Захист від блискавки

Передавання електричної енергії на великі відстані.

Схеми електропостачання промислових підприємств

План

-1-

Цеховий пункт живлення — це найчастіше сталева шафа, в якій змонтовано кілька груп запобіжників. Живлення окремих струмопри­ймачів у цеху може здійснюватися за одною з трьох схем: радіальною, магістральною чи мішаною.

При радіальній схемі (рис.12.5, а) від цехового пункту живлення 1відходять лінії 2, виготовлені з ізольованого мідного чи алюмінієвого дроту, прокладеного в стальній трубі. Вони живлять розподільні пунк­ти 3. Іноді для прокладання цих ліній використовується кабель. Роз­подільний пункт має кілька запобіжник з, через які живляться окремі струмоприймачі 4. Лінії від розподільного пункту до струмоприймачів виконуються,як правило, з ізольованого дроту й прокладаються в стальних трубах.

Рис. 12.5. Схеми цехового електропостачання

При магістральній схемі (рис. 12.5, б) від цехового пункту живлен­ня 1 через запобіжники відходять окремі лінії — магістралі 2, від яких через запобіжники йдуть відгалуження до струмоприймачів 3.

Радіальна схема надійніша, ніж магістральна, але потребує біль­шої витрати провідникового матеріалу. На рис. 12.5 в зображено мі­шану схему цехового електропостачання, де 1 — магістралі, а 2 — пункти живлення.

Цехові освітлювальні лінії приєднуються до освітлювальних щитів, на яких встановлено запобіжники та вимикачі. При спільному живлен­ні силового й освітлювального навантажень освітлювальні щити жив­ляться від цехового пункту живлення, а при роздільному — від спе­ціального цехового освітлювального пункту, з'єднаного кабелем з за­водською ТП, де встановлено окремий освітлювальний трансформатор.

Поперечний переріз проводу повинен бути таким, щоб:

а)нагрівання його не перевищувало допустимої температури;

б)втрата напруги в проводі не перевищувала допустимого значення;

в)механічна міцність проводу була достатньою;

г)витрата провідникового матеріалу була мінімальною.

Розрахунок проводів на нагрівання. Тривало допустимим назива­ється струм, який, проходячи по проводу тривалий час, не нагріває його понад допустиму температуру.

Тривало допустимий струм, або тривало допустиме навантаження на провід, залежить від його перерізу, матеріалу, конструкції (марки), температури навколишнього середовища й умов охолодження.

Для визначення перерізу проводу треба насамперед знати його ро­бочий струм й за довідниковою таблицею (з урахуванням умов прокла­дання проводу, його матеріалу та конструкції) вибрати площу стан­дартного перерізу. Крім того, слід підібрати плавку вставку запобіж­ника, який захищатиме ділянку лінії з даного проводу від коротких замикань і великих перевантажень. Номінальний струм плавкої вставки для ліній, що працюють без різких змін струму, який може значно пе­ревищити робочий струм у мережі, повинен дорівнювати номінальному струму лінії. Під номінальним струмом плавкої вставки розуміють струм, який, проходячи через неї, не розплавляє її. Номінальні стру­ми плавких вставок такі: 1, 2, 4, 6, 10, 15, 20, 25, 35, 45, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 350, 430, 500, 600, 700, 850 і 1000 А.

При розрахунку проводів часто доводиться мати справу з лініями, що живлять електродвигуни з короткозамкненим ротором, або з лінія­ми, в яких можливі тривалі перевантаження. При виборі плавких вста­вок для захисту подібних ліній слід керуватися такими міркуваннями.

Пусковий струм І_пуск двигуна з короткозамкненим ротором пере­вищує номінальний у шість-сім разів і триває 5—10 с. Щоб за цей час плавка вставка не розплавилась, струм у лінії має становити

І_вст = І_пуск /,

де — коефіцієнт, який залежить від умов пуску двигуна. Для легких умов пуску — 3; для середніх — = 2,5; для важких — = 1,6.

При появі тривалих перевантажень у лінії струм плавкої вставки повинен бути трохи меншим від допустимого струму для її проводів, що робить захист лінії надійнішим. Якщо лінія живить кілька електродвигунів, то плавку вставку спо­чатку вибирають за робочим струмом у лінії,, який дорівнює сумі робо­чих струмів усіх двигунів, тобто І_вст І_роб , де І_роб =

Вибрану плавку вставку перевіряють на струм пускового режиму лінії, коли при всіх увімкнених двигунах пускається в хід двигун з най­більшим пусковим струмом, а саме: І_вст

Якщо при цьому значення І_вст буде більшим, ніж у попередньому випадку, то вибирають вставку за цим струмом. Для всіх можливих режимів роботи лінії номінальний струм плав­кої вставки не повинен перевищувати потроєного допустимого струму для проводів лінії.

Розрахунок проводів за допустимою втратою напруги. Оскільки допустиме зниження напруги порівняно з номінальною для електро­двигунів становить 5 %, а для освітлювальних ламп — 2,5 %, мережу треба спроектувати так, щоб втрата напруги в ній не перевищувала за­значених норм. Наведемо спочатку розрахунок проводів за допустимою втратою напруги при постійному струмі в лінії. Якщо напругу на початку лінії завдовжки l позначити через U₁, напругу на її кінці, де є наванта­ження,— через U₂, то

Ураховуючи, що — це втрата напруги в прямому й зворотному проводах лінії, можна записати.

= 2IR_пр,

де R_пр — опір одного проводу лінії. Через те що

R=q l /S, то

, звідки S=2 Iql/ (13.1)

Оскільки частіше виражається в про­центах відносно напруги на початку лінії, тобто (12.2)

Рис. 12.6. Лінія з розподіленим навантаженням

Тоді вираз (12.1) набуває вигляду S=

За довідковою таблицею вибирають найближчий більший стандарт­ний переріз проводу, який перевіряють на нагрівання, і якщо необхід­но, беруть провідник більшого перерізу. Якщо споживачі приєднано вздовж усієї лінії (рис. 12.6), то розра­хунок дещо ускладнюється.

Загальний спад напруги в обох проводах лінії

.

Як випливає з рис. 12.6

I₁ = і₁ + i ₂; I₂ = i ₂; R₁ = r₁, R₂ = r₁ + r₂.

Підставивши ці вирази в попередню формулу, дістанемо

= 2 [(і₁ + і₂) r₁ + і₂r₂] = 2 [ i ₁r₁ + i ₂ (r₁ + r₂)] =2 (i₁R₁+ i ₂R₂), або

(12.4)

тобто сумарний спад напруги в лінії дорівнює сумі спадів напруг, ство­рених окремими навантаженнями. Перетворимо (12.4), записавши

=

Відповідно до рис. 12.6 тут L — довжина лінії від її початку до точ­ки приєднання навантаження.

Якщо винести сталі величини за знак суми, дістанемо

Формула для розрахунку перерізу проводів лінії за умови, що цей переріз на всій лінії незмінний, має вигляд S= (12.5)

Замінивши тут спад напруги його відповідним значенням з рів­няння (12.1), запишемо S= (12.6)

Знайдений за цією формулою переріз проводів звіряють з довідко­вою таблицею стандартних перерізів і перевіряють на допустиме нагрі­вання.

Розрахункові формули для визначення перерізу проводів лінії три­фазного струму мають такий вигляд:

при сконцентрованому навантаженні на кінці лінії S = (12.7)

або S= (12.8)

при навантаженні, розподіленому вздовж лінії S = (12.9)

або S = (12.10)

Розрахунок проводів на механічну міцність. На механічну міцність розраховують проводи ПЛ, які зазнають значних механічних зусиль під час ожеледі, вітру, а також від власної маси. Розрахунок слід про­вадити за формулами, відомими з курсу опору матеріалів. Для ПЛ на­пругою до 1 кВ, виготовлених з мідного проводу, мінімальний переріз має становити 6 мм², а напругою до 10 кВ — 10 мм². Мінімальний пере­різ алюмінієвих проводів для ПЛ напругою до 10 кВ дорівнює 16 мм², а до 35 кВ — 25 мм². Стальні проводи ПЛ повинні мати діаметр не менш як 3,5 мм.

Економічний розрахунок проводів. Існує спеціальний метод розра­хунку проводів на мінімум провідникового матеріалу. Розрахована за цим методом лінія найбільш економічна. Як передбачає мінімальну ви­трату цінного провідникового металу. Знайдений за відповідними фор­мулами переріз проводу треба обов'язково перевірити на нагрівання, втрату напруги та механічну міцність.

Приклад 1. Знайти переріз прокладених відкрито алюмінієвих проводів для жив­лення електродвигуна з параметрами: Р = 28 кВт; U = 220 В; соs =0,89; к. к. д. |=90 %. Температура повітря не перевищує 25 °С.

Робочий струм двигуна

I = =

За довідковою таблицею допустимих навантажень на проводи знаходимо для прокладених відкрито алюмінієвих проводів переріз S = 25 мм², який допускає струм 96 А. Вибираємо цей переріз.

Приклад 2. Знайти втрату напруги в лінії постійного струму завдовжки l =25 м, яка живить розподільний щит з навантаженням, що складається з п'яти електроплиток потужністю Р = 400 Вт кожна. Напруга мережі U = 220 В, переріз про­водів S= 2,5мм², матеріал проводів — мідь.

Робочий струм у лінії I=

Втрата напруги в ній

aбо

Приклад 3. Вздовж лінії постійного струму рівномірно, через l = 5 м, розміщено три електролампи потужністю Р = 1000 Вт кожна. Яким повинен бути переріз мідних проводів лінії при напрузі U = 127 В, щоб втрата напруги в ній не перевищу­вала = 2,5 %, якщо переріз проводів не змінюється вздовж лінії.

Струм, який проходить через електролампу,

I= P/U= 1000/127 = 7,9 А.

Переріз проводів лінії за формулою (12.6):

S=

Найближчий більший стандартний переріз проводів, при якій втрата напруги буде меншою від заданої S=4 мм². Перевіримо вибраний переріз за нагріванням. Загальний струм навантаження

I=3 7,9 = 23,7 А.

За довідковою таблицею знаходимо, що допустиме навантаження на мідний про­від перерізом 4 мм² при найгірших умовах його охолодження (прокладання в газових трубах) становить 31 А, тобто більше від 23,7 А.

За довідковою таблицею допустимих навантажень на проводи знаходимо для прокладених відкрито алюмінієвих проводів переріз S = 25 мм², який допускає струм 96 А. Вибираємо цей переріз.

Приклад 2. Знайти втрату напруги в лінії постійного струму завдовжки l = 25 м, яка живить розподільний щит з навантаженням, що складається з п'яти електроплиток потужністю Р = 400 Вт кожна. Напруга мережі U = 220 В, переріз про­водів S= 2,5мм², матеріал проводів — мідь.

Робочий струм у лінії I=

Втрата напруги в ній

aбо

Приклад 3. Вздовж лінії постійного струму рівномірно, через l = 5 м, розміщено три електролампи потужністю Р = 1000 Вт кожна. Яким повинен бути переріз мідних проводів лінії при напрузі U = 127 В, щоб втрата напруги в ній не перевищу­вала = 2,5 %, якщо переріз проводів не змінюється вздовж лінії.

Струм, який проходить через електролампу,

I= P/U= 1000/127 = 7,9 А.

Переріз проводів лінії за формулою (12.6):

S=

Найближчий більший стандартний переріз проводів, при якій втрата напруги буде меншою від заданої S=4 мм². Перевіримо вибраний переріз за нагріванням. Загальний струм навантаження

I=3 7,9 = 23,7 А.

За довідковою таблицею знаходимо, що допустиме навантаження на мідний про­від перерізом 4 мм² при найгірших умовах його охолодження (прокладання в газових трубах) становить 31 А, тобто більше від 23,7 А.

-2-

Оскільки великі ТЕС і ГЕС здебільшого будуються в районах, від­далених від місць використання електричної енергії, її доводиться передавати на великі відстані. Для цього використовують в основно­му повітряні лінії електропередачі (ЛЕП) трифазного змінного стру­му чи кабельні лінії (КЛ).

При передаванні великих електричних потужностей на значну відстань доцільно застосовувати високу напругу, бо при цьому змен­шується сила струму при тій же потужності, а значить, зменшуються переріз проводів, втрати електричної енергії й вартість усієї ЛЕП. Однак при збільшенні напруги доводиться дбати про поліпшення ізоляції. На основі досвіду експлуатації встановлено найвигідніші співвідношення між довжиною ЛЕП та її напругою. Для ЛЕП зав­довжки до 5 км доцільно застосовувати напругу 6—10 кВ, до 50 км — 35 кВ, понад 50 км — 110 і 220 кВ. Найвища напруга, що застосо­вується в ЛЕП, становить 1150 кВ. На рис. 12.1 показано трифазну ЛЕП.

Проте передавання дуже великих потужносте і на значні відстані трифазним змінним струмом стає неможливим у зв'язку з індуктивністю ЛЕП, яка спричинює великі втрати електричної енергії, роблячи неможливою паралельну роботу електростанцій.

Рис. 12.1. Трифазна ЛЕП Рис 12.2. Трижильний кабель

Всі недо­ліки виключаються при передаванні електричної енергії постійним струмом.

Оскільки генератори змінного струму, встановлювані на електро­станціях, простіші й економічніші від генераторів постійного струму, а на місцях споживання енергії трифазний асинхронний двигун є ос­новним струмоприймачем, електропостачання віддаленого потужного споживача електричної енергії здійснюється так. На електростанції виробляється трифазний змінний струм напругою до 35 кВ, який тут же підвищується за допомогою трансформаторів і випрямляється випрям­лячами. Постійний струм високої напруги передається по ЛЕП на ве­лику відстань до місця споживання. Тут він за допомогою інверторів знову перетворюється в трифазний струм високої напруги, трансформу­ється в трифазний струм низької напруги і йде на живлення струмо­приймачів.

Щодо будови ЛЕП поділяються на повітряні (ПЛ) і підземні (КЛ).

Для прокладання ПЛ застосовуються голі мідні чи сталеалюмінієві проводи, що закріпляються на ізоляторах, підвішуваних на опорах (див. рис. 12.1).

Кабельні лінії прокладаються під землею. Кабель складається з кількох струмопровідних мідних або алюмінієвих ізольованих одна від одної жил, покритих захисною оболонкою (рис. 12.2).

-3-

При розряді блискавки в будову чи споруду струм розряду спричинює теплову, механічну та електромеханічну дії. Теплова дія струму може призвести до розжарювання або на­віть плавлення струмовідводу. Механічна дія струму може повні­стю зруйнувати дерев'яні конструкції, а конструкціям з металу та цегли завдати значних пошкоджень. Що стосується залізобетонних конструкцій, то вони мають відповідати таким вимогам: усі стержні арматури повинні бути з'єднані між собою з обох кінців і зі спо­рудою, що захищає від блискавки. Максимально допустима тем­пература стальної арматури при проходженні струму розряду не повинна перевищувати 100 °С.

Електромеханічна дія струму полягає в тому, що при прямому ударі блискавки в будову, в приміщеннях її можуть виникнути різниці потенціалів у різних металевих конструкціях, трубах і прово­дах. Можливе також виникнення різниці потенціалів у приміщен­нях внаслідок занесення високих потенціалів блискавки через під­земні та надземні металеві конструкції. Ці явища, як правило, не є небезпечними для звичайних будов або споруд, бо спричинюють лише слабке іскріння, яке саме по собі не призводить до пожежі. Але для приміщень з вибухонебезпечними концентраціями пари чи газу або значними концентраціями горючого пилу вони дуже небез­печні, оскільки можуть призвести до вибуху чи пожежі.

Отже, занесення високих потенціалів до вибухонебезпечних бу­дов і споруд недопустиме. Навіть для звичайних будов і споруд занесення високих потенціалів може бути небезпечним для людей або може призвести до пожежі внаслідок пробою ізоляції проводів. Таким чином, залежно від призначення будови або споруди за­стосовують ті чи інші способи їх захисту.

Залежно від ступеня вибухонебезпечності, характеру дії на них блискавки та технологічних процесів, які відбуваються в них, усі будови та споруди поділяються на три категорії:

1) будови та споруди, що належать, до класів В-І і В-ІІ. Вибух від блискавки в таких приміщеннях призводить, як правило, до значних руйнувань і людських жертв;

2) будови та споруди класів В-Іа, В-16 та В-ІІа. Вибух у таких приміщеннях призводить до невеликих руйнувань без людських жертв;

3) будови та споруди класів П-І, П-ІІ, П-ІІа. Приміщення кла­сів П-І і П-ІІ — це такі, де не виключене виникнення горючого пи­лу та завислих органічних волокон, що призводить до пожежі. До приміщень класу П-ІІа належать складські приміщення, де збері­гаються горючі волокнисті матеріали, а також гаражі, елеватори, санаторії, будинки відпочинку та деякі інші будови.

Захист від первинної дії (прямих ударів) блискавки. Цей захист здійснюється за допомогою різного типу блискавковідводів. Блис­кавковідвід — це металева чи дерев'яна конструкція, що височіє над об'єктом, який треба захистити від і блискавки. Вона сприймає прямий удар блискавки і відводить її струм у землю.

Незалежно від конструкції блискавковідводу він має такі скла­дові частини:

а) блискавкоприймач, який безпосередньо приймає прямі удари блискавки;

б) струмовідвід, який відводить-струм блискавки до заземлю­вача;

в) заземлювач, який відводить струм блискавки в землю;

г) конструкцію, на якій монтуються блискавкоприймач і стру­мовідвід.

На металевих і залізобетонних блискавковідводах струмовідводами можуть бути металеві ферми чи сталева арматура самої конструкції, якщо вона неперервна. Застосовуються стержньові, тросові (антенні) та сітчасті блис­кавковідводи. Перші найбільш поширені завдяки своїй простоті та надійності. Для захисту об'єктів, які мають значну довжину, вико­ристовують блискавковідводи тросового типу. Сітчасті блискавко відводи дорогі й застосовуються лише тоді, коли перші два типи з якихось причин використати не можна.

Установлення блискавковідводів проводиться залежно від кон­структивних особливостей та призначення об'єкта, що треба-захис­тити. З цієї точки зору будови та споруди поділяються на три ка­тегорії. Будови та споруди першої категорії мають захищатися ок­ремо встановленими чи встановленими на дахах будов і споруд ізольованими стержньовими або тросовими блискавковідводами, опір заземлювача яких не повинен перевищувати 10 Ом.

Будови та споруди другої категорії звичайно захищають блиска­вковідводами, що встановлюють безпосередньо на об'єкті. Якщо будова чи споруда має металевий дах, то його можна використати як блискавкоприймач за умови прокладання спеціальних струмовідводів, які з'єднують дах із заземлювачем через кожні 25 м. Крім того, всі неметалеві частини будови чи споруди, що височі­ють над дахом, повинні мати блискавкоприймачі, які з'єднуються з дахом за допомогою металевих провідників.

Будови та споруди третьої категорії захищають блискавковід­водами будь-якого типу. Опір кожного їх заземлювача не повинен перевищувати 20 Ом.

Захист від вторинної дії блискавки. Будови та споруди першої категорії. Щоб виключити іскроутворення, спричинене електроста­тичною індукцією, необхідно заземлювати за допомогою окремого заземлювача всі металеві елементи, що знаходяться всередині об'­єкта, та вводи в об'єкт металевих комунікацій. Щоб запобігти іс­кроутворенню, зумовленому електромагнітною індукцією, всі тру­бопроводи і металеві елементи будови та споруди, які зближені до 10 см, повинні мати металеві з'єднання через кожні 20 м небезпеч­ного зближення.

Для виключення занесення високих потенціалів заземлювачі блискавковідводів повинні бути розміщені на певній відстані як від самого об'єкта, так і від підземних провідникових комунікацій. Не допустити занесення високих потенціалів надземними та під­земними комунікаціями можна з'єднанням останніх на вводах в об'єкт із заземлювачем захисту від вторинних дій блискавки. Ввід повітряних ліній будь-якого призначення для об'єктів першої кате­горії заборонено.

Будови та споруди другої категорії. При наявності контура за­хисного заземлення електрообладнання спеціальних заходів щодо захисту від електростатичної індукції вживати не треба. Захист від електромагнітної індукції полягає у влаштуванні перемичок

між трубопроводами та іншими металевими елементами, віддаленими один від одного на відстань до 10см.

Щоб запобігти занесенню високих потенціалів,електричних ліній будь-якого призначення повинні мати кабельний ввід завдовжки не менш як 50 м.

Будови та споруди третьої категорії. Для них захист від вторин­ної дії блискавки не потрібний. Виконується лише захист від за­несення високих потенціалів через повітряні лінії електропередачі напругою до 1000 В (ввід яких дозволяється) та через трубопрово­ди. Перший захист здійснюється заземленням штирів ізоляторів на кінцевій опорі, а другий — заземленням трубопроводів на вводі в об'єкт. Дозволяється використовувати в обох випадках заземлення для захисту від прямого удару блискавки.

Дата добавления: 2014-01-11