Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

воды и предназначаются только для поддержания проводов. Горизонтальные усилия воспринимаются анкерными опорами нормальной высоты, которые устанавливаются рядом с «ворот­ ными».

Для линий напряжением до 1000 В и 6—10 кВ используются

в шапку подвесного изолятора. Провода к изоляторам крепят зажимами различных типов, соединяют провода с помощью специальной арматуры.

Кабельные линии прокладываются в тех случаях, когда при­ менение воздушных линий невозможно или нежелательно, на­ пример в условиях стесненности на территории предприятия, на переходах через специальные сооружения, во взрывоопасных помещениях и т. п. Это объясняется более высокой стоимостью и большей затратой цветных металлов на кабельную линию по сравнению с воздушной при передаче одной и той же мощно­ сти. Обнаружение и ликвидация повреждений в кабельной ли­ нии требуют больших затрат времени, чем в воздушной. В то же время кабельные линии обладают рядом преимуществ: не­ доступностью для посторонних лиц, защищенностью от грозо­ вых поражений и воздействий ветра, гололеда, взрыво- и пожа­ роопасной среды.

Наиболее распространены кабели на напряжение до 1000 В и до 10 кВ. Кабели на напряжение 35 и 110 кВ в нефтяной и газовой промышленности практически не применяются.

Существуют различные типы кабелей с разными числами токопроводящих жил, конструкциями и материалами оболочек. Конструкция трехжильного кабеля с секторными жилами на напряжения 1—10 кВ показана на рис. 1.11.

Для соединения кабелей напряжением 6—10 кВ со свинцо­ выми и алюминиевыми оболочками применяют свинцовые со­ единительные муфты (рис. 1.12), которые заливают кабельной массой и защищают от механических повреждений чугунной или пластмассовой оболочкой.

Оконцевание кабелей напряжением до 10 кВ в сухих отап­ ливаемых и неотапливаемых помещениях осуществляется с по­ мощью стальных концевых воронок (рис. 1.13), сухих заделок полихлорвиниловой лентой и концевых заделок из эпоксидных смол. На открытом воздухе оконцевание этих кабелей произво­ дится с помощью концевых муфт с фарфоровыми изоляторами.

Кабели вне помещений прокладывают в траншеях (рис. 1.14, а), а при большом количестве кабелей для них делают специальные туннели (рис. 1.14, б).

На морских промыслах иногда прокладывают специальные кабели марки СК по дну моря. На берег эти кабели выводят в трубах, а на морские основания — по сваям оснований.

31

Однако, если позволяет трасса линии, на морских промыс­ лах кабели прокладывают главным образом по эстакадам, что обеспечивает большую надежность их по сравнению с подвод­ ными линиями.

Кабели СК имеют строительную длину 500 м. Поэтому, если длина линии превышает эту величину, применяют подводные соединительные муфты. Однако таких соединений стараются избегать, для чего на море делают небольшие основания, на которых соединяют кабели в воздухе обычными муфтами.

Рис. 1.14. Прокладка кабелей в траншее и в тоннеле

Силовые кабели, прокладываемые в туннелях и внутри по­ мещения (в каналах, непосредственно на стенах и др.), должны быть освобождены от наружного покрова из пряжи (джутовой оплетки) в целях пожарной безопасности.

§6. Токи короткого замыкания

иих действие на аппаратуру

Для выбора аппаратуры подстанций и РП, расчета защитных устройств, площади сечений соединительных проводов на под­ станциях, а часто и проводов линий передачи необходимо знать возможные значения токов, протекающих при коротких замы­ каниях (к. з.).

Короткое замыкание, под которым понимается соединение различных полюсов или фаз электрической цепи сопротивлением малой величины, нарушающее нормальные условия эксплуата­ ции, может быть нескольких видов.

Для трехфазной системы различают:

1) трехфазное к. з.— три фазы соединены накоротко в од­ ной точке;

фаз и нейтралью системы (землей — при заземленной нейтрали). Могут быть и другие, более сложные виды к. з., приводя­ щиеся в основном к перечисленным, например двухфазные за­

мыкания в разных точках и др.

Трехфазное к. з. называют симметричным, так как в этом случае сохраняются равенство токов различных фаз, сдвиг по фазе между этими токами и равенство фазных напряжений.

Основная причина возникновения к. з.— нарушение изоляции токоведущих частей в результате старения изоляционных мате­ риалов или действия перенапряжений. Не исключены к. з. из-за ошибочных операций персонала при управлении аппаратурой распределительных устройств, механического повреждения изо­ ляции, соединения неизолированных токоведущих частей по­ сторонними предметами и т. п.

Сила тока к. з. определяется данными генераторов, питаю­ щих систему, и результирующим электрическим сопротивле­ нием цепи от генерирующих установок до места к. з., характе­ ризующим «электрическую удаленность» места к. з.

Протекание процесса к. з.

При внезапном трехфазном к. з. на зажимах генератора или при небольшой «электрической удаленности» места к. з. от ге­ нератора изменения тока к. з. будут характеризоваться кри­ выми, представленными на рис. 1.15.

При возникновении к. з. начинается переходный процесс, в течение которого полный ток к. з. iK представляется суммой апериодической (ia) и периодической (*п) слагающими

Периодическая слагающая одинакова во всех трех фазах, апериодическая—имеет наибольшее начальное значение в той фазе, где напряжение в момент к. з. проходит через нуль. Так как активное сопротивление рассматриваемой цепи к. з. незна­ чительно, а преобладающим является индуктивное сопротивле­ ние, моменту перехода напряжения через нуль соответствует максимальное значение периодической слагающей тока к. з. in. Если ток, предшествовавший моменту к. з., равен нулю, то в начальный момент (t= 0)

Если же протекал ток нагрузки iHо, то в этот момент

На рис. 1.15 показан ток в фазе, в которой ta имеет наи­ большее начальное значение.

34

Апериодическая слагающая затухает по экспоненциальному закону:

где е — основание натуральных логарифмов; t — время; г и L — соответственно активное сопротивление и индуктивность цепи к. з. (в машине L — индуктивность, которая определяется по­ током рассеяния).

Апериодическая слагающая практически полностью затухает через 6—10 периодов, т. е. через 0,12—0,2 с при частоте 50 Гц.

= a r c tg - ^ — угол сдвига фаз между током к. з. и э. д. с., близ­

кий к 90°; z — полное сопротивление.

Величина Етах после возникновения к. з. убывает от пери­ ода к периоду вследствие увеличения потока реакции якоря в генераторе, направленного почти прямо противоположно основ­ ному магнитному потоку машины из-за ф1;~90° Поэтому убы­ вают амплитуды периодической слагающей тока к. з. Это про­ должается до тех пор, пока не вступает в работу автоматиче­ ский регулятор напряжения (АРН), который при снижении на­ пряжения увеличивает ток возбуждения генератора, увеличивая Етах (рис. 1.15, линия А). Влияние АРН практически начинает сказываться через 0,25—0,3 с после начала к. з. и приводит к увеличению периодической слагающей тока к. з. Через 3—5 с

после возникновения к. з. заканчивается переходный процесс, устанавливаются неизменный результирующий магнитный по­ ток в зазоре машины и периодическая слагающая тока к. з. постоянной амплитуды. Процесс к. з. переходит в установив­ шийся.

Полный ток к. з. имеет наибольшее мгновенное значение че­ рез 7г периода (772) от момента возникновения его, представ­ ляющее собой сумму максимального значения периодической слагающей /п шах и значения апериодической слагающей в мо­

мент t = — =0,01 с:

2

дельные значения Ку, равные 1 и 2, соответствуют предельным значениям L = 0 и г = 0.

При к. з. вблизи генератора (при малых активных сопро­ тивлениях цепи) принимают Ку= 1,8.

Начальное (действующее) значение периодической слагаю­ щей тока к. з. принято называть сверхпереходным током и обоз­ начать символом I":

тогда

Ток установившегося режима принято называть установив­ шимся током к. з. и обозначать символами ioo, loo (действую­ щее значение).

Наибольшее действующее значение полного тока к. з. /у бы­ вает в первый период после возникновения к. з. Оно определя­ ется обычно с допущением, что амплитуды периодической сла­ гающей в обе половины первого периода одинаковы и что апе­ риодическая слагающая за первый период не изменяет своей величины и равна ее значению в момент времени, равный 772.

При этом

Так как

i

36

1 000 В наиболее широкое применение нашел метод кривых за­ тухания. Для пользования этим методом необходимо знать па­ раметры генераторов, трансформаторов, линий передачи и дру­ гих элементов цепи к. з., выраженные в относительных единицах.

Рассматриваемую электрическую величину при этом выра­ жают в виде отношения ее к исходной величине, называемой базисной.

Например, любое напряжение U, силу тока / можно пред­ ставить в виде долей от базисных величин U& и соответственно /о, т. е. выразить в относительных единицах:

Относительным сопротивлением при данных базисных усло­ виях называют отношение падения напряжения ДU, вызван­ ного протеканием через сопротивление z0M базисного тока Iб, к базисному напряжению UQ, т. е.

и л. 6

Формулы (1.36) и (1.37) применимы не только для полного сопротивления г, но и для отдельных слагающих его: активного

ги индуктивного х сопротивлений.

Впаспортах тех элементов цепи, которые вводятся в расчет своими относительными сопротивлениями (генераторы, транс­ форматоры), обычно эти сопротивления указываются выражен­ ными по отношению к своим номинальным условиям £/н, SHи др.

37

Для приведения сопротивлений z*u (г*н> я*н)? заданных при номинальных условиях, к базисным условиям следует произ­ вести пересчет по формуле

показывающей, что относительные сопротивления прямо про­ порциональны соответствующим мощностям. При этом базис­ ное напряжение данной ступени принимают равным ее сред­ нему номинальному напряжению, под которым понимается среднее значение номинального напряжения ступени, например

в пределах 0,055—0,105, турбогенераторов 0,12—0,18, гидроге­ нераторов и синхронных компенсаторов 0,2—0,3.

При вычислении тока к. з. методом кривых затухания ис­ пользуют расчетные кривые для отечественных турбогенерато­ ров и гидрогенераторов. В этих кривых учитываются индуктив­ ное сопротивление генератора х*Г для различных моментов вре­ мени, начиная от начала к. з., индуктивные сопротивления сети х*к до места к. з. и нагрузки х*н (рис. 1.16).

Кривые затухания дают относительные величины действую­ щего значения периодической слагающей тока к. з. /*п< непо­ средственно в точке к. з. в разные моменты переходного режима

противление генератора, которому соответствует сверхпереход­ ный ток I"

На рис. 1.17 показаны расчетные кривые для типового тур­ богенератора с АРН.

Таким образом, ток трехфазного к. з. определяют по кривым затухания в следующем порядке:

1. Находят результирующее сопротивление цепи к. з. от генераторов до точки к. з. храСч в относительных единицах по

38

расчетной схеме. При определении х расч все сопротивления эле­ ментов цепи к. з. приводят к базисным условиям. Базисную мощность принимают равной сумме номинальных мощностей ге­ нераторов, т. е. S6 = 5 h2-

2. По расчетным кривым для любого момента t находят от­ носительную величину периодической слагающей тока к. з. /*п<; в частности, для ^=0 можно найти относительный сверх­ переходный ток /".

3. Определяют периодическую слагающую тока к. з. для лю­ бого момента

39

произошло к. э.,

^HS- ' T ^ ----•

VT и п

При %шч>3 процесс к. з. можно считать незатухающим для всех моментов:

(1.39)

Хрвеч

Ударный ток iy н наибольшее действующее значение полного тока к» а* /у можно определить по найденному значению /", пользуясь соотношениями (1.34) и (1.35).

При двухфазном к. з. размагничивающее действие якоря и генератора значительно слабее, чем при трехфазном. Устано­ вившийся ток двухфазного к. з., а также значения тока двух­ фазного к. з. переходного режима с некоторого момента вре­ мени больше, чем соответствующие значения тока трехфазного к. з. Начальное же значение силы тока двухфазного к. з. Г меньше соответствующего значения силы тока трехфазного к. з.

Для определения тока двухфазного к. з. по расчетным кри­ вым необходимо удвоить расчетное сопротивление, определен­ ное нз расчетной схемы для трехфазного к. з. По удвоенному значению сопротивления пользуясь расчетными кри­ выми, находят относительный ток Л?» который умножают на

соответствии с формулой (1Д9) получают значение пе­ риодической слагающей тока двухфазного к. з.

(1.41)

При расчетах токов к. з.. в рашределдагелшых сетах 6— 16 кв часты случаи, когда активным еошролгавлешнем лжеешм пренебрегать, нельзя.. Обычно активное еошротшвлеште учитыва­ ется,, еешн общее индуктивное сопротивление щели к.. з.. превы­ шает активное менее чем в 3 раза..

В тех случаях, когда иодетанщия пршсоедшняепся к шспеме через шннжаюшдай трансформатор относшетьшо шебошшлпшй мощности, мощность системы можно шритошматпь равной беекоь нечнасти, а сопротивление ее до зажимов трансформатора счи­ тать равным нулю.. При злом напряжении® wia сторон® шыксппшп® напряжения трансформатора при к. з.. iwa вторичной сторон® МОЖ1ЙО считать неийменным, а нертюдагоеская слагающая тюка к. в. будет иметь неигзменздое дейсшуоще® значению в печени® всего времени протекания к. з„ т. е.

т