Транспорт и канализация электроэнергии: виды токопроводящих материалов, сечение проводников, токи КЗ

Передача и распределение электрической энергии осуществляются электрическими сетями, которые подразделяются на внутренние (цеховые) и наружные. Наружные сети часто называют межцеховыми (питание ЗУР, 2УР и отдельные РПЮ кВ) или магистральными (питание по туннелям и блокам от 6УР, 5УР до 4УР). Наружные сети до 1 кВ на промышленных предприятиях имеют ограниченное распространение. Это главным образом сети наружного освещения.

Виды токопроводящих материалов

Прокладка производится изолированными и неизолированными (голыми) проводами (это преимущественно воздушные ЛЭП). Изолированные провода выполняются защищенными, когда поверх электрической изоляции накладывается металлическая или другая оболочка, предохраняющая изоляцию от механических повреждений. Изолированные проводники подразделяются на провода, кабели и шнуры.

К неизолированным проводам относятся алюминиевые, медные, стальные шины, токопроводы, троллеи и голые провода.

В последнее время все большее распространение получают самонесущие изолированные провода, которые технически занимают соответствующую экологическую нишу и применяются как кабельные и как воздушные, но изолированные линии. Они имеют срок эксплуатации более 50 лет, просты при сооружении и монтаже, обеспечивают одновременную подвеску 0,4 кВ и 6—10 кВ, сокращают эксплуатационные расходы. По сравнению с традиционными воздушными линиями электропередачи (ВЛЭП) они обеспечивают сохранение электроснабжения потребителей при падении провода на землю и при набросах; исключают искрообразование при схлестывании; обеспечивают большую безопасность персонала и населения, животных и птиц за счет изолирующих свойств сшитого полиэтилена.

Для сетей используют проводники, имеющие разные физические свойства (табл. 5.1). Твердотянутая медь покрывается тонкой оксидной пленкой, обеспечивающей хорошее противостояние влиянию атмосферных условий и воздействию химических соединений, содержащихся в промышленных выбросах.

Твердотянутый алюминий также покрыт пленкой, но коррозирует вблизи моря и ряда производств, связанных с производством или использованием кислот.

Большее электрическое сопротивление, худшие монтажные и эксплуатационные свойства, но меньшая стоимость по сравнению с медью определяют область его применения. Сталь ржавеет, что требует ее оцинковывания, присадки до 0,4 % меди. Она применяется изза низкой стоимости для малых нагрузок (в сельских сетях). Предпочтительнее биметаллические проводники, где стальные проволоки несут механическую нагрузку; снаружи они покрыты слоем электролитической меди или алюминия.

Транспорт электроэнергии в системах электроснабжения

Транспорт электроэнергии в системах электроснабжения осуществляется:

• воздушными линиями — устройствами для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам, стойкам на зданиях и инженерных сооружениях (мостах, путепроводах, эстакадах и т.п.);
• кабельными линиями — устройствами для передачи электроэнергии, состоящими из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями;
• токопроводами — устройствами для передачи и распределения электроэнергии, состоящими из неизолированных или изолированных проводников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, осветительных устройств, поддерживающих или опорных конструкций;
• электропроводками — совокупностью проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими защитными конструкциями и деталями.

Сечения проводников для канализации тока

Сечения проводников устройств канализации электроэнергии выбираются:

1. по нагреву (с учетом нормальных, послеаварийных, ремонтных режимов) получасовым максимумом тока;
2. экономической плотности тока;
3. условиям динамического действия и нагрева при коротком замыкании.

Нормированное значение по нагреву и экономической плотность тока уэк определяется ПУЭ. Для загруженных ЛЭП с алюминиевым проводами с числом часов использования максимума 5 000 ч в год и более Уэк принимают 1,0 А/мм2. По экономической плотности тока не выбираются:

• сети промышленных предприятий и сооружений до 1 кВ при Tmах до 4 000… 5 000;
• ответвления к отдельным электроприемникам и пуско-регулирующим элементам напряжением до 1 кВ;
• осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;
• сборные шины и ошиновка ОРУ и ЗРУ всех напряжений;
• сети временных сооружений, а также устройств со сроком службы три-пять лет.

Значение экономической плотности тока может быть по ПУЭ увеличено. Стремление снизить потери электроэнергии при эксплуатации и обеспечить возможность передачи со временем большей мощности сделали обычной практикой в рыночных условиях снижение Jэк (увеличение сечения).

Сечения, получаемые в результате указанного расчета по /тах иуэк, округляют до ближайшего стандартного. Расчетный ток принимают для нормального режима работы. Увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети специально обосновывается.

В электроустановках выше 1 кВ по режиму КЗ должны проверяться на:

1. кабели и другие проводники, токопроводы, а также опорные и несущие конструкции для них;
2. воздушные линии при ударном токе КЗ, равном 50 кА и более, для предупреждения схлестывания проводов при динамическом действии токов КЗ; в электроустановках ниже 1 кВ — только токопроводы, распределительные щиты и силовые шкафы.

Стойкими при токах КЗ являются те элементы канализации электроэнергии, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов, не подвергаясь электрическим и механическим разрушениям или деформациям.

По режиму КЗ при напряжении выше 1 кВ не проверяются элементы канализации электроэнергии:

1. защищенные плавкими предохранителями со вставками на номинальный ток до 60 А — по электродинамической стойкости; независимо от номинального тока вставок — по термической стойкости;
2. в цепях к индивидуальным приемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 2,5 MB А и с высшим напряжением до 20 кВ, если соблюдены одновременно следующие условия: а) в электрической или технологической части предусмотрена необходимая степень резервирования, выполненного так, что отключение указанных приемников не вызывает расстройства технологического процесса; б) повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва или пожара; в) возможна замена проводника без значительных затруднений;
3. проводники неответственных индивидуальных приемников;
4. провода ВЛ;
5. трансформаторы тока и напряжения при определенных условиях.

Температура нагрева проводников при КЗ не должна превышать следующих предельно допустимых значений, °С:

• Шины медные – 300
• Шины алюминиевые – 200
• Кабели с бумажной изоляцией на напряжение до 10 кВ – 200
• Кабели с поливинилхлоридной резиновой изоляцией – 150
• Кабели с полиэтиленовой изоляцией – 120