Такой метод изоляции трехжильного кабеля концевой муфтой наиболее популярен.

Стопорные кабельные муфты используются в электрических сетях повышенного напряжения 110 киловольт. Их конструкция довольно сложная. На картинке изображена муфта с масляным наполнителем.

1 — Кабель
2 — Соединительные гильзы
3 — Стопор

Они используются при появлении гидростатического давления выше нормы, вследствие значительной разницы уровня кабеля из-за большой длины линии. Это соединение муфтой включает в себя некоторые элементы концевой конструкции. Показанная на рисунке муфта соединяет две конструкции концевых муфт. Корпус из антимагнитного материала формы цилиндра и два фарфоровых изолятора образуют три камеры.

Колпаки изоляторов соединяет медная пружина. Сверху колпаки закрыты цилиндрическим экраном, покрытым пропитанной бумагой. Перед наливкой масла в камерах создается вакуум, а затем наливают масло.

Переходные муфты применяют для обеспечения герметичности кабелей разного сечения.

Для ответвления линий кабеля часто возникает необходимость в ответвительных муфтах. Они производятся из самых разных материалов. Для линий связи применяются полиэтиленовые муфты. Они имеют широкую гамму моделей с разными видами ответвлений.

По числу фаз кабеля и устройству муфты разделяют на трехфазные модели для соединения и изоляции места соединения кабеля, состоящего из трех жил, а также однофазные.

Свинцовые муфты используются для создания соединений кабелей, у которых конструктивной особенностью является их алюминиевая или свинцовая оболочка.

Эпоксидные муфты используются чаще всего для выполнения кабельных соединений в шахтах, тоннелях, траншеях. Они производятся из эпоксидных компонентов (смолы). Снаружи такие муфты защищены металлическим или асбестовым корпусом. После выполнения соединения кабеля, корпус заливается эпоксидным составом

Другим видом кабельных муфт является термоусаживаемая конструкция. Она является распространенным и простым технологичным методом соединений кабеля. Термоусаживаемая муфта проста в установке и монтаже.

 

После установки муфты на соединяемое место, ее нагревают специальным феном или газовой горелкой, до возникновения эффекта обсадки и герметизации соединения. Применяя такие муфты, можно повысить прочность и надежность соединения, повысить длительность функционирования.

Термоусаживаемый материал имеет повышенные диэлектрические изоляционные параметры, поэтому снижает возможность электрического пробоя. Материал термоусадки обладает гибкостью, что облегчает монтаж муфты. Широкий интервал усадки размеров дает возможность применять такие материалы на соединениях линий кабеля разных поперечных сечений.

Чугунные кабельные муфты служат для соединения кабелей, состоящих из 3-4 жил, до 1000 вольт, с бумажной изоляцией. Они производятся нескольких типоразмеров, которые подбираются по сечению кабеля.

1 — Корпус
2 — Кабель
3 — Фарфоровая распорка
4 — Соединение

Чугунные муфты бывают малогабаритного и обычного исполнения. Для соединений кабелей с пластмассовой изоляцией применяют малогабаритные муфты.

Однофазные латунные муфты предназначены для соединения высоковольтных кабелей от 20 до 35 киловольт.

Резиновые муфты служат для ремонта и соединения гибких неэкранированных кабелей. Установка муфты производится без нагревания. Соединенное место остается гибким. Для заливки муфты применяется специальный компаунд (смола).

40 ВОПРОС

о своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Изоляторы линий электропередачи и открытых распределительных устройств электрических станций и подстанций подвергаются воздействию атмосферных осадков, которые особенно опасны при сильном загрязнении окружающего воздуха. В таких изоляторах для увеличения напряжения перекрытия (электрического разряда по поверхности) наружная поверхность делается сложной формы, которая удлиняет путь перекрытия. На линиях электропередачи напряжением от 6 до 35 кВ применяют так называемые штыревые изоляторы, на линиях более высокого напряжения — гирлянды из подвесных изоляторов, число которых в гирлянде определяется номинальным напряжением линии. В открытых распределительных устройствах для крепления ошиновок или установки аппаратов, находящихся под напряжением, обычно используют опорные изоляторы штыревого типа, которые при очень высоких напряжениях (до 220 кВ) собирают в колонки, устанавливая один на другой. Для вывода высокого потенциала через заземленную поверхность (например, крышку бака трансформатора) служат проходные изоляторы.

Опорные изоляторы

Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями. Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна. Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т. е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора. Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение, например, ОФ-10-6 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 10 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 6 даН.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35-110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами. Обозначение, например, ИОС-35-2000 расшифровывается как изолятор опорный, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы применены быть не могут. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6–10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ — двух или трехэлементной.

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6–10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь. Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШС10, означает: штыревой стеклянный на 10 кВ.

Подвесные изоляторы

Подвесные тарельчатые изоляторы применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (из стекла или фарфора), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура — шапка и стержень.

Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Это осуществляется путем введения головки стержня в гнездо на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Гирлянды благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжение сжатия. Тем самым используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхности головки (средней части изолирующей детали) покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которыми покрывают все элементы изолятора соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе.

Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5–10° к горизонтали, что обеспечивает стекание воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполняется ребристой.

Наиболее частой причиной выхода из строя тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным достоинством тарельчатых изоляторов.

Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-160 Б, означает: подвесной стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора. Электромеханическая прочность изолятора — это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного 75–80 % разрядного напряжения в сухом состоянии.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа можно разделить на:

• Изоляторы для районов с интенсивным загрязнением атмосферы. Грязестойкие изоляторы применяются в районах морских побережий, около горнодобывающих и промышленных предприятий и прочих районах интенсивного загрязнения атмосферы.
• Изоляторы обычной конструкции. Подвесные изоляторы нормальной конструкции применяются повсеместно и имеют множество конструкций. Изоляторы обычного исполнения так же могут быть применены в районах интенсивного загрязнения при условии увеличения числа единиц в гирлянде.
• Изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью. Для применения в условиях пустыни, солончаков и в районах с трудными ветровыми условиями выпускают специальные изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью, снижающей ветровую нагрузку на гирлянды и опору, а так же обеспечивающей лучшее очищение поверхности изолятора от пыли. Изоляторы такого типа имеют меньшую, по сравнению с аналогичными изоляторами обычного исполнения, строительную высоту и больший диаметр изоляционной детали.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не имеют широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением на землю.

Проходные изоляторы

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных, устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.

Обозначение проходного изолятора содержит значение номинального тока, например ИП-35/1000-7,5 означает: изолятор проходной, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 1 кА с механической прочностью 7,5 кН.

41 ВОПРОС

Основные конструкции кабелей высокого напряжения. Кабели для напряжений до 35 кВ изготавливаются с вязкой пропиткой. Бумажная изоляция пропитывается мастикой с маслоканифольными или синтетическими, не стекающими составами повышенной вязкости. Кабели с не стекающими составами могут прокладываться с разностью уровней до 300 м. При этом не происходит стекания пропитывающего состава в нижнюю часть кабеля, а в верхней части образование обеднено – пропитанной изоляции.

Недостаток кабелей с вязкой пропиткой – это образование в их изоляции газовых включений. Причина – циклические нагревы и остывание при изменении нагрузки. После нескольких циклов между оболочкой и изоляцией образуются пустоты, которые заполняются газами, выделяющимися из изоляции. Наличие газовых включений снижает длительную электрическую прочность изоляции. Поэтому в кабелях с вязкой пропиткой рабочие напряженности имеют невысокие значения. Такие кабели выпускают с 1, 2, 3 и 4 жилами. Сечение трехжильного кабеля с поясной изоляцией и с секторными жилами показано на (рис. 1).

Рис. 1. Трехжильный кабель с поясной изоляцией и секторными жилами:

1 – жила; 2 – фазная изоляция; 3– поясная изо­ляция; 4 – наполнитель; 5 – оболочка; 6 – по­душка под броней из пряжи, пропитанной биту­мом; 7 – броня из стальных лент; 8 – наружный защитный покров

Для уменьшения наружного диаметра кабеля жилам придается не круглая, а секторная форма. Изоляция состоит из двух частей – фазной и поясной. Таким образом между жилами кабеля находится двойная фазная изоляция, рассчитанная на линейное напряжение, а между каждой жилой и оболочкой – фазная и поясная.

Для напряжений 110…220 кВ промышленной частоты используются маслонаполненные кабели. Такой кабель изготавливается одножильным. В этих кабелях ленточная бумажная изоляция пропитывается маловязким маслом, которое может перемещаться внутри жилы вдоль кабеля и находиться под избыточны давлением. Благодаря этому в изоляции не возникают газовые включения при циклических изменениях температуры. Длительная электрическая прочность такого кабеля повышается в три раза и более по сравнению с БМИ, пропитанной вязкими составами. Для поддержания давления в указанных кабелях при их эксплуатации на КЛ устанавливаются баки давления через каждые 1…2,5 км (рис. 2).

Рис. 2. Схема устройства бака давления:

1 – корпус бака; 2 – упругие элементы, заполненные воздухом; 3 – дегазированное масло; 4 – манометр; 5 – штуцер для присоединения бака к кабелю

По давлению маслонаполненные кабели делятся на кабели низкого (до 0,2 МПа), среднего (0,4…0,5 МПа) и высокого (0,8…1,6 МПа) давления. С увеличением давления масла электрическая прочность растет. Толщина изоляции у этих кабелей на напряжение 110 кВ в зависимости от сечения жилы находится в пределах 9…11 мм, а у кабелей 220 кВ – в пределах 16…20 мм. На рис. 3 показана конструкция маслонаполненного кабеля среднего давления.

В маслонаполненных кабелях на U = 110…220 кВ особое внимание уделяется регулированию электрических полей. Жилы экранируются слоями полупроводящей бумаги (для устранения повышения напряженности у кромок провода). Изоляция выполняется градированной.

Рис. 3. Маслонаполнениый кабель среднего давления 220 кВ:

1 – маслопроводящий канал; 2 – жила из фасонных луженых проволок; 3 –экран по жиле и по изоляции из полупроводящей металлизированной бумаги; 4 – изоляция из бумаг разной толщины и плотности; 5 – свинцовая оболочка; 6 – ленты из пластиката; 7 – медные усиливающие ленты; 8 – защитные покровы; 9 – стальные проволоки

При напряжении 110 кВ и выше используются маслонаполненные кабели высокого давления в стальных трубках (рис. 4). В стальном трубопроводе, заполненном маслом под давлением 1,5 МПа помещаются три жилы с изоляцией, пропитанной вязким составом. Изоляция покрыта эластичным, герметически плотным составом (полиэтилен и др.). Изоляция предотвращает контакт с маслом и предохраняет от увлажнения при транспортировке и монтаже. Эластичное покрытие свободно передает изоляции давление масла, заполняющего стальную трубу.

При напряжении до 220 кВ применяются газонаполненные кабели. Электрическая прочность указанного кабеля достигается за счет повышения давления газа (сухой очищенный азот). По конструкции они схожи с маслонаполненным кабелем, но в них используется изоляция с обедненной пропиткой. Электрическая прочность повышается за счет ввода газа в кабель под давлением. У таких кабелей хуже условия охлаждения, что ограничивает рабочие токи.

Рис. 4. Трубопровод с кабелем под давлением масла:

1 – жила; 2 – изоляция; 3 – герметизирующие покровы; 4 – полукруглая проволока; 5 – стальная труба; 6 – масло; 7 – антикоррозийные покровы

42 ВОПРОС

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией общего применения на напряжения 6 и 10 кВ выпускаются в соответствии с ГОСТ 16442-80 одно- и трехжильными с изоляцией жил из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, полиэтилена (ПЭ), самозатухающего ПЭ, вулканизированного ПЭ, вулканизированного самозатухающего ПЭ. На рис. 5.2. изображены конструкции кабелей с ПВХ изоляцией типа АВВГ на напряжение 6 кВ и с ПЭ изоляцией типа АПВГ на напряжение 10 кВ.

Рис. 6.10 – Конструкции кабеля с ПВХ изоляцией марки АВВГ на напряжение 6 кВ (а)и кабеля с ПЭ изоляцией марки АПВГ на напряжение 10 кВ (б).

В соответствии с ТУ 16.К71.025-86, а также ТУ 16.К71.025-96 выпускаются одножильные кабели с круглой или многопроволочной медной или алюминиевой жилой с изоляцией из сшитого полиэтилена. Конструкция одножильного кабеля на напряжение 10 кВ схожа с конструкцией кабелей на напряжения 35 и 110 кВ. Кабели с пластмассовой изоляцией могут использоваться для прокладки ка­бельных трасс с неограниченной разностью их уровней. Кабели на напряжение 6 кВ изготавливают трехжильными. Они имеют сечение от 10 до 240 мм². Жилы кабелей медные или алюминиевые, аналогичные жилам кабелей на 0,66...3 кВ. На жилы накладывается изоляция из ПВХ пластиката толщиной 3,4 мм, либо из ПЭ толщиной 3 мм.

Изолированные жилы скручивают в кабель. Пространство между жилами заполняется ПВХ пластикатом. Поверх конструкции накладывается поясная изоляция общей толщиной не менее 0,9 мм, или намотка пластмассовыми лентами, затем поверх ПЭ поясной изоляции накладывают экран из электропроводящего ПВХ пластиката толщиной не менее 0,2 мм. Кабели всех марок, кроме кабелей в алюминиевой оболочке, поверх электропроводящего экрана имеют металлический экран из двух медных лент толщиной не менее 0,06 мм или алюминиевых лент толщиной не менее 0,1 мм, наложенных с зазором по длине. Поверх экранирующих лент в кабелях с ПЭ изоляцией делают намотку двумя ПЭ лентами толщиной не менее 0,2 мм, в кабелях в с ПВХ изоляцией — двумя ПВХ лентами толщиной 0,2 мм, двумя фторопластовыми лентами толщиной не менее 0,04 мм, одной лентой прорезиненной ткани или крепированной бумаги. Поверх лент накладывается ПВХ или алюминиевая оболочка.

43 ВОПРОС

 

Качество изоляционного слоя кабеля очень сильно влияет на надежность работы электроустановки в целом. Оно может меняться как при изготовлении на заводе, так и во время хранения, транспортировки, монтажа схемы, а, особенно, при ее эксплуатации.

Например, попавшая внутрь изоляции влага при отрицательных температурах замерзнет и изменит свои электропроводящие свойства. Определить ее наличие в этой ситуации весьма проблематично.

Виды проверок

Качеству изоляции уделяется постоянное внимание, которое комплексно реализуется:

· периодическими обязательными проверками обученным персоналом;

· автоматическим отслеживанием специальными приборами контроля во время выполнения постоянного технологического цикла.

Во время оценки кабеля персоналом определяется его механическое состояние и проверяются электрические характеристики.

При внешнем осмотре, который является обязательным во время любой проверки, довольно часто можно увидеть только выведенные для подключения концы кабеля, а остальная его часть скрыта от обзора. Но даже при полном доступе определить качество изоляционного слоя невозможно.

Электрические проверки позволяют выявить все дефекты изоляции, что разрешает сделать вывод о пригодности кабеля к дальнейшей эксплуатации и дать гарантии на его использование. Они по степени сложности подразделяются на:

1. измерения;

2. испытания.

Первый способ применяется для оценки качества в следующих случаях:

· после приобретения до начала укладки в электросхему, чтобы не тратить время на прокладку и последующий демонтаж неисправного кабеля;

· после выполнения монтажных работ для оценки их качества;

· когда закончены испытания. Это позволяет оценить исправность изоляции, подвергшейся действию повышенного напряжения;

· периодически в процессе эксплуатации для контроля сохранности технических характеристик под воздействием рабочих токовых нагрузок или факторов окружающей среды.

Испытания изоляции кабеля проводятся после его монтажа до подключения в работу или периодически при эксплуатации по мере необходимости.

 

 

44 ВОПРОС

 

ВОПРОС

ВОПРОС

Силовые кабели состоят из следующих основных элементов: токопроводящих жил (ТПЖ), изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо основных элементов в конструкцию силовых кобелей могут входить экраны, нулевые жилы, жилы защитного заземления и заполнители.

Токопроводящие жилы предназначены для прохождения электрического тока, они бывают основными и нулевыми. Основные жилы применяются для выполнения основной функции кабеля – передачи по ним электроэнергии. Нулевые жилы предназначены для протекания разности токов фаз (полюсов) при неравномерной их нагрузке. Они присоединяются к нейтрали источника тока.

Жилы защитного заземления являются вспомогательными жилами кабеля и предназначены для соединения не находящихся под рабочим напряжением металлических частей электроустановки, к которой подключен кабель, с контуром защитного заземления источника тока.

Изоляция представляет собой слой диэлектрика (пропитанной бумаги, пластмассы, резины и т. д.), наложенный на токопроводящую жилу. Служит для обеспечения необходимой электрической прочности токопроводящих жил кабеля по отношению друг к другу и к заземленной оболочке (земле).

Экраны используются для защиты внешних цепей от влияния электромагнитных полей токов, протекающих по кабелю, и для обеспечения симметрии электрического поля вокруг жил кабеля.

Заполнители предназначены для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля в целях герметизации, придания необходимой формы и механической устойчивости конструкции кабеля.

Оболочки защищают внутренние элементы кабеля от увлажнения и других внешних воздействий.

Защитные покровы предназначены для защиты оболочки кабеля от внешних воздействий. В зависимости от конструкции кабеля в защитные покровы входят подушка, бронепокров и наружный покров.

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ

ВВГ

ВВГ — силовой кабель для электропроводки, обладающий медной сердцевиной, защищенной оболочкой из поливинилхлорида. Общая изоляция жил также сделана из ПВХ. Изделия разных размеров используют для передачи переменного тока напряжением 0,66—1 кВ и частотой 50–60 Гц.

NYM

NYM — это маркировка категории проводника по зарубежным стандартам. Изделия похожи на предыдущий вид, но более прочны, долговечны и качественны, так как требования к их характеристикам и порядку производства – выше.

Основные свойства:

• Жила
• материал изготовления – всегда медь;
• тип — многопроволочные;
• количество — от 2 до 5;
• сечение каждой жилы — от 1,5 до 16 мм².

ВББШв

Обладает особым элементом изоляции — бронью. Она выполняется в виде стальных, свинцовых или алюминиевых лент. Защита предназначена для снижения влияния внешних электромагнитных волн, механических и атмосферных воздействий. Главное свойство продукции — возможность её прокладки в земле без опасности быстрого выхода из строя.

Описанные выше изделия подходят для использования в щадящих условиях окружающей среды. Если на месте прокладки предполагаются механические, химические или атмосферные влияния, следует применять изделия, предназначенные для работы в подобных условиях:

• РКГМ — применим в условиях повышенной вибрации, в диапазоне температур от -60 до +180°С. При +35°С влагонепроницаем. Защищен от микроорганизмов, плесени, лаков, растворителей. Используется в банях, саунах, котельных, промышленных кухнях для монтажа освещения, теплового и профессионального кухонного оборудования.
• ПНСВ — одножильный провод. Устойчив к щелочам, переносит кратковременное погружение в воду. Используется для создания систем «теплый пол».
• ВПП — проводник, устойчивый к перемене давления. Диапазон рабочих температур -40… +80 °C. Применяется в двигателях погружных насосов.

ВОПРОС

ЛАБА

ВОПРОС

В процессе эксплуатации на изоляцию воздействуют различного рода факторы:

А) Рабочее напряжение (минимального и максимального режима системы) действует в течение всего срока эксплуатации изоляции, но не должно превышать 15% для сетей до 220 кВ, 10% для сетей 330 кВ , 5% для сетей 500 кВ и выше.

( пример: 110 кВ наибольшее рабочее напряжение 126 кВ, 220 кВ – 252 кВ, 500 кВ – 525 кВ)

сети с напряжением 3 – 35 кВ имеют изолированную нейтраль, 110 – 1150 кВ заземлённую

Б) Внутренние перенапряжения, возникают при включение и отключение линий и электрооборудования. Аварийных и несимметричных режимах работы, резонансных явлениях. Эти перенапряжения воздействуют сравнительно не долго от сотых долей до 10 с. но их величина превышает номинальное напряжение в несколько раз.

С) Грозовые или атмосферные перенапряжения. Последние возникают в результате удара молнии в электроустановку или в близи неё и воздействуют на изоляцию линии и аппаратов. Время действия очень мало от миллионных долей до сотен миллионных долей секунды, но они имеют амплитудное значение миллион вольт.

Наряду с этим изоляция подвергается температурным и механическим воздействиям, которые ухудшают её электрические и механические свойства.

Длительное воздействие рабочего напряжения, перенапряжения, неблагоприятные атмосферные условия (колебания: давления, температуры, влажности; выпадение осадков, загрязнение) и механические воздействия могут перевести к пробою и перекрытию изоляции, а также к преждевременному старению и выходу и из строя.

ВОПРОС

Силовые кабели предназначены для передачи по ним на расстояние электроэнергии, используемой для питания электрических установок. Они имеют одну или несколько изолированных жил, заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров и в необходимых случаях броня.

Силовые кабели имеют основные, общие для всех типов конструктивные элементы – токопроводящие жилы, изоляцию и оболочку. Кроме основных элементов в конструкцию кабеля могут входить защитные покровы, экраны, жилы защитного заземления, заполнители и др.

Токопроводящие жилы являются проводниками электрического тока. Силовые кабели имеют основные и нулевые жилы. Основные жилы используются для передачи электрической энергии, а нулевые - для прохождения разности токов фаз при и неравномерной нагрузке.

Токопроводящие жилы силовых кабелей изготовляют из алюминия и меди однопроволочными и многопроволочными. По форме жилы выполняют круглыми, секторными или сегментными (см. рис. 1).

Алюминиевые жилы кабелей до 35 мм2 включительно изготовляют однопроволочными, 50-240 мм2 - однопроволочными или многопроволочными, 300-800 мм2 - многопроволочными.

Медные жилы до 16 мм2 включительно изготовляют однопроволочными, 25 - 95 мм2 - однопроволочными или многопроволочными, 120 - 800 мм2 - многопроволочными.

Нулевая жила или жила защитного заземления, как правило, имеет сечение, уменьшенное по сравнению с основными жилами. Она бывает круглой, секторной или треугольной формы и располагается в центре кабеля или между его основными жилами (см. рис. 1).

Жила защитного заземления используется для соединения не находящихся под напряжением металлических частей электроустановки с контуром защитного заземления.

Изоляция обеспечивает необходимую электрическую прочность токопроводящих жил по отношению друг к другу и к заземленной оболочке (земле). Применяется бумажная, резиновая и пластмассовая (поливинилхлоридная и полиэтиленовая) изоляция.

Изоляция, наложенная на жилу кабеля, называется изоляцией жилы, а наложенная поверх изолированных скрученных или параллельно уложенных жил многожильного кабеля, называется поясной изоляцией.

 

Экраны применяют для защиты внешних цепей от влияния электромагнитных полей токов, проходящих по кабелю, и для обеспечения симметрии электрического поля вокруг жил кабеля. Экраны выполняют из полупроводящей бумаги и алюминиевой или медной фольги.

Заполнители необходимы для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля с целью герметизации, придания необходимой формы и механической устойчивости конструкции кабеля. В качестве заполнителей применяют жгуты из бумажных лент или кабельной пряжи, нити из пластмассы или резины.

Оболочки силовых кабелей. Алюминиевая, свинцовая, стальная гофрированная, пластмассовая и резиновая негорючая (найритовая) оболочки кабеля предохраняют внутренние элементы кабеля от разрушения влагой кислотами, газами и т. п.

Алюминиевую оболочку силовых кабелей на напряжение до 1 кВ допускается использовать в качестве четвертой (нулевой) жилы в четырехпроводных сетях переменного тока с глухозаземленной нейтралью за исключением установок со взрывоопасной средой и установок, в которых ток в нулевом проводе при нормальных условиях составляет более 75 % тока в фазной жиле.

Защитные покровы силовых кабелей. Так как оболочки кабелей могут повреждаться и даже разрушаться от химических и механических воздействий, их покрывают защитными покровами.

Защитные покровы предохраняют оболочки кабеля от внешних воздействий (коррозии, механических повреждений). К ним относятся подушка, бронепокров и наружный покров. В зависимости от конструкции кабеля применяют один, два или три защитных покрова.

 

Для защиты от механических повреждений оболочки кабелей обматывают в зависимости от условий эксплуатации стальной ленточной или проволочной броней. Проволочную броню выполняют из круглых или плоских проволок.

Броня из плоских стальных лент защищает кабели только от механических повреждений. Броня из стальных проволок помимо этого воспринимает также и растягивающие усилия. Эти усилия возникают в кабелях при вертикальной прокладке кабелей на большую высоту или по крутонаклонным трассам.

Для предохранения брони кабелей от коррозии ее покрывают наружным покровом, выполненным из слоя кабельной или стеклянной пряжи, пропитанной битумным составом, а в некоторых конструкциях поверх слоев пряжи и битума накладывают выпрессованный поливинилхлоридный или полиэтиленовый шланг.

В шахтах, взрывоопасных и пожароопасных помещениях не допускается применять бронированные кабели обычной конструкции из-за наличия между оболочкой и броней кабеля «подушки» с содержанием горючего битума. В этих случаях должны применяться кабели с негорючей «подушкой» и наружный покров, изготовленный на основе стеклянной пряжи из штапельного стекловолокна.

 

50 ВОПРОС

 

ВОПРОС

ВОПРОС

ВОПРОС

Твердые диэлектрики - это чрезвычайно широкий класс веществ, содержащий вещества с радикально различающимися электрическими, теплофизическими, механическими свойствами.

Например, диэлектрическая проницаемость меняется от значения, незначительно превышающего 1, до более чем 50000, в зависимости от типа диэлектриков: неполярный, полярный, сегнетоэлектрик. В начале курса приводились определения различных типов диэлектриков. Вкратце коснемся этих определений применительно к твердым диэлектрикам.

Неполярный диэлектрик - вещество, содержащее молекулы с преимущественно ковалентной связью.

Полярный диэлектрик - вещество, содержащее дипольные молекулы или группы, или имеющее ионы в составе структуры.

Сегнетоэлектрик - вещество, имеющее в составе области со спонтанной поляризацией.

Механизмы поляризации у них резко различаются:

- чисто электронная поляризация у неполярных диэлектриков типа полиэтилена, полистирола, при этом ε -мала, не более 3, диэлектрические потери тоже малы;

- ионная поляризация у ионных кристаллов типа NaCl или дипольная у полярных диэлектриков типа льда, при этом ε может находиться в пределах от 3-4 до 100, диэлектрические потери могут быть весьма значительны, в особенности на частотах вращения диполей и других резонансных частотах;

- доменная поляризация у сегнетоэлектриков - при этом ε максимальна и может достигать 10000-50000, диэлектрические потери могут быть весьма значительны, в особенности на резонансных частотах и в области повышенных частот.

ВОПРОС

Заряд и разряд конденсатора. Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:

C = q / U (69)

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда

Рис. 181. Заряд и разряд конденсатора

в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10^-6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10^-12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).

Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184). Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

Рис. 182. Плоский (а) и цилиндрический (б) конденсаторы

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для созда-

Рис. 183. Емкости, образованные проводами воздушной линии (а) и жилами кабеля (б)

Рис. 184. Общие виды применяемых конденсаторов: 1 — слюдяные; 2 — бумажные; 3 — электролитический; 4 — керамический

Рис. 185. Устройство бумажного (а) и электролитического (б) конденсаторов

Рис. 186. Устройство конденсатора переменной емкости

ния симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186). Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Способы соединения конденсаторов. Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном

Рис. 187. Последовательное (а) и параллельное (б) соединения конденсаторов

Рис. 188. Схема подключения цепи R-C к источнику постоянного тока (а) и кпивые тока и напряжения при переходном процессе (б) кривые

Рис. 189. Схема разряда емкости С на резистор R (а) и кривые тока и напряжения при переходном процессе (б)

Рис. 190. Кривая пилообразного напряжения

соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость

1 /C_эк = 1 /C₁ + 1 /C₂ + 1 /C₃

эквивалентное емкостное сопротивление

X_Cэк= X_C1 + X_C2 + X_C3

результирующее емкостное сопротивление

C_эк = C₁ + C₂ + C₃

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 187,б) их результирующая емкость

1 /X_Cэк = 1 /X_C1 + 1 /X_C2 + 1 /X_C3

Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором. При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения u_c При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток I_нач=U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б). Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе u_с и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).

Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

T = RC

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными, и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т₁ и T₂, соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т₃ и разряда Т_р, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

ВОПРОС

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: