяжение в проводниках и максимальное отклонение (смещение) проводников. Последнее не должно превышать значений, при которых сближение проводников разных фаз опасно в отношении пробоя.

Вопрос 95. В каких случаях проверку на сближение можно не производить?

Ответ. Можно не производить, если выполняется условие:

где I_п0⁽²⁾– начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ, кА;

t_откл – расчетная продолжительность КЗ, с;

a– расстояние между фазами, м;

q– погонная сила тяжести провода, Н/м;

λ– коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ и зависящий от постоянной времени ее затухания T₃ и расчетной продолжительности КЗ t_откл; так при t_откл/Т₃ равных 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 1,0; 2,0; 4,0 коэффициент X составляет соответственно 2,8; 2,65; 2,4; 2,2; 1,88; 1,5; 1,23. При t_откл/Т₃, превышающих 4,0, принимается λ = 1.

Вопрос 96. Как определяются механические напряжения при применении шин составных профилей (многополосные, из двух швеллеров и т. д.)?

Ответ. Определяются как арифметическая сумма напряжений от сил взаимодействия, возникающих между проводниками разных фаз и между составными элементами проводников каждой фазы. Наибольшие механические напряжения в материале жестких шин любого профиля и любой конструкции принимаются не более 0,7 временного сопротивления разрыву, нормируемого для материала шин.

Проверка электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость при коротких замыканиях

Вопрос 97. Как производится проверка коммутационных электрических аппаратов на термическую стойкость при КЗ?

Ответ. Производится путем сравнения интеграла Джоуля В_к, найденного при расчетных условиях КЗ, с его допустимым значением В_{тер. доп}, которое зависит от указанного в технической документации изготовителя нормируемого тока термической устойчивости I_{тер. норм} и от соотношения между расчетной продолжительностью КЗ t_откл и предельно допустимым (нормируемым) временем воздействия нормированного тока термической устойчивости t_{тер. норм} .

Если t_откл ≥ t_{тер. норм} , допустимое значение интеграла Джоуля определяется по формуле:

B_{тер. доп} =I²_{тер. норм} t_{тер. норм}

Если же t_откл < t_{тер. норм} , то

B_{тер. доп} =I²_{тер. норм} t_откл

Вопрос 98. Как обеспечивается термическая стойкость кабелей и проводников при КЗ?

Ответ. Обеспечивается, если температура их нагрева к моменту отключения КЗ не превышает предельных по условию термической стойкости значений, приведенных в настоящих Правилах (п.1.4.21).

Вопрос 99. Как производится проверка кабелей на термическую устойчивость при КЗ в тех случаях, когда для кабелей известны значения односекундного тока термической стойкости (допустимого односекундного тока КЗ)?

Ответ. Производится путем сравнения интеграла Джоуля В_к с квадратом односекундного тока термической стойкости. Термическая стойкость кабеля обеспечивается, если выполняется условие:

В_к ≥ I²_{тер. доп1}

Вопрос 100. Где приведены значения односекундного тока термической стойкости для кабелей и проводов?

Ответ. Приведены в таблицах 1.4.1–1.4.7 настоящих Правил.

Вопрос 101. Как рассматриваются расщепленные провода ВЛ при проверке на термическую стойкость при КЗ?

Ответ. Рассматриваются как провод суммарного сечения.

Проверка электрических аппаратов на коммутационную способность при КЗ

Вопрос 102. Как проверяются выключатели выше 1 кВ?

Ответ. Проверяются:

на отключающую способность при КЗ с учетом процентного содержания апериодической составляющей и параметров восстанавливающегося напряжения (для выключателей 110 кВ и выше);

на включающую способность при КЗ. При этом выключатели, установленные на стороне генераторного напряжения, проверяются также на несинхронное включение в условиях противофазы.

Вопрос 103. Как проверяются предохранители на отключающую способность при КЗ?

Ответ. При такой проверке в качестве расчетного тока принимается ожидаемое начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, т. е. ее значение без учета токоограничивающего действия предохранителей.

Вопрос 104. Как проверяются выключатели нагрузки и короткозамыкатели?

Ответ. Проверяются по предельно допустимому току при включении на КЗ.

Вопрос 105. Требуется ли проверять на коммутационную способность при КЗ отделители и разъединители?

Ответ. Проверять не требуется.

Вопрос 106. Как проверяются коммутационные электрические аппараты до 1 кВ (автоматические выключатели, предохранители и др.)?

Ответ. Проверяются в соответствии с расчетными условиями КЗ на отключающую и включающую способность.

Проверка кабелей на невозгораемость при коротких замыканиях

Вопрос 107. Какая точка принимается в качестве расчетной точки КЗ при проверке кабелей на невозгораемость при КЗ?

Ответ. Принимается точка, находящаяся:

для одиночных кабелей, имеющих одинаковое сечение по длине, – в начале кабеля;

для одиночных кабелей со ступенчатым сечением по длине – в начале каждого участка нового сечения;

для двух и более параллельно включенных кабелей одной КЛ – в начале каждого кабеля.