Реферат: Реферат по дисциплине Воздушные и кабельные линии электропередач

Статистика пожаров по странам, включая Российскую Федерацию, сообщает, что наиболее распространенными причинами пожаров являются: нарушение правил монтажа электрической проводки и оборудования, а так же не соблюдения требований эксплуатации; утечки газа и неправильная эксплуатация газового оборудования; нарушение технологических процессов, в которых используются легковоспламеняющиеся вещества; курение.Данные возгораний по объектам различного назначенияИз приведенных данных видно, что абсолютным лидером по количеству пожаров является «Жилые дома» и, устанавливая причины пожара, пожарные в более чем 50 % случаев приходят к выводу, что «пожар возник из-за неисправности электропроводки». Это – результат пренебрежительного отношения к опасностям, связанным с электрической проводкой. И самое печальное – при пожарах в жилом секторе гибнут люди.4. Расчет изоляции кабеля.Расчет изоляции кабеля основан на нескольких факторах, включая рабочее напряжение, ток нагрузки, тип изоляции, условия эксплуатации и нормативные требования. Вот общий подход к расчету изоляции кабеля: 1.Определите рабочее напряжение кабеля: Рабочее напряжение указывает на максимальное напряжение, при котором кабель будет эксплуатироваться. Это значение определяется требованиями системы или стандартами. 2.Определите ток нагрузки: Ток нагрузки указывает на максимальный ток, который будет проходить через кабель. Это значение может быть определено на основе электрических характеристик потребителей, подключенных к кабелю. 3.Определите тип изоляции: Различные типы кабельной изоляции имеют различные характеристики, включая максимальную рабочую температуру, уровень изоляционного сопротивления и допустимое напряжение пробоя. В зависимости от требований и условий эксплуатации, выберите подходящий тип изоляции для кабеля. 4.Рассчитайте необходимую толщину изоляции: Необходимая толщина изоляции определяется на основе рабочего напряжения, уровня изоляционного сопротивления и допустимого напряжения пробоя. Существуют стандартные таблицы и формулы, которые могут быть использованы для расчета необходимой толщины изоляции в зависимости от типа кабеля и его характеристик. 5.Учтите условия эксплуатации и нормативные требования: при расчете изоляции кабеля также необходимо учесть условия эксплуатации, такие как температура окружающей среды, влажность, воздействие химических веществ и механические нагрузки. Требования стандартов и нормативных документов также должны быть учтены при выборе и расчете изоляции кабеля. Важно отметить, что расчет изоляции кабеля является сложным процессом, требующим знаний и опыта в области электротехники. Для более точного расчета и обеспечения соответствия нормативным требованиям рекомендуется обратиться к специалистам или использовать специализированные программы или инженерные расчеты, разработанные для расчета изоляции кабелей. Это позволит учесть все необходимые факторы и получить точные результаты. Расчет изоляции кабеля является важной задачей для обеспечения надежной и безопасной работы электроэнергетической системы. Неправильно спроектированная или недостаточная изоляция может привести к возникновению коротких замыканий, перенапряжений или повреждений кабеля, что может привести к авариям и неисправностям.

В заключение, расчет изоляции кабеля требует учета нескольких факторов, таких как рабочее напряжение, ток нагрузки, тип изоляции, условия эксплуатации и нормативные требования. Комплексный подход к расчету, с использованием стандартных таблиц, формул и специализированных программ, поможет обеспечить надежность и безопасность электроэнергетической системы.4.1. Электрический расчет изоляцииРасчет геометрических размеров кабеля производится таким образом, чтобы напряженность электрического поля в изоляции не превышала определенного значения. Это значение зависит от вида материала изоляции и типа кабеля. Класс напряжения – это номинальное линейное напряжение на приемнике электроэнергии (U_н). Кабель рассчитывается на наибольшее рабочее напряжение (U_{раб max}), так как на генераторе напряжение выше: U_{раб max}=кU_н (2.1)Кроме того, учитывается режима работы нейтрали (табл.1), который зависит от класса напряжения.

Таблица 1. Величины расчетных напряжений.

Кабели на напряжения от 1 до 35 кВ работают с изолированной или резонансно заземленной нейтралью, поэтому при однофазном коротком замыкании на землю напряжение на неповрежденных фазах возрастает до линейного. Следовательно, расчет изоляции необходимо вести на линейное напряжение U₀=U_л. Кабели на напряжения от 110 кВ и более работают с заземленной нейтралью, поэтому при однофазном коротком замыкании на землю происходит отключение и напряжение на фазах не может быть больше фазного – U₀=U_ф. Напряженность электрического поля на токопроводящей жиле имеет равнозначные названия: 1) E_max – максимальная, _Eраб – рабочая, E_доп – допустимая, их значения берутся из литературы.

1. 
   4.2. Расчет толщины изоляции кабеля переменного тока
   

В кабеле переменного тока с круглыми жилами напряженность электрического поля изменяется по гиперболическому закону (рис. 2.1 и формула (2.1)). Это обусловлено тем, что изоляция однородна. Рис. 2.1. Распределение напряженности электрического поля в кабеле переменного тока

Порядок расчета

1. 
   Дано:
   

• 
  класс напряжения – U_н, кВ,
  
• 
  сечение токопроводящей жилы S, мм².
  

2. 
   Находим в литературных источниках:
   

• 
  допустимую напряженность электрического поля E_доп.
  

3. 
   Определяем напряжение, которое фактически воздействует на изоляцию, по формуле (2.1) и табл. 3.
   
4. 
   Рассчитываем токопроводящую жилу.
   
5. 
   Определяем радиус по изоляции:
   

(2.2)

6. 
   Вычисляем толщину изоляции:
   

_из =r₂ – r₁ (2.3)В том случае, если изоляция неоднородна, например, имеются два слоя с диэлектрическими проницаемостями e₁ и e_{2 (}рис. 2.1), на границе раздела слоев возникает заряд. Это приводит к скачку напряженности электрического поля (рис.2.3). Напряженность изменяется по радиусу:1) в первом слое ; 2) во втором слое _{, (}2.4)где .Рис. 2.2. Кабель с изоляцией Рис. 2.3. Скачек напряженностииз двух слоев электрического поляСуществуют два способа градирования. В первом способе уменьшается напряженность электрического поля на жиле r₀ (рис. 2.4); во втором способе сохраняется прежняя напряженность электрического поля на жиле, в результате чего уменьшается радиус кабеля от r₂ до r₃ (рис. 2.5).Рис. 2.4. Первый способ градирования До градирования (рис. 2.2) напряженность электрического поля изменялась по кривой 1 – 7. После градирования напряженность на жиле (т. 1) уменьшилась (т. 2). Напряжение в первом слое уменьшилось на величину пропорциональную площади S₁, во втором слое напряжение возросло на S₂, причем S₁=S₂, так как суммарное напряжение осталось U₀. После градирования напряженность изменяется по кривой 2 – 5 –3 – 6.

Рис. 2.5. Второй способ градирования До градирования по второму способу (рис. 2.5) напряженность распределялась по кривой 1 – 6. После градирования напряженность на жиле (т. 1) осталась без изменений, однако радиус кабеля уменьшился от r₂ доr₃. После градирования напряженность распределялась по кривой 1 – 3 – 2 – 4. Напряжение на кабеле осталось прежним U₀, поэтому S₁=S₂.Порядок расчета

1. 
   Дано:
   

• 
  класс напряжения – U_л, кВ,
  
• 
  сечение токопроводящей жилы S, мм².
  

2. 
   Находим в литературных источниках:
   

- допустимую напряженность электрического поля в первом E₁ и втором E₂ слоях ([2], стр. 88), например, E₁=9,2 кВ/мм,E₂=8,6 кВ/мм ;- диэлектрическую проницаемость первого ε₁ и второго ε₂ слоев ([2], стр. 88), например, ε₁=4,3 ε₂=3,5.

3. 
   Определяется напряжение, которое фактически воздействует на изоляцию, по формуле (2.1) и табл. 3.
   
4. 
   Рассчитываем токопроводящую жилу в соответствии с разделом 1.2.
   
5. 
   Вычисляются коэффициенты k и f:
   

, (2.6)

6. 
   Вычисляется радиус первого слоя:
   

. (2.7)7. Вычисляется радиус второго слоя: (2.8)

8. 
   Строим кривую распределения напряженности электрического поля до градирования по формуле:
   

. (2.9)

8. 
   Строим кривую распределения напряженности электрического поля в первом слое после градирования по формуле:
   

(2.10)

8. 
   Строим кривую распределения напряженности электрического поля после градирования во втором слое по формуле:
   

(2.11)4.3. Расчет допустимого тока нагрузки при наличии потерь в изоляции кабеляДиэлектрические потери – это потери в изоляции за счет активного тока I_a. Отношение активного тока в диэлектрике к реактивному токуI_c есть тангенс угла диэлектрических потерь tg. Диэлектрические потери

P и емкость кабеля C с круглой жилой и однородной диэлектрической проницаемостью вычисляются по формуле: , (2.12)где e₀=8,85^.10^-12, Ф/м – диэлектрическая постоянная;  - диэлектрическая проницаемость.Составляем тепловую схему замещения кабеля (рис.3.2), в котором источником тепла является токопроводящая жила и изоляция.Рис. 3.2. Тепловая схема замещения кабеля с диэлектрическими потерями Запишем уравнение теплового баланса: (2.13)Выразим допустимый ток: , (2.14)где I=I_доп – допустимый ток нагрузки,T_ж=T_раб – допустимая рабочая температура изоляции.4.4. Расчет тока короткого замыканияВозможны два варианта: короткое замыкание с предшествующей нагрузкой и короткое замыкание без предшествующей нагрузки.

1. 
   Короткое замыкание с предшествующей нагрузкой.
   

; , (2.15)где C_ж – теплоемкость жилы,T_к.з. – температура, до которой можно кратковременно нагреть изоляцию,_к.з. – время короткого замыкания, – сопротивление токопроводящей жилы при температуре T₀, – температурный коэффициент удельного объемного сопротивления.

2. 
   Короткое замыкание без предшествующей нагрузки.
   

; (2.16)4.5. Расчет кабеля постоянного токаВ кабеле постоянного тока через изоляцию протекает ток I, плотность которого равна: , (2.12)где S=2rl – цилиндрическая поверхность, l – длина кабеля.Из закона Ома (2.13)находим напряженность электрического поля: