Ivalt.ru

И-Вольт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теряется ток в кабелях

Испытание силовых кабелей 0,4-6-10 кВ повышенным напряжением

В процессе своей эксплуатации кабель постоянно подвергается воздействию определенных внешних неблагоприятных факторов: изменение температуры, давление и смещение грунта, и прочие нагрузки, которые тем или иным образом оказывают влияние на состояние изоляции кабеля. А так как изоляция не может быть вечной, то проведение испытания силовых кабелей – занятие абсолютно необходимое. Во всяком случае, оно хотя бы позволит получить представление о том, в каких кондициях находится силовой кабель.

Испытание кабеля повышенным напряжением проводится в соответствии с ГОСТ. Величина используемого в испытаниях напряжения тоже устанавливается по ТУ или ГОСТу на конкретные кабели.

Испытание силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией

Производя высоковольтные испытания кабеля с металлической оболочкой и экраном, выполняют соединение экрана и оболочки и – если испытание занимает длительное время – подводят начальное напряжение, равное порядка 40% от полного испытательного напряжения. Затем испытание кабелей 10 кв–ным напряжением продолжают, постепенно повышая его до уровня установленного испытательного напряжения. Повышение не должно производиться быстрее 1 кВ в секунду. При ступенчатой регулировке напряжение на каждой ступени не должно превышать 5% от основной величины полного испытательного напряжения.

Когда высоковольтное испытание силового кабеля выполняется для измерения величины пробивного напряжения изоляции, то в этом случае напряжение постепенно повышают до пробоя, причем скорость повышения составляет не более 2 кВ в секунду.

Обязательно нужно проводить высоковольтные испытания кабелей перед вводом в эксплуатацию для гарантии надёжной и безотказной работы проводных силовых кабельных линий, а также систематически организовывать планово-профилактические испытания кабельных изделий. Высоковольтные испытания кабеля должны включать внешний осмотр и ряд тестовых проверок.

Решение о способе испытания силовых кабелей, и о том, какое оборудование при этом будет задействовано, принимается специалистами, осуществляющими испытания. Итоги измерений заносятся в протокол испытания силового кабеля.

Испытание повышенным напряжением выпрямленного тока

Силовые кабели напряжением выше 1 кВ испытываются повышенным напряжением выпрямленного тока. Величины испытательных напряжений и длительность приложения нормированного испытательного напряжения приведены в таблице 1.8.39 (ПУЭ п. 1.8.40)

Изоляция и марка кабеляИспытательное напряжение, кВ, для кабелей на рабочее напряжение, кВПродолжительность испытания, мин
23610
Бумажная1218366010
Резиновая марок
ГТШ, КШЭ, КШВГ, КШВГЛ, КШБГД
612205
Пластмассовая15366010

Токи утечки и коэффициенты асимметрии для силовых кабелей

При испытаниях отмечают характер изменения тока утечки. Кабель считается прошедшим испытания при отсутствии пробоя изоляции, скользящих разрядов и толчков (или нарастания) тока утечки после того, как испытательное напряжение достигнет нормативного значения. (Табл 1.8.40 ПУЭ п. 1.8.40) После испытания исправный кабель необходимо разрядить.

Почему ток в нулевом (нейтральном) проводе может превысить ток в фазном проводе

Почему ток в нулевом (нейтральном) проводе может превысить ток в фазном проводе

В трехфазной системе, при симметричной линейной нагрузке (например трехфазный электродвигатель) ток в нулевом проводе отсутствует. В реальности идеальной симметрии не существует, ток в нулевом проводе будет присутствовать, но он будет меньше фазных (если совсем отключить нагрузку с двух фаз он станет равен току оставшейся фазы).
Поскольку ток в нулевом проводе был меньше тока в фазном проводнике (раньше было мало нелинейных нагрузок), то для экономии нулевой проводник делался тоньше фазных, теперь сечение нулевого проводника совпадает с сечением фазного.

Если основное потребление энергии приходится на нелинейные нагрузки (импульсные блоки питания без ККМ, люминесцентные лампы с электронными балластами без ККМ и т.п. — ток потребляется узкими импульсами вблизи пика питающего напряжения) встречаются рекомендации по увеличению сечения нулевого проводника в два раза (относительно сечения, рассчитанного для фазных проводников). Это обусловлено тем, что в нулевом проводе будет протекать еще и значительная сумма гармоник тока кратных трем (особенно будет сильна третья — 150 Гц) .

Поскольку от перегрузки по току защищаются только фазные повода, перегрузка нулевого (нейтрального) провода может привести к его повреждению, «отгоранию нуля» — что может привести к значительному перекосу фазных напряжений и повреждению потребителей.
Получается, что мощные потребители с несинусоидальным входным током (нелинейные нагрузки) могут не только вызывать искажение формы напряжения сети и «загрязнять» сеть помехами, но и привести к аварийной ситуации, выведя из строя кабель и других потребителей.

Примеры нелинейных нагрузок, способных вызвать рост тока в нулевом проводнике (если в них нет корректора коэффициента мощности):
Газоразрядные лампы
Светодиодные лампы
Дуговые и индукционные печи
Трансформаторы работающие в режиме насыщения
Компьютеры, мониторы, оргтехника
Телевизоры
Инверторные кондиционеры
Источники бесперебойного питания
Микроволновые печи
Импульсные блоки питания, инверторы, преобразователи частоты
Электродвигатели с регуляторами скорости вращения (инверторами)

Форма тока, потребляемого нелинейной нагрузкой, значительно отличается от чистой синусоиды (совсем на нее не похожа). Математически форму несинусоидального тока можно представить в виде суммы, уменьшающихся по амплитуде, синусоид кратных частоте питающего напряжения (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц….).

ГОСТ 30804.4.30-2013 предписывает учитывать гармоники не менее 40-го порядка. Но только гармоники, кратные третьей (остальные взаимно компенсируются складываясь), суммируются в нейтральном проводнике и вызывают весьма значительный ток, к которому еще добавляется ток обусловленный несимметрией питающего напряжения, его несинусоидальностью и несимметрией нагрузки. Основной вклад вносит третья гармоника (в нейтрале течет ток с частотой 150 Гц) — прочие гармоники малы.

ГОСТ Р 50571.5.52-2011:
предлагает узнать ток и в нулевом проводнике и выбрать сечение всех проводников по наиболее нагруженному проводу;
следует указать, что ситуация ухудшается, если в трехфазной системе нагружены только две фазы. В этом случае ток высших гармоник в нейтральном проводнике будет суммироваться током дисбаланса;
если доля третьей гармоники превышает 33%, необходимо увеличить площадь поперечного сечения нейтрального проводника.

Читать еще:  Диаметр кабеля для тока 20 а

Утечка электричества в землю. Почему и как найти?

Почему существует утечка электричества? Как её найти и избежать?

Утечка электричества в землю или ток утечки в землю — это опасное явление, способное нанести ущерб имуществу, а в некоторых случаях жизни и здоровью человека. По сути это протекание электрического тока от фазы в землю, которое происходит не предназначенному для этого пути. Что именно подразумевается под «нежелательным путем» для тока. Это может быть корпус оборудования (например, стиральная машина), арматура, сырая штукатурка или почва, металлическая труба и даже человеческое тело.

Разумеется, ток сам по себе уйти в землю не может. Для этого необходима полноценная электрическая сеть, а в частности — наличие проводника, который находится в контакте с землей. Этот контакт может быть и случайным, и преднамеренным (заземлители).

Причины и признаки возникновения утечек тока на землю

Что касается домов, то какой бы не была изоляция электропроводки, проводники так или иначе связаны с землёй. Однако при хорошей изоляции ток, протекающий через нее незначительный, «неопасной» величины. Пороговое значение — около 1 мА.

Из-за чего же возможны утечки тока в землю? Вот некоторые распространенные причины:

  • Замыкание токоведущей части на заземленный корпус электрооборудования;
  • Повышенная влажность в помещениях (в том числе потопы);
  • Повреждение изоляции проводника или ее износ;
  • Падение проводов на землю;
  • Чрезмерная нагрузка на изоляцию и как следствие — пробой;
  • Использование земли в качестве провода электроустановки и пр.

Основной признак утечки электричества — ощущение даже еле уловимого воздействия электричества при прикосновении к прибору, трубе, стене и пр. Причина может быть и в проводке, и в самом потребителе электроэнергии. Довольно опасный признак — это когда «током бьет» в ванной комнате. Еще один симптом утечки — очень высокий расход электроэнергии (ток идет через счетчик даже тогда, когда все потребители отключены от сети).

Как найти проблему в электропроводке?

Для измерения сопротивления изоляции, а значит и для контроля тока утечки на землю используются:

Индикатор напряжения (индикаторная отвертка), который подлежит использованию только в случаях проверки приборов с корпусом из металла. К включенному потребителю подносится, например, индикатор-отвертка. Факт срабатывания индикации фазоискателя говорит о том, что потребитель неисправен.

Мультиметр. Использовать его можно только при обесточенном оборудовании. Перед проверкой мультиметр нужно переключить в режим измерения сопротивления на отметку 20 МОм. Один щуп прибора фиксируется на корпусе проверяемого изделия, второй — на одном из контактных штырей вилки. Тоже самое необходимо проделать для второго контактного. На шкале должна высвечиваться бесконечность. Если нет, то оборудованием пользоваться нельзя.

Транзисторный радиоприемник. Это проверенный старый метод. Вначале необходимо отключить все потребители электроэнергии. После пройтись с приемником в местах, где проходит проводка. На участке, где имеются проблемы динамик будет «фонить». Обратите внимание, что приемник должен быть настроен на частоту, при которой нет радиовещания.

Мегаомметр. Принцип его применения схож с использованием мультиметра. Стоит также учитывать, что при вращении рукоятки прибора генерируется напряжение, равное 500-1000 Вольт, которое может вывести из строя некоторые слаботочные электронные части оборудования.

Также определить, есть ли в квартире или доме большие утечки тока можно, взглянув на электронный счетчик. Если на нем горит светодиод «земля», то утечка почти наверняка есть. Отключите по очереди приборы в квартире. После выключения «проблемного» светодиод погаснет. Однако надо иметь в виду, что светодиод «земля» иногда горит и при отсутствии утечки. Это происходит в случаях, если имеются неисправные или дешевые импульсные блоки питания (например, недорогие энергосберегающие лампы).

Защита от утечек тока на землю

Для предотвращения утечек электричества созданы специальные устройства и приборы, в частности устройства защитного отключения (УЗО), реле утечки и дифференциальные аппараты, которые способны срабатывать мгновенно и отключать от сети всех потребителей при опасности.

Надежная качественная кабельная продукция станет не панацеей, но дополнительной гарантией против случаев утечки электричества. В нашем каталоге представлен большой выбор изделий от проверенных производителей, используя которые вы будете уверены в надежности проводки.

Ток утечки в кабеле и сопротивление изоляции кабеля

Определим ток утечки i в кабеле, возникающий вследствие несовершенства изоляции. Сечение кабеля изображено на рис.8. Линии напряженности поля и линии тока утечки в изоляции можно считать направленными по радиусам.

Проведем внутри изоляции цилиндрическую поверхность, имеющую радиус r и длину l в направлении оси кабеля. Имеем и, следовательно,.

Напряжение UAB между проводами найдем, составляя линейный интеграл напряженности электрического поля вдоль радиуса:

Отсюда находим сопротивление R и проводимость G изоляции кабеля:

Формулу для проводимости G можно было написать сразу, пользуясь методом электростатической аналогии. Для этого достаточно в формуле для емкости кабеля

приведенной заменить на.

Сопротивление заземления

Для осуществления соединения какой-либо точки электрической цепи с землей зарывают в землю металлические проводники, к которым и присоединяют соответствующую точку цепи. Систему таких зарытых в землю проводников называют заземлителем. Так, например, при соединении в звезду обмоток высокого напряжения трехфазного трансформатора, питающего линию передачи, обычно заземляют непосредственно или через некоторое сопротивление нейтральную точку трансформатора (рис.9). Этим достигается то, что напряжения проводов линии по отношению к земле при нормальном режиме не могут быть больше фазных напряжений. При повреждении изоляции одного из фазных проводов возникает ток короткого замыкания, проходящий от места повреждения через землю и заземлитель к нейтральной точке трансформатора. Электрический ток, проходя через землю, встречает некоторое сопротивление, называемое сопротивлением заземления. По существу, это — сопротивление земли, которое встречает ток при растекании от заземлителя. Вдоль поверхности земли создается падение напряжения, которое вблизи от мест заземления может достигать опасных для жизни человека значении уже на длине шага человека. Поэтому весьма существенно уметь вычислить сопротивление растеканию тока в земле при различных конструкциях заземлителей.

Читать еще:  Выключатель света для октавии

С заземлением отдельных точек цепи встречаемся в цепях как переменного, так и постоянного тока. В приведенном примере в земле протекает переменный ток. Распределение переменного тока в проводящей среде в принципе должно отличаться от распределения постоянного тока, так как при переменном токе в контурах, которые можно себе представить в проводящей среде, возникают индуктированные электродвижущие силы, оказывающие влияние на распределение тока. Однако ввиду большого удельного сопротивления земли при вычислении токов вблизи электродов можно пренебречь, во всяком случае при промышленной частоте, индуктированными электродвижущими силами по сравнению с активным падением напряжения и вести расчет, как при постоянном токе.

Формулы для проводимости G = i/U заземления могут быть написаны на основании метода электростатической аналогии по имеющимся формулам для емкости С = q/U соответственно расположенных тел.

Рис.10 Рис.11 Рис.12

В электростатических задачах обычно равным нулю принимают потенциал бесконечно удаленных точек. В интересующих нас задачах, относящихся к токам в земле, также принимают равным нулю потенциал бесконечно удаленных точек или практически достаточно удаленных от электрода точек. При этом в выражении G = i/U) величина U есть потенциал электрода, так же как в выражении С = q/U величина U есть потенциал заряженного тела.

Необходимо еще заметить, что в земле линии тока не уходят в бесконечность, а собираются у другого электрода или, как в примере, изображенном на рис.9, у места повреждения изоляции линии. Однако это обстоятельство мало сказывается на распределении тока около данного электрода и на значении соответствующего ему сопротивления заземления, так как основное сопротивление растеканию тока сосредоточено вблизи электрода, где плотность тока в земле имеет наибольшие значения.

Рассмотрим некоторые примеры. Так как емкость уединенного шара радиуса r равна

,

то проводимость заземления для шарового электрода, погруженного в землю столь глубоко, что можно пренебречь влиянием поверхности земли (рис.10), должна быть равна

,

причем R —сопротивление заземления.

Если электрод расположен близко от поверхности земли, то линии тока искажаются, как это видно из рис.11. В этом случае можно воспользоваться методом зеркальных изображений. Линии тока у поверхности земли должны быть к ней касательны. Это условие останется удовлетворенным, если мысленно заполнить воздушное пространство над поверхностью земли проводящей средой с такой же, как у земли, удельной проводимостью и поместить в эту среду электрод, являющийся зеркальным изображением действительного электрода относительно поверхности земли. Ток, выходящий из мнимого электрода, должен быть ра­вен по значению и по знаку току, выходящему из действительного электрода в землю.

Проводимость заземления для действительного электрода, очевидно, равна половине проводимости системы, образованной электродом и его зеркальным изображением. Так, например, проводимость для электрода в форме полушария, расположенного у поверхности земли так, как показано на рис.12, равна

Часто применяют заземлители в виде труб, забитых вертикально в землю (рис.13).

Пусть l — длина трубы и r — ее радиус. Предположим, что один конец трубы находится у самой поверхности земли. Длина трубы вместе с ее зеркальным изображением равна 2l.

Емкость цилиндра, имеющего длину 2l и радиус r, при 2l>r, приближенно равна

Следовательно, проводимость для системы из электрода и его зеркального изображения равна

Таким образом, проводимость заземления для электрода в форме вертикальной трубы выражается формулой

Для уменьшения сопротивления заземления заземляющее устройство часто выполняют в виде рядов забитых в землю труб, соединенных между собой металлическими полосами. Расчет проводимости заземления при таком сложном заземлителе может быть выполнен по аналогии с расчетом емкости системы соединенных между собой прямолинейных отрезков проводников.

Причины повреждений и пробоев кабельных линий

Как показывает опыт эксплуатации, достаточно много недостатков кабелей не определяются при профилактических испытаниях повышенным напряжением постоянного тока.

К этим недостаткам, которые значительно снижают надежность кабелей, относятся: осушение изоляции из-за перемещения или стекания пропиточного состава, электрическое старение изоляции, высыхание изоляции кабелей, работающих в тяжелых тепловых режимах, обычно связанное с разложением пропиточного состава (кристаллизация) и т.д.

Не только старение, но и крупные дефекты не всегда выявляются при профилактических испытаниях. Не определяются повреждение в оболочках кабелей, если изоляция не отсырела. Повреждение и местные дефекты в изоляции могут быть обнаружены при испытании лишь в том случае, если оставшийся неповрежденный участок изоляции не превышает 15-20% ее толщины.

В момент аварии кабель часто получает вторичные повреждения (обжигается дугой, деформируется внутренним давлением, поглощает влагу через поврежденное место и т.д.).

Оболочка кабеля является одним из более важных конструктивных элементов силового кабеля. Изоляция кабеля может оставить высокие диэлектрические свойства только в том случае, если отсутствует возможность проникновения у нее воздуха или влаги.

Свинцова или алюминиевая оболочки являются герметизирующим покровом кабеля.
Длительная допустимая механическая нагрузка для свинца 0,1 кг/мм2, для алюминия 0,8 кг/мм2. В отличие от свинца алюминий является вибростойким материалом, но намного уступает ему в стойкости к действию грунтовой коррозии.

Кроме заводских дефектов, которые приводят к повреждениям кабелей имеются:

1) механические повреждения, которые были нанесены при прокладке или последующих раскопках и других строительных работах, выполняемых в зоне кабельных трасс;
2) спиралеподобные вспучины (иногда трещины) как результат длительного действия циклов нагрева и охлаждения или значительных перегрузок кабеля более допустимых норм.
3) межкристаллические разрушения свинцовой оболочки под действием сотрясений и вибраций.
4) грунтовая, химическая коррозия под воздействием разнообразных химических реагентов, которые содержатся в почве.
5) разрушение оболочек кабелей блуждающими токами электрифицированного транспорта;

Читать еще:  Проходной выключатель с светодиодом схема подключения

Местные механические повреждения оболочек легко устанавливаются по внешнему виду, так как они сопровождаются повреждением джутовой оплетки и стальной брони. В большинстве случаев оказывается поврежденной и изоляция кабеля.

Механические повреждения носят локальный характер и после устранения поврежденного участка и монтажа вставки кабельная линия может продолжать быть в работе.

Межкристаллическое разрушение свинцовой оболочки – это рекристаллизация свинца, рост кристаллов и потеря связи между кристаллами. По внешнему виду в начальной стадии на оболочке появляется сетка мелких трещин. В последующем трещины все более увеличиваются и растрескивание оболочки сопровождается выпадением из нее групп кристаллов или даже отдельных кусков оболочки.

Масштаб межкристаллических разрушений (длина поврежденного участка кабеля) зависит от характера влияния, вызывающего сотрясения и вибрацию кабеля.

Чаще всего это вертикальный участок кабеля при переходе кабельной линии в воздушную, где сотрясения образуются проводами воздушной линии. Это могут быть участки кабелей на подходах к вращающимся машинам, создающие значительные вибрации, переходы кабельных линий под железнодорожными путями или шоссе, места прокладки кабелей по мостам, где вибрация и сотрясения создает двигающийся транспорт.

Наличие в продуктах коррозии перекиси (двуокиси) свинца указывает на ее электрическое происхождение от блуждающих токов. Характерным является цвет продуктов коррозии. Двуокись свинца, образуемая при протекании блуждающих токов имеет коричневый цвет (бурый осадок).

Продукты химической коррозии чаще всего имеют белый цвет, иногда с бледно-желтым или бледно-розовым оттенком.

При многократных изгибах кабеля, связанных из разматыванием, прокладкой, протяжкой в трубах и т.д., в местах возникших гофр алюминиевая оболочка дает продольную трещину или подрезается стальной бронелентой.
При установке муфт необходимо обращать внимание на состояние высыхания изоляции, разложения пропиточного материала и выпадения канифоли. У кабелей на напряжение 10 кВ и выше необходимо обращать внимание на электрическое старение изоляции и наличие у нее путей ионизации и частичных разрядов (ветвистые побеги, присутствие воскообразных веществ).

Воздушные включения — наиболее слабый элемент изоляции: в них начинают развиваться опасные ионизационные процессы и частичные разряды. Чем большие воздушные зазоры (особенно в радиальном направлении), тем они опаснее. В связи с этим жестко регламентировано количество допустимых совпадений бумажных лент. При большом количестве совпадений слой изоляции становится неустойчивым к выгибаниям. На бумажных лентах, расположенных под совпадающими зазорами (нижерасположенных лент), образуются продольные складки, которые под воздействием тепловых деформаций (нагревы и охлаждения кабеля) превращаются в продольные трещины, – такой же опасный дефект, как и совпадение бумажных лент.
Продольная складка нередко превращается в сплошную трещину, и при разборке изоляции кабеля вместо одной ленты сматываются две. Наиболее часто это наблюдается при величине перекрытия лент, близких до 50%.
При протекании токов короткого замыкания на очень короткое время (секунды) допускается подъем температуры жил (а, следовательно, и прилегающих слоев изоляции) к 125° или 200° соответственно для кабелей 20-35 кВ и 1-10 кВ.

Это обусловлено тем, что при температурах выше 135-140° в бумажнопропитанной изоляции быстро развиваются процессы необратимого старения бумажной основы изоляции (разрушение волокна целлюлозы, из которых состоит бумага).

Настолько же опасные и длительные аварийные перегрузки кабелей, когда нагрел жил и изоляции существенно превышает длительнодопустимые по нормам.
При вскрытии таких кабелей (после аварийного или профилактического пробоя) особенное внимание следует обращать на состояние фазной изоляции и бумажных лент, непосредственно примыкающих к жиле.

Опасные местные перегревы кабелей возможны в местах, где кабели проложены в земле с нарушением основных норм прокладки: с примыканием одного к другому или при выполнении в земле «запасов» в виде колец (запрещено правилами). В этих случаях, как установлено, кабели могут нагреваться к температурам, превышающих 100°.

В кабелях на напряжение 20-35кВ расчетные электрические градиенты приблизительно в два раза выше, чем в кабелях на 6 кВ. Потому уже при незначительном осушении, особенно на вертикальных участках, в них начинается ионизация воздушных включений и начинаются частичные разряды.

Необходимость замены вертикальных участков кабелей должна подтверждаться результатами рассечения, разборки и оглядел образцов кабелей.

Опасная степень электрического старения подтверждается наличием черных ветвистых побегов на бумажных лентах.

При обзорах токопроводящих жил кабеля необходимо обращать внимание на следующих наиболее часто встречающиеся дефекты:

— неправильную форму круглой или секторной жилы (например, один угол сектора острее, чем другой);
— выпирание или западание отдельных проволакиваний, пилообразный профиль жилы;
— наличие заусенцев на жилах.

Эти дефекты приводят к искривлению электрического поля, образованию местных повышенных напряженностей, что особенно опасно для кабелей на напряжение 10 кВ и выше. Жилы с отдельно выпирающими проволакиваниями или из заусенцами опасны в том отношении, что во время изгибов кабеля или при тепловых деформациях может быть смята, продавлена или разрезана примыкающая к жиле бумажная изоляция.

Наличие таких дефектов, значительно снижающих надежность кабеля, недопустимо.

Возможны и более грубые дефекты в жилах. Например, пересечение отдельных проволакиваний. В этом случае жила принимает неправильную форму, а в слое изоляции образуются глубокие складки. Кабели с такими дефектами не пригодны для прокладки.

При рассечении кабелей после аварийных пробоев следует учитывать ряд других изменений, связанных с горением дуги и образованием в кабеле значительных внутренних давлений.

Большим давлением может существенно деформироваться свинцовая оболочка кабеля, могут быть смещены и даже выброшены (вместе с газами) заполнители, смещенные бронеленты.
При профилактических испытаниях и пробоях, из-за малой мощности испытательных установок, такие деформации не возникают (прожигающая и ударная установки не учитываются).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector