Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00394 007575 13584246 na godz. na dobę w sumie
Urządzenia elektroenergetyczne - ebook/pdf
Urządzenia elektroenergetyczne - ebook/pdf
Autor: Liczba stron:
Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-01-18594-7 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> naukowe i akademickie >> inżynieria i technika
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

Autor omawia w książce między innymi obliczanie prądów zwarciowych, zjawiska powodowane przepływem prądów roboczych i zwarciowych, a także zasady działania, rozwiązania konstrukcyjne, właściwości techniczne oraz kryteria doboru różnych urządzeń elektroenergetycznych, głównie średniego i wysokiego napięcia.
Przedstawia też układy połączeń stacji i sieci elektroenergetycznych, urządzenia kierowania pracą stacji oraz inne warunkujące przesył energii elektrycznej od źródeł jej wytwarzania do szyn zbiorczych rozdzielnic niskiego napięcia.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

Książka zawiera podstawowe wiadomości o urządzeniach i stacjach elektroenergetycznych oraz sieciach rozdzielczych i instalacjach elektrycznych zarówno wysokiego, jak i niskiego napięcia. Autor omawia w niej między innymi obliczanie prądów zwarciowych, zjawiska powodowane przepływem prądów roboczych i zwarciowych, a także zasady działania, rozwiązania konstrukcyjne, właściwości techniczne oraz kryteria doboru różnych urządzeń elektroenergetycznych, głównie średniego i wysokiego napięcia. Przedstawia też układy połączeń stacji i sieci elektroenergetycznych, urządzenia kierowania pracą stacji oraz inne warunkujące przesył energii elektrycznej od źródeł wytwarzania do szyn zbiorczych rozdzielnic niskiego napięcia. Wydawnictwo poleca tę książkę przede wszystkim studentom wydziałów elektrycznych wyższych szkół technicznych, jak również praktykom elektroenergetykom, którzy z pewnością znajdą w niej coś dla siebie. Henryk Markiewicz Urządzenia elektroenergetyczne H e n r y k M a r k i e w i c z U r z ą d z e n i a e l e k t r o e n e r g e t y c z n e ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Wydawnictwo WNT O Autorze: Prof. dr hab. inż. Henryk Markiewicz jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym Wydziału Elektrycznego Politechniki Wrocławskiej, a także członkiem Komitetu Elektrotechniki PAN. W swoim dorobku ma 7 książek oraz około 100 publikacji naukowych i naukowo-technicznych dotyczących urządzeń i stacji elektroenergetycznych, instalacji elektrycznych oraz uziemień i ochrony przeciwporażeniowej. Wszelkie uwagi na temat książki prosimy kierować pod adresem poczty elektronicznej prof. H. Markiewicza: i8@elektryk.ie.pwr.wroc.pl ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Urządzenia elektroenergetyczne ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Henryk Markiewicz Urządzenia elektroenergetyczne Wydanie czwarte Wydawnictwo WNT ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Opiniodawca: prof. dr hab. inż. Gerhard Bartodziej Redaktor: mgr inż. Barbara Chojnowska-Ślisz Redaktor techniczny: Anna Szeląg Projekt okładki i stron tytułowych: Przemysław Spiechowski Ilustracja na okładce: Martin Capek/Shutterstock Wydawca: Adam Filutowski Współpraca reklamowa: reklama@pwn.pl Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty. Szanujmy cudzą własność i prawo Więcej na www.legalnakultura.pl Polska Izba Książki Copyright © by Henryk Markiewicz Warszawa 2001, 2008 Copyright © by Wydawnictwo WNT Warszawa 2012 Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA Warszawa 2016 ISBN 978-83-01-18594-7 Wydanie IV – 1 dodruk (PWN) Warszawa 2016 Wydawnictwo Naukowe PWN SA 02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2 tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288 infolinia 801 33 33 88 e-mail: pwn@pwn.com.pl www.pwn.pl Druk i oprawa: OSDW Azymut Sp. z o.o. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Spis treści SPIS TREŚCI Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1. Wiadomości ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1. Klasyfikacja urządzeń elektroenergetycznych i niektóre definicje ................... 13 1.2. Narażenia klimatyczne i środowiskowe ............................................... 16 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych ............. 17 1.4. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń elektroenergetycznych .......... 25 1.4.1. Wyjaśnienia ogólne .................................................................. 25 1.4.2. Środowiskowe warunki pracy ......................................................... 26 1.4.3. Elektryczne warunki pracy ............................................................ 28 1.4.4. Kompatybilność elektromagnetyczna .................................................. 30 2. Zwarcia w układach elektroenergetycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1. Wiadomości ogólne ..................................................................... 35 2.2. Przebiegi prądu zwarciowego .......................................................... 37 2.3. Metoda PNE obliczania prądów zwarciowych ........................................ 42 2.3.1. Wyjaśnienia ogólne .................................................................. 42 2.3.2. Zwarcia odległe od generatorów ...................................................... 43 2.3.3. Zwarcia w pobliżu generatora ........................................................ 50 2.3.4. Obliczanie niektórych charakterystycznych wielkości prądu zwarciowego ................ 53 2.3.5. Zwarcia jednofazowe w sieciach o małym prądzie ziemnozwarciowym ................... 61 2.3.6. Zwarcia w sieciach niskiego napięcia .................................................. 68 Impedancje elementów układu elektroenergetycznego .............................. 70 2.4. 2.5. Przeliczanie impedancji elementów układu elektroenergetycznego na jeden poziom napięcia .............................................................. 81 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 6 Spis treści 2.6. Przykłady obliczeń prądów zwarciowych ............................................. 82 2.6.1. Zwarcie trójfazowe w sieci średniego napięcia ......................................... 82 2.6.2. Zwarcia w sieci i instalacji niskiego napięcia ........................................... 87 3. Cieplne oddziaływania prądów roboczych i zwarciowych . . . . . . . 95 3.1. Źródła ciepła w urządzeniach elektrycznych .......................................... 95 3.2. Wpływ temperatury na właściwości materiałów .................................... 100 3.3. Przewodzenie i oddawanie ciepła do otoczenia .................................... 105 3.4. Nagrzewanie się przewodów i przewodników pod wpływem prądów roboczych .................................................................... 109 3.5. Nagrzewanie się cewek .............................................................. 112 3.6. Obciążalność prądowa przewodów i urządzeń ..................................... 114 3.7. Cieplne działanie prądów zwarciowych ............................................. 120 3.8. Zwarciowa cieplna obciążalność przewodów i urządzeń elektrycznych .......... 123 4. Dynamiczne oddziaływania prądów zwarciowych . . . . . . . . . . . . . . . 126 4.1. Podstawowe zależności .............................................................. 126 4.2. Analiza niektórych charakterystycznych układów przewodników ................. 129 4.2.1. Dwa równoległe przewodniki ........................................................ 129 4.2.2. Prostopadłe układy przewodników ................................................... 133 4.2.3. Siły elektrodynamiczne w elementach urządzeń o zmiennym przekroju torów prądowych . 134 4.3. Siły elektrodynamiczne w obwodach prądu przemiennego ........................ 135 4.4. Odporność urządzeń elektrycznych i szyn zbiorczych na narażenia mechaniczne .......................................................................... 137 5. Łączniki elektroenergetyczne. Wiadomości ogólne . . . . . . . . . . . . . 149 5.1. Klasyfikacja i podstawowe parametry łączników ................................... 149 5.2. Zestyki elektryczne ................................................................... 153 5.2.1. Wiadomości ogólne ................................................................. 153 5.2.2. Rezystancja zestykowa ............................................................. 153 5.2.3. Nagrzewanie się zestyków .......................................................... 156 5.2.4. Obciążalność zwarciowa zestyków ................................................... 158 5.2.5. Odskoki sprężyste styków ........................................................... 160 5.2.6. Materiały stykowe .................................................................. 162 5.2.7. Erozja styków ...................................................................... 164 5.2.8. Typowe konstrukcje zestyków rozłącznych ........................................... 165 5.3. Elektryczny łuk łączeniowy ........................................................... 166 5.3.1. Jonizacja przestrzeni łukowej ........................................................ 166 5.3.2. Dejonizacja przestrzeni łukowej ...................................................... 169 5.3.3. Zapalanie się łuku elektrycznego między rozchodzącymi się stykami łączników .......... 171 5.3.4. Charakterystyki prądowo-napięciowe łuku ............................................ 171 5.3.5. Warunki gaszenia łuku elektrycznego ................................................ 173 5.3.6. Wytrzymałość elektryczna przerwy międzystykowej łączników podczas naturalnego gaśnięcia łuku ...................................................................... 178 5.3.7. Łuk elektryczny w próżni ............................................................ 179 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Spis treści 7 5.4. Techniki gaszenia łuku elektrycznego ............................................... 183 Informacje ogólne .................................................................. 183 5.4.1. 5.4.2. Gaszenie łuku w powietrzu .......................................................... 184 5.4.3. Gaszenie łuku w cieczach ........................................................... 187 5.4.4. Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego powietrza .................................... 189 5.4.5. Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego sześciofluorku siarki .......................... 191 5.4.6. Gaszenie łuku w próżni ............................................................. 192 5.4.7. Gaszenie łuku w obecności materiałów samogazujących .............................. 193 5.4.8. Gaszenie łuku w materiałach drobnoziarnistych ....................................... 194 6. Łączniki wysokiego napięcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.1. Klasyfikacja ........................................................................... 199 6.2. Wyłączniki ............................................................................. 200 6.2.1. Wiadomości ogólne ................................................................. 200 6.2.2. Wyłączniki małoolejowe ............................................................. 200 6.2.3. Wyłączniki pneumatyczne ........................................................... 203 6.2.4. Wyłączniki z sześciofluorkiem siarki .................................................. 205 6.2.5. Wyłączniki próżniowe ............................................................... 209 6.2.6. Wyłączniki magnetowydmuchowe .................................................... 211 6.3. Rozłączniki izolacyjne, styczniki ..................................................... 214 6.4. Odłączniki, uziemniki, zwierniki ...................................................... 219 6.5. Bezpieczniki ........................................................................... 223 6.5.1. Wiadomości wstępne ............................................................... 223 6.5.2. Bezpieczniki z materiałem drobnoziarnistym jako gasiwem ............................. 223 6.5.3. Bezpieczniki gazowydmuchowe ..................................................... 229 6.6. Ograniczniki prądu zwarciowego .................................................... 229 7. Przebiegi łączeniowe w obwodach prądu przemiennego . . . . . . 232 7.1. Wiadomości ogólne ................................................................... 232 7.2. Napięcia powrotne między rozchodzącymi się stykami łączników ................ 233 7.2.1. Obwody jedno- i dwuczęstotliwościowe jednofazowe .................................. 233 7.2.2. Obwody trójfazowe o elementach skupionych ......................................... 238 7.2.3. Obwody z liniami długimi ............................................................ 241 7.2.4. Zwarcie pobliskie ................................................................... 243 7.2.5. Obwody probiercze ................................................................. 244 7.3. Załączanie obwodów indukcyjnych .................................................. 246 7.4. Wyłączanie obwodów indukcyjnych ................................................. 250 7.5. Załączanie baterii kondensatorów ................................................... 253 7.5.1. Załączanie samotnych i dzielonych baterii ............................................ 253 7.5.2. Załączanie trójfazowych baterii kondensatorów ....................................... 256 7.6. Wyłączanie obwodów pojemnościowych ........................................... 259 8. Przekładniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 8.1. Wiadomości ogólne ................................................................... 261 8.2. Przekładniki prądowe ................................................................. 262 8.2.1. Zasada działania i podstawowe zależności ........................................... 262 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 8 Spis treści 8.2.2. Błędy transformacji i sposoby ich zmniejszania ........................................ 265 8.2.3. Parametry znamionowe i niektóre charakterystyczne konstrukcje przekładników ......... 268 8.2.4. Niektóre charakterystyczne warunki pracy przekładników .............................. 276 8.3. Przekładniki napięciowe ............................................................. 277 8.3.1. Zasada działania i podstawowe zależności ........................................... 277 8.3.2. Błędy transformacji i sposoby ich zmniejszania ........................................ 279 8.3.3. Przekładniki napięciowe pojemnościowe ............................................. 281 8.3.4. Parametry znamionowe przekładników ............................................... 284 8.4. Niekonwencjonalne konstrukcje przekładników .................................... 287 8.4.1. Wiadomości ogólne ................................................................. 287 8.4.2. Przekładniki prądowe niekonwencjonalne ............................................ 288 8.4.3. Przekładniki napięciowe niekonwencjonalne .......................................... 292 9. Urządzenia i obwody główne stacji elektroenergetycznych . . . 295 9.1. Wiadomości ogólne ................................................................... 295 9.2. Układy połączeń stacji ................................................................ 302 9.2.1. Wymagania podstawowe ............................................................ 302 9.2.2. Pola rozdzielni i ich wyposażenie .................................................... 304 9.2.3. Układy z szynami zbiorczymi ........................................................ 307 9.2.4. Układy bezszynowe ................................................................ 317 9.2.5. Układy rozdzielni 110 kV i wyższych napięć ........................................... 321 9.2.6. Układy stacji średniego napięcia ..................................................... 324 9.3. Transformatory i autotransformatory ................................................ 327 9.3.1. Uwagi ogólne ...................................................................... 327 9.3.2. Charakterystyczne parametry i właściwości transformatorów ........................... 328 9.3.3. Regulacja napięcia ................................................................. 333 9.3.4. Sposoby chłodzenia i przeciążalność transformatorów ................................. 336 9.3.5. Praca równoległa transformatorów ................................................... 339 9.3.6. Kryteria doboru transformatorów ..................................................... 342 9.3.7. Fundamenty stanowisk transformatorowych i komory transformatorowe ................. 345 9.4. Rozwiązania konstrukcyjne stacji .................................................... 349 9.4.1. Wymagania ogólne ................................................................. 349 9.4.2. Rozdzielnie wysokich napięć ........................................................ 351 9.4.3. Rozdzielnice średnich napięć ........................................................ 364 9.4.4. Prefabrykowane stacje średniego napięcia ........................................... 372 10. Niektóre urządzenia pomocnicze i urządzenia kierowania pracą stacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 10.1. Potrzeby własne stacji ................................................................ 378 10.2. Dławiki gaszące, rezystory i transformatory uziemiające .......................... 383 10.3. Ograniczanie prądów zwarciowych .................................................. 388 10.3.1. Wyjaśnienia ogólne ................................................................. 388 10.3.2. Dławiki zwarciowe .................................................................. 390 10.4. Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa ....................................... 399 10.4.1. Przepięcia, napięcia wytrzymywane i koordynacja izolacji .............................. 399 10.4.2. Ochrona przed bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi ........................ 401 10.4.3. Ograniczniki przepięć. Właściwości i zasady doboru ................................... 405 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Spis treści 9 10.5. Urządzenia kierowania pracą stacji elektroenergetycznych ....................... 419 10.5.1. Automatyka zabezpieczeniowa ...................................................... 419 10.5.2. Automatyka restytucyjna ............................................................ 434 10.5.3. Telemechanika i komputeryzacja stacji ............................................... 436 11. Zasilanie i rozdział energii elektrycznej w zakładach przemysłowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 11.1. Wymagania dotyczące pewności zasilania ......................................... 447 11.2. Niezawodność dostawy i jakość energii ............................................. 449 11.2.1. Przerwy w dostawie energii ......................................................... 449 11.2.2. Parametry napięcia zasilającego ..................................................... 450 11.2.3. Zależności ogólne niezawodności .................................................... 455 11.2.4. Koszty zawodności zasilania ........................................................ 461 11.3. Metody wyznaczania obliczeniowych mocy szczytowych ......................... 464 11.3.1. Wiadomości ogólne ................................................................. 464 11.3.2. Podstawowe zależności i zakres zastosowania niektórych metod obliczeniowych ........ 466 11.4. Zasilanie zakładów przemysłowych energią elektryczną ......................... 473 11.4.1. Wiadomości ogólne ................................................................. 473 11.4.2. Napięcie znamionowe sieci rozdzielczych ............................................ 474 11.4.3. Przemysłowe sieci rozdzielcze średniego napięcia .................................... 480 11.4.4. Sieci rozdzielcze niskiego napięcia ................................................... 486 Literatura ....................................................................................... 490 Skorowidz ...................................................................................... 495 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 10 Spis treści ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Przedmowa PRZEDMOWA Urządzeniami elektroenergetycznymi lub elektrycznymi nazywa się urzą- dzenia przeznaczone do wytwarzania, przesyłania, rozdziału i przetwarzania energii elektrycznej na inne pożądane formy energii, w tym również na energię elektryczną, lecz o innych parametrach znamionowych. Nie ma za- dowalająco jednoznacznych kryteriów podziału na urządzenia elektroener- getyczne i elektryczne. Pojęcie urządzenia elektroenergetyczne dotyczy licznych i bardzo róż- nych urządzeń, nie tylko generatorów i transformatorów o mocach rzędu setek megawoltoamperów i masie dziesiątków ton, lecz także np. przekaźni- ków i gniazd wtyczkowych. W żadnym więc podręczniku ani wielotomo- wym poradniku liczącym nawet kilka tysięcy stron nie można omówić wy- starczająco dokładnie wszystkich tych urządzeń, zasad ich działania, rozwiązań konstrukcyjnych, właściwości technicznych i różnorodnych zja- wisk występujących w nich podczas eksploatacji. Każdy autor książki o podobnym tytule musi dokonać wyboru urządzeń i zagadnień, którymi pragnie się zajmować. Naraża się przy tym na słuszny w zasadzie zarzut, że pominął inne bardzo ważne zagadnienia. W podobnej, choć nieco korzystniejszej sytuacji, jestem ja – autor tej oraz innych dostęp- nych na rynku książek o urządzeniach elektrycznych niskiego napięcia, takich jak „Instalacje elektryczne” oraz „Bezpieczeństwo w elektroenergetyce”. Mogłem bowiem zrezygnować z omawiania wielu zagadnień opisanych szczegółowo w tamtych publikacjach, aby teraz przedstawić bardziej wyczer- pująco urządzenia i obiekty elektroenergetyczne wysokiego i średniego napię- cia. Chodzi tu o zasady ich działania, zastosowane rozwiązania konstrukcyjne, a także o różne inne zagadnienia teoretyczne i techniczne związane z doborem oraz pracą tych urządzeń w normalnych i zakłóceniowych warunkach. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 12 Przedmowa W konsekwencji takiego wyboru Czytelnicy zainteresowani urządze- niami zarówno niskiego, jak i wysokiego napięcia powinni mieć dostęp do wszystkich trzech wymienionych książek, które nawzajem się uzupełniają i tworzą zwartą całość zawierającą ważne informacje o bardzo różnych urządzeniach elektroenergetycznych. Mam nadzieję, że ten podręcznik, podobnie jak inne moje wcześniejsze książki, spotka się z żywym zainteresowaniem Czytelników i zostanie do- brze przyjęty. Wrocław, 2008 r. Henryk Markiewicz ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1. Wiadomości ogólne WIADOMOŚCI OGÓLNE 1.1. Klasyfikacja urządzeń elektroenergetycznych i niektóre definicje 1.1. Klasyfikacja urządzeń elektroenergetycznych i niektóre definicje Do urządzeń elektroenergetycznych zalicza się wszystkie urządzenia i elementy instalacji elektrycznych wysokiego i niskiego napięcia o dużych mocach znamionowych, rzędu wielu kilowatów, przeznaczone do wytwa- rzania, przesyłania, rozdziału i przetwarzania energii elektrycznej. Urządze- nia elektryczne to z kolei urządzenia niskiego napięcia o umiarkowanych mocach znamionowych, tworzące instalacje elektryczne w obiektach nie- przemysłowych i przemysłowych, a także urządzenia oraz instalacje tele- techniczne i elektroniczne, przyrządy i obwody pomiarowe, sygnalizacyjne, sterowania, monitorowania i inne. Podział ten nie jest jednak zadowalająco jednoznaczny i dlatego może być dyskusyjny. Kryteria podziału urządzeń elektroenergetycznych ze względu na ich mnogość i różnorodność mogą być bardzo różne, a częściowo wynikają już z samej definicji urządzenia. Jak dotychczas najbardziej rozpowszechnio- nymi kryteriami podziału są: rodzaj prądu, napięcie znamionowe, przezna- czenie oraz lokalizacja urządzeń. W elektroenergetyce dominują urządzenia prądu przemiennego. Obecnie coraz powszechniejsze stają się różne przetworniki, przetwarzające zarówno prąd przemienny na stały oraz odwrotnie, jak i prąd przemienny 50 Hz na przemienny o innej, często regulowanej częstotliwości, a także realizujące in- ne przekształcenia (rys. 1.1). Przekształtniki są urządzeniami elektrycznymi, przy czym główne problemy teoretyczne, techniczne i konstrukcyjne dotyczą energoelektroniki przemysłowej. Mają one już własną bardzo bogatą literatu- ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 14 1. Wiadomości ogólne Rys. 1.1. Symbole bloków funkcjonalnych przekształtników: a) przekształtnik prądu przemiennego na prąd stały (prostownik); b) przekształtnik prądu stałego na prąd przemienny (falownik); c) przekształtnik prądu przemiennego na prąd przemienny (sterownik napięcia przemiennego, bezpośredni prze- miennik częstotliwości); d) pośredni przemiennik prądu przemiennego na prąd przemienny (prze- miennik częstotliwości z pośrednim obwodem napięcia stałego); e) bezpośredni przekształtnik prądu stałego na prąd stały; f ) pośredni przekształtnik prądu stałego na prąd stały Zaczerpnięto z [6] rę, np. [5, 6, 42] i dlatego autor czuje się zwolniony z obowiązku omawiania tego rodzaju urządzeń w tej książce. Ze względu na napięcia robocze rozróżnia się urządzenia niskiego i wyso- kiego napięcia. Do urządzeń niskiego napięcia zalicza się urządzenia o napię- ciu znamionowym do 1000 V prądu przemiennego i 1500 V prądu stałego. Urządzenia wysokiego napięcia dzieli się na urządzenia średniego napięcia (6÷30 kV), wysokiego napięcia (110÷400 kV) oraz najwyższych napięć, powy- żej 400 kV. Podział ten w zakresie napięć 110 kV i niższych nie jest zadowala- jąco jednoznaczny w sensie technicznym ani zbyt poprawny językowo. Z bardzo obszernego zbioru urządzeń elektroenergetycznych wyróżnia się często ważną grupę urządzeń, zwanych aparatami. Są to urządzenia przeznaczone do wykonywania w warunkach roboczych i zakłóceniowych następujących czynności: – łączeniowych (łączniki różnych typów), – pomiarowych, głównie dużych wartości prądów i napięć (przekładniki, dzielniki napięcia), – ograniczania prądów zwarciowych (dławiki, ograniczniki prądu, wyłącz- niki ograniczające, bezpieczniki), – ograniczania przepięć (iskierniki, ograniczniki przepięć), – rozruchowych i regulacyjnych. W zależności od miejsca zainstalowania i funkcji, jaką pełnią urządze- nia, rozróżnia się urządzenia przemysłowe stosowane w zakładach przemy- słowych, górnictwie, rolnictwie itp. oraz nieprzemysłowe, przy czym te ostatnie obejmują zarówno urządzenia niskiego napięcia o niewielkich mo- cach znamionowych, instalowane w domach mieszkalnych, biurach, szko- łach itp., jak i urządzenia energetyki zawodowej wysokiego i niskiego na- pięcia, przeznaczone do przesyłu i rozdziału energii oraz zasilania dużych zakładów przemysłowych w energię elektryczną. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.1. Klasyfikacja urządzeń elektroenergetycznych i niektóre definicje 15 Równie ważna jak podział poszczególnych urządzeń jest klasyfikacja zgrupowania wielu urządzeń o różnym przeznaczeniu, tworzących specjali- styczne obiekty elektroenergetyczne, takie jak stacje transformatorowo- -rozdzielcze, rozdzielnie i rozdzielnice. Wyróżniają się one wieloma cha- rakterystycznymi właściwościami wymagającymi bliższego omówienia. Pojedyncze urządzenia elektryczne, jak i złożone konstrukcje grupujące wiele urządzeń, charakteryzują się znamionowymi parametrami określają- cymi ich właściwości w normalnych i zakłóceniowych warunkach pracy. Niektóre z nich dotyczą wielu różnych urządzeń, inne zaś są specyficzne tylko dla pewnych ich typów. Napięcie znamionowe izolacji urządzenia jest to wartość napięcia mię- dzyprzewodowego, na którą izolacja została zbudowana i oznaczona, i która wytrzymuje w określonych warunkach wartości napięć probierczych przez czas trwania próby. Prąd znamionowy ciągły cieplny jest to wartość skuteczna prądu, na którą urządzenie zostało zbudowane i oznaczone. W ustalonych warunkach działania (badania) urządzenia długotrwały przepływ prądu, równy prądowi znamionowemu, nie spowoduje podwyższenia się temperatury żadnej części urządzenia ponad wartość graniczną dopuszczalną długotrwale. Znamionowy prąd krótkotrwały (n-sekundowy) jest to wartość skutecz- na prądu zwarciowego (prądu zastępczego Ith) o stałej wartości, który w określonych warunkach może przepływać przez tory prądowe urządzenia przez n sekund i nie spowoduje w żadnej części urządzenia przekroczenia temperatury granicznej dopuszczalnej krótkotrwale dla tych części ani scze- pienia się styków w łącznikach. Prąd znamionowy szczytowy (prąd dynamiczny) jest to największa chwilowa wartość prądu, który przepływając przez urządzenie nie spowo- duje uszkodzeń mechanicznych ani uszkodzenia izolacji. W łącznikach prąd ten dotyczy skutecznie zamkniętych zestyków łącznika i nie powinien być przyczyną trwałego sczepiania się styków rozłącznych. Stacją transformatorowo-rozdzielczą nazywa się obiekt elektroenergetycz- ny obejmujący teren, budowle i urządzenia, w którym następuje przetwarzanie i rozdział energii elektrycznej przy różnych poziomach napięć. Przetwarzanie energii elektrycznej może odbywać się przez transformatory oraz prostowniki i falowniki przekształcające prąd przemienny na stały lub odwrotnie. Rozdzielnicą nazywa się zespół urządzeń elektroenergetycznych skła- dający się z aparatury rozdzielczej, zabezpieczeniowej, pomiarowej, ste- rowniczej i sygnalizacyjnej wraz z szynami zbiorczymi i elementami izola- cyjnymi oraz konstrukcją mechaniczną i osłonową, przeznaczony do rozdziału energii przy jednym napięciu znamionowym. Rozdzielnią nazywa się natomiast wyodrębnioną część stacji elek- troenergetycznej zawierającej wydzielone pomieszczenie, zespół pomiesz- czeń lub wydzielony teren, gdzie znajduje się zespół urządzeń rozdzielczych określonego napięcia, umożliwiający dokonywanie czynności łączeniowych. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 16 1. Wiadomości ogólne W odniesieniu do stacji napowietrznych o napięciu 110 kV i wyższym przeważnie nie wyróżnia się pojęcia rozdzielnica i używa się jedynie termi- nu rozdzielnia. 1.2. 1.2. Narażenia klimatyczne i środowiskowe Narażenia klimatyczne i środowiskowe Urządzenia elektryczne stosuje się w różnych warunkach środowiskowych, które mogą wpływać niekorzystnie na pracę i szybkość ich zużywania się, a w pewnych przypadkach ograniczać lub eliminować instalowanie niektó- rych, nieprzystosowanych konstrukcji. Warunki te określa się głównie tem- peraturą, wilgotnością, ciśnieniem i zanieczyszczeniem otaczającego po- wietrza. Urządzenia muszą być wykonane w taki sposób i z zastosowaniem takich materiałów, aby była zapewniona skuteczna ochrona przed szkodli- wym oddziaływaniem środowiska oraz poprawna i bezpieczna praca urzą- dzeń w miejscu ich zainstalowania. Tablica 1.1. Klasyfikacja stref klimatycznych, wg [25, 36] Wartość graniczna dopuszczalna temperatura powietrza wilgotność względna ciśnienie hPa Klimat (strefa klimatyczna) Zimny najniższa średnia miesięczna niższa niż –15°C brak ustaleń – średnia miesięczna w zakresie od –15°C brak ustaleń Umiarkowany do +25°C Gorący suchy – najwyższa w roku do +37°C – najwyższa średnia miesięczna wyższa niż 25°C – najwyższa w roku przeważnie powyżej +37°C średnia miesięczna wilgotność nie przekracza 80 w średniej miesięcznej temperaturze wyższej niż 20°C Gorący wilgotny przynajmniej jedna średnia miesięczna temperatura w roku wyższa niż 20°C, a jednocześnie średnia miesięczna wilgotność w danym miesiącu większa niż 80 775 775 775 Wysokościowy brak ustaleń brak ustaleń 775 Urządzenia są wytwarzane z przeznaczeniem do instalowania w po- mieszczeniach zamkniętych (wykonanie wnętrzowe) oraz na wolnym powie- trzu (wykonanie napowietrzne). Warunki środowiskowe występujące w po- mieszczeniach zamkniętych są do siebie zbliżone w różnych strefach geograficznych, chociaż mogą się pojawiać istotne różnice wywołane np. tem- peraturą, wilgotnością czy narażeniami biologicznymi. W bardzo odmiennych warunkach mogą natomiast pozostawać urządzenia elektryczne instalowane na wolnym powietrzu w różnych warunkach środowiskowych. Z tego względu przyjęto wyróżniać 5 charakterystycznych stref klimatycznych (tabl. 1.1). ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych 17 Urządzenia instalowane w klimacie innym niż umiarkowany muszą być wy- konane w wersji przeznaczonej do pracy w specyficznych dla danego klimatu warunkach środowiskowych, określanych granicznymi dopuszczalnymi war- tościami różnych wielkości fizycznych, umożliwiającej prawidłową pracę urządzeń w czasie technicznie i ekonomicznie uzasadnionym. Oprócz warunków środowiskowych właściwych dla różnych stref kli- matycznych mogą występować lokalne zmiany klimatu powodowane obec- nością niektórych gałęzi przemysłu (kopalnie, huty, przemysł budowlany, chemiczny), charakteryzujące się zwiększonym zapyleniem, pojawianiem się agresywnych związków chemicznych, zwiększoną wilgotnością i innymi zanieczyszczeniami powietrza. Również same urządzenia w czasie pracy mogą oddziaływać ujemnie na środowisko przez podwyższenie temperatury pomieszczenia, hałas, wi- bracje, możliwość porażenia elektrycznego, powstanie pól elektromagne- tycznych czy wywołanie pożaru. Oddziaływania te muszą być wyelimino- wane lub ich intensywność ograniczona do poziomu nieszkodliwego i niedokuczliwego dla ludzi oraz niezakłócającego pracę innych urządzeń. 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych Tory prądowe, a także dowolne inne części czynne aparatów oraz urządzeń elektroenergetycznych i elektrycznych, znajdujące się w normalnych wa- runkach pracy pod napięciem powinny być izolowane względem siebie (izolacja międzybiegunowa, międzyfazowa) oraz względem ziemi (izolacja doziemna). W urządzeniach zawierających uzwojenia (transformatory, przekładniki, dławiki, silniki) izolacje te pełnią często również funkcję izo- lacji międzyzwojowej. W aparatach przeznaczonych do zamykania i otwierania obwodów (odłączniki, rozłączniki, podstawy bezpiecznikowe, wyłączniki) wytrzyma- łość elektryczna przerwy między w pełni rozwartymi stykami łącznika po- winna być co najmniej o 15 większa od wytrzymałości elektrycznej izola- cji doziemnej. Oznacza to, że minimalne udarowe napięcie przeskoku przerwy powinno być wyższe od 100-procentowego udarowego napięcia przeskoku izolacji doziemnej. Wymagania te są podyktowane względami bezpieczeństwa. Izolacja urządzeń elektrycznych podlega działaniu długotrwałych prze- pięć w warunkach podwyższonej temperatury, powodowanej przepływem prądów roboczych i niekiedy zwarciowych o bardzo dużych wartościach, wpływającej niekorzystnie na właściwości izolacji. Wymagana wytrzyma- łość elektryczna i mechaniczna izolacji powinna być zachowana przez cały przewidywany okres użytkowania urządzenia. Okres ten dla większości urządzeń wynosi 25÷30 lat, pomimo zachodzących naturalnych procesów ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 18 1. Wiadomości ogólne starzeniowych, których intensywność może być znacznie wzmożona nieko- rzystnymi wpływami atmosferycznymi i oddziaływaniem mikroklimatu w miejscu zainstalowania urządzenia (zabrudzenie, zawilgocenie, silne na- słonecznienie i inne). Odporność izolacji na długotrwałe narażenia napięciowe powodowane napięciem roboczym jest określona napięciem znamionowym izolacji. Izolacja urządzenia powinna być odpowiednia do napięcia znamiono- wego sieci, w której urządzenie zostanie zainstalowane. W warunkach robo- czych, ze względów technicznych, może występować napięcie zarówno wyższe, jak i niższe od znamionowego. Dopuszczalne długotrwałe podwyż- szenie się napięcia roboczego Urm ponad wartość znamionową UN jest wyra- żone zależnością Urm = krUN (1.1) w której kr – współczynnik zależny od napięcia znamionowego, zawarty w granicach 1,02÷1,20 (tabl. 1.2). Tablica 1.2. Najwyższe dopuszczalne długotrwale napięcia robocze urządzeń prądu przemiennego, wg [87, 88] Napięcie znamionowe UN , kV 6 Najwyższe napięcie robocze Urm, kV 7,2 10 12 15 20 17,5 24 30 36 110 123 220 245 400 420 750 765 Współczynnik kr 1,20 1,20 1,16 1,20 1,20 1,12 1,11 1,05 1,02 W zakłóceniowych warunkach pracy izolacja urządzeń elektrycznych może być narażona na przepięcia wszelkiego pochodzenia o różnym prze- biegu, różnej wartości szczytowej i różnym czasie trwania. Rozróżnia się następujące rodzaje przepięć: – dorywcze o częstotliwości sieciowej nietłumione lub słabo tłumione; w pewnych przypadkach częstotliwość przepięcia może być kilkakrotnie mniejsza lub większa od częstotliwości sieciowej; – przejściowe o krótkim czasie trwania (do kilku milisekund), oscylacyjne lub nieoscylacyjne zwykle silnie tłumione; w zależności od szybkości na- rastania fali rozróżnia się przepięcia przejściowe o łagodnym czole (łącze- niowe), o stromym czole (udar piorunowy) oraz o bardzo stromym czole. Narażenia powodowane przepięciami są charakteryzowane współczyn- nikiem przepięć kp (tabl. 1.3) określanym zależnością k p = p u 2 U rmf = 3 u p 2 U rm (1.2) w której: up – szczytowa wartość przepięcia, Urmf – największa wartość skuteczna napięcia fazowego, którego wartość międzyprzewodową Urm określa zależność (1.1). ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych 19 Tablica 1.3. Klasyfikacja i charakterystyczne parametry przepięć wewnętrznych, wg [12, 25, 26] Rodzaj przepięcia Przyczyna lub warunki powstawania Parametr charakteryzujący przebieg największa wartość współczynnika kp częstotliwość przebiegu, Hz czas trwania przepięcia e n z c i m a n y D e w o i c r a w z o n m e i Z e w o i n e z c ą Ł e w o s n a n o z e r o r r e F wywołana nagłą zmianą obciążenia i bezwładnością regulatora napięcia i prędkości obrotowej turbiny 1,3 dla turbogeneratorów, 1,7 dla hydrogeneratorów zbliżona do 50 poniżej sekundy jednofazowe zwarcie z ziemią w sieci o izolowanym punkcie neutralnym – bezłukowe – łukowe jednofazowe zwarcie z ziemią w sieci kompensowanej, w warunkach występowania łuku jedno- i dwufazowe zwarcie z ziemią w sieci o skutecznie uziemionym punkcie neutralnym – bezłukowe – łukowe minuty, godziny, teoretycznie długo, praktycz- nie do uszko- dzenia izolacji ułamki sekundy wskutek zgasze- nia łuku prądu skompensowa- nego ułamki sekundy* 3 3,5÷4 50 kilkaset 3,5÷4 kilkaset 1,4 2,0÷2,5 50 kilkaset związane z wyłączaniem zwarć 1,9÷2,4 związane z wyłączaniem nieobciążonej linii długiej o uziemionym punkcie neutralnym 1,2÷1,5 (3,0÷3,5)** związane z wyłączaniem transformatora w stanie jałowym 2÷3 (4,5÷6)** od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy ułamki sekundy* 50 ułamki sekundy krzywa piłowa o częstotliwości kilkuset herców ułamki sekundy powstanie obwodu szeregowo połączonych indukcyjności (z rdzeniem ferromagnetycznym) i pojemności w warunkach zbliżonych do rezonansu szeregowego do kilkunastu kilkaset do uszkodzenia izolacji ** Zależy od czasu działania zabezpieczeń zwarciowych. ** Wartości w nawiasach dotyczą starszych konstrukcji wyłączników. Przepięcia o częstotliwości sieciowej mogą być powodowane wyłącza- niem dużych odbiorów i bezwładnością urządzeń regulacji napięcia (prze- pięcia dynamiczne). Czas trwania takich zakłóceń jest stosunkowo krótki, a szczytowe wartości przepięć nie przekraczają zwykle 1,2÷1,3 amplitudy ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 20 1. Wiadomości ogólne napięcia roboczego. Inną przyczyną przepięć o częstotliwości sieciowej mo- gą być zwarcia doziemne. W sieciach o izolowanym punkcie neutralnym oraz w sieciach kompensowanych wartości skuteczne napięć (przepięcia) względem ziemi faz nieuszkodzonych w niekorzystnych warunkach mogą osiągać wartości do ok. 1,9 napięcia znamionowego i trwać nawet kilka go- dzin. W sieciach o uziemionym punkcie neutralnym przepięcia trwają krót- ko, przeważnie krócej niż 1 s, a współczynniki przepięć na ogół są mniejsze niż 1,4. Przepięcia o częstotliwości własnej obwodu, bliskiej częstotliwości sie- ciowej, mogą wystąpić podczas różnych czynności łączeniowych, takich jak wyłączenia prądów zwarciowych, wyłączenia nieobciążonych linii i trans- formatorów, palenia się łuku przerywanego przy zwarciach doziemnych w sieciach kompensowanych oraz o punkcie neutralnym izolowanym względem ziemi. Szczytowe wartości takich przepięć zależą od wielu czyn- ników i mogą osiągać do 4,5 krotności amplitudy napięcia roboczego. Większe wartości współczynników przepięć występują w sieciach izolowa- nych i kompensowanych o napięciu znamionowym 6÷20 kV. Przepięcia przejściowe powodowane bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi mogą osiągać bardzo duże wartości, rzędu 1000 kV lub więcej. Aby nie były one przyczyną trwałego uszkodzenia izolacji urządzeń, konieczne jest stosowanie – właściwych do występujących zagrożeń – urzą- dzeń ochrony przeciwprzepięciowej (iskierniki, odgromniki, ograniczniki przepięć) ograniczających przepięcia do wartości mniejszej od wytrzymy- wanej przez urządzenia elektryczne. Izolacja urządzeń elektrycznych powinna wytrzymywać zagrożenia powodowane różnymi przyczynami. Sprawdza się to podczas wykonania znormalizowanych prób napięciowych w celu wykazania, że wytrzymałość elektryczna izolacji jest nie mniejsza od znormalizowanych napięć wytrzy- mywanych (napięć probierczych). W normie [88] wyróżnia się dwa zakresy napięciowe: zakres I – urządzenia o napięciu roboczym do 245 kV, zakres II – urządzenia o napięciu roboczym wyższym od 245 kV. Znamionowy poziom izolacji urządzeń wyznacza się na podstawie pró- by znamionowym napięciem wytrzymywanym: a) dla urządzeń I zakresu: – krótkotrwałym o częstotliwości sieciowej, – udarowym piorunowym; b) dla urządzeń II zakresu: – udarowym łączeniowym, – udarowym piorunowym. Wartości znormalizowanych napięć wytrzymywanych (probierczych) poda- no w tabl. 1.4 i 1.5. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych 21 Tablica 1.4. Znormalizowane poziomy izolacji zakresu I (1 kV Ur m ≤ 245 kV) i minimalne odstępy w po- wietrzu, wg [88, 89] Najwyższe napięcie pracy urządzeń Ur m kV (wartość skuteczna) Znormalizowane napięcie wytrzymywane, kV krótkotrwale o częstotliwości sieciowej* (wartość skuteczna) udarowe piorunowe* (wartość szczytowa) Minimalny odstęp doziemny i międzyfazowy, mm rozdzielnie wnętrzowe napowietrzne 3,6 7,2 12 17,5 24 36 52 72,5 123 145 170 245 010 020 028 038 050 070 095 140 (185) 230 (185) 230 275 (230) 275 325 (275) (325) 360 395 460 020 040 040 060 060 075 095 075 095 095 125 145 145 170 250 325 (450) 550 (450) 550 650 (550) 650 750 (650) (750) 850 950 10500 060 060 060 090 090 120 160 120 160 160 220 220 270 320 120 020 120 120 150 160 160 160 160 160 220 220 270 320 480 630 900 1100 900 1100 1300 1100 1300 1500 1500 1500 1700 1900 2100 * Jeżeli wartości podane w nawiasach są niewystarczające dla wykazania, że wymagane międzyprzewodowe napię- cia wytrzymywane są zadowalające, konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych prób wytrzymałości izolacji międzyfazowej. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 22 1. Wiadomości ogólne Tablica 1.5. Znormalizowane poziomy izolacji zakresu II (Ur m 245 kV), wg [88, 89] Znormalizowana wytrzymałość na udary łączeniowe międzyfazowa (w stosunku do wartości szczytowej faza-ziemia) Najwyższe napięcie pracy urządzeń Ur m kV izolacja wzdłużna* faza-ziemia kV kV (wartość skuteczna) (wartość szczytowa) (wartość szczytowa) 300 362 420 525 765 750 750 850 850 850 950 950 950 950 950 1175 1175 1175 750 850 850 950 850 950 1050 950 1050 1175 1300 1425 1550 1,50 1,50 1,50 1,50 1,60 1,50 1,50 1,70 1,60 1,50 1,70 1,70 1,60 Znormalizowane wytrzymywane napięcie udarowe piorunowe, kV (wartość szczytowa) 0850 0950 0950 1050 0950 1050 1050 1175 1050 1175 1175 1300 1300 1450 1175 1300 1300 1425 1425 1550 1675 1800 1800 1950 1950 2100 * Wartość składowej udarowej w stosowanej próbie napięciem kombinowanym. Ze względu na rodzaj zastosowanych materiałów izolacyjnych rozróż- nia się izolację powietrzną otwartą, gazową lub próżniową szczelnie za- mkniętą, olejową oraz stałą. Układ izolacyjny może być jednorodny lub niejednorodny o szerego- wym lub równoległym układzie poszczególnych warstw izolacji wykona- nych z różnych materiałów izolacyjnych (rys. 1.2). W układzie szeregowym (rys. 1.2a) jednym z elementów jest na ogół izolacja stała, która może współdziałać z powietrzem, olejem izolacyjnym, gazem lub próżnią. W układzie takim przekroczenie wytrzymałości elek- trycznej izolacji powoduje przebicie wszystkich warstw, w tym również ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.3. Narażenia napięciowe oraz izolacja urządzeń elektroenergetycznych 23 izolacji stałej. Jest to jednoznaczne z trwałym zniszczeniem układu izola- cyjnego. W układzie równoległym (rys. 1.2b) przekroczenie wytrzymałości elektrycznej układu spowoduje przebicie warstwy izolacyjnej o najmniejszej wytrzymałości. Powinna to być warstwa powietrza, gazu lub oleju. Może też wystąpić wyładowanie po powierzchni izolacji stałej, nie powodujące trwa- łego uszkodzenia części stałej układu izolacyjnego. Rys. 1.2. Szkice układów izolacyjnych: a) szeregowy; b) równoległy Układ izolacyjny aparatów elektrycznych jest najczęściej układem rów- noległym, utworzonym z izolacji wewnętrznej stałej oraz izolacji zewnętrz- nej w postaci otaczającego aparat powietrza. Izolacja wewnętrzna powinna wytrzymywać przepięcia większe niż wytrzymałość izolacji zewnętrznej. Oznacza to, że w przypadkach przepięć przekraczających wytrzymałość elektryczną układu izolacyjnego wystąpi przebicie izolacji zewnętrznej apa- ratu, nie powodujące zniszczenia lub uszkodzenia całego aparatu. Aparaty spełniające ten warunek mają więc izolację wewnętrznie skoordynowaną. Wymaga to dokładnego ustalenia kształtu i wymiarów geometrycznych układu izolacyjnego oraz właściwości elektrycznych zastosowanych mate- riałów izolacyjnych. Powietrze stanowi dobrą i tanią izolację elementów urządzeń należą- cych do różnych faz (różniących się potencjałem względem siebie oraz względem ziemi) i dlatego jest powszechnie wykorzystywane w konstrukcji wielu aparatów elektrycznych. Wytrzymałość elektryczna powietrza zależy od ciśnienia (wysokości n.p.m.), wilgotności, temperatury oraz odległości między elektrodami i ich kształtu. Jest najmniejsza dla układu elektrod ostrze–powierzchnia uziemiona. Odległość izolacyjna w powietrzu, wyznaczona z uwzględnieniem możliwego zbliżenia przewodów i przewodników, powodowanego wiatrem lub np. oddziaływaniami elektrodynamicznymi prądów zwarciowych, nie powinna być mniejsza od podanych w tabl. 1.6. Przy wymiarowaniu urządzeń wyznacza się przeważnie odległości mię- dzy osiami szyn, izolatorów itp. Ustalając odległości między elementami urządzeń należy uwzględnić to, że pod napięciem znajdują się również np. okucia i nasadki izolatorów, wskutek czego rzeczywiste odległości między przewodnikami (szynami) mogą być znacznie mniejsze od odległości mię- dzy osiami szyn czy izolatorów, należących do różnych faz. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 24 1. Wiadomości ogólne Tablica 1.6. Zalecane drogi upływu, wg [88, 89] Poziom zabrudzeń Przykłady typowego środowiska – obszary bez przemysłu i o małej gęstości zabudowy wyposażonej w instalacje grzewcze – obszary o małej gęstości przemysłu lub budynków, lecz o dużej częstości wiatrów i/lub deszczy – obszary rolnicze** – obszary górskie – wszystkie te obszary są położone w odległości co najmniej 10÷20 km od morza i nie są narażane na wiatry wiejące bezpośred- nio od morza*** – obszary z przemysłem nie wytwarzającym szczególnie zanieczysz- czonych dymów i/lub o średniej gęstości zabudowy wyposażonej w instalacje grzewcze I Lekki II Średni Minimalna znamionowa droga upływu, mm/kV* 16,0 – obszary o dużej gęstości zabudowy i/lub przemysłu, lecz z częstymi 20,0 wiatrami i/lub opadami deszczu – obszary narażane na wiatry wiejące od morza, lecz oddalone od wybrzeża nie mniej niż kilka kilometrów III Ciężki – obszary o dużej gęstości przemysłu oraz przedmieścia dużych miast o dużej gęstości zabudowy wyposażonej w instalacje grzewcze za- nieczyszczające atmosferę – obszary w bliskości morza lub narażone na ciągłe silne wiatry wie- jące od morza*** IV Bardzo ciężki – obszary niezbyt rozległe narażone na pyły przewodzące i na dymy przemysłowe tworzące szczególnie grube osady przewodzące – obszary niezbyt rozległe, bardzo bliskie wybrzeża morza i narażone na mgły morskie lub na silne zabrudzające wiatry od morza – obszary pustynne charakteryzujące się długimi okresami bez opa- dów, narażone na silne wiatry niosące piasek i sól oraz narażone na regularną kondensację 25,0 31,0 Uwaga: Niniejsza tablica powinna być stosowana tylko dla szklanej i porcelanowej izolacji i nie dotyczy niektórych szczególnych narażeń środowiskowych, takich jak śnieg i lód w strefach ciężkich zabrudzeń, bardzo silne deszcze, obszary suche itp. *** Wg IEC 815 minimalna droga upływu izolatorów między fazą a ziemią dotyczy najwyższego napięcia sieci (faza-faza). *** Rozpylanie nawozów lub wypalanie ściernisk może prowadzić do podwyższenia poziomu zabrudzeń ze względu na roznoszenia cząstek przez wiatr. *** Odległości od wybrzeża morskiego zależą od jego topografii oraz od ekstremalnych parametrów wiatru. Zabrudzenie powierzchni izolacji pyłem przewodzącym oraz solami, zwłaszcza zwilżonych rosą, mgłą, śniegiem lub słabym deszczem, bez wy- raźnego efektu zmywania, może powodować istotne obniżenie wytrzymało- ści elektrycznej układu izolacyjnego. Izolatory i inne elementy izolacyjne powinny wytrzymywać długotrwale najwyższe napięcia sieci również w wa- runkach zabrudzeniowych, przy akceptowalnym ryzyku przeskoku. Aby zachować znamionowy poziom izolacji, konieczne jest powiększe- nie, w stopniu odpowiednim do warunków zabrudzeniowych, odległości ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.4. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń elektroenergetycznych 25 między elementami urządzeń (drogi upływu) znajdujących się pod różnym potencjałem. Klasyfikację środowiska ze względu na stopień (poziom) za- brudzenia oraz wymagane jednostkowe drogi upływu podano w tabl. 1.6. W konsekwencji należy stwierdzić, że izolacja urządzeń spełniająca kryterium poprawnego działania musi być projektowana tak, aby ograniczyć do ekonomicznie i technicznie uzasadnionego poziomu prawdopodobień- stwo jej uszkodzenia lub zakłócenia ciągłości działania urządzeń, powodo- wane narażeniami napięciowymi. Kryterium to jest zwykle określone w formie akceptowanego, możliwego do przyjęcia wskaźnika liczby uszko- dzeń układu izolacyjnego na rok lub liczbę lat między uszkodzeniami. Poprawne działanie urządzeń jest możliwe, jeżeli ich izolacje przejdą z wy- nikiem pozytywnym znormalizowane próby napięciowe, wykonane napię- ciami probierczymi (wytrzymywanymi) o częstotliwości sieciowej oraz o przebiegu udarowym. Kryterium oceny dopuszcza jednak możliwość wy- stąpienia uszkodzenia (przebicia) izolacji, przy czym ważny jest rodzaj izo- lacji, która uległa uszkodzeniu i miejsce wystąpienia tego uszkodzenia. Do oceny jakości wykonania izolacji wykorzystuje się pojęcie koordy- nacji izolacji. Jest to całokształt przedsięwzięć technicznych zapewniają- cych takie stopniowanie izolacji równoległej urządzeń, aby przeskok lub przebicie izolacji wywołane przepięciami łączeniowymi lub piorunowymi były ograniczone do miejsc i urządzeń niezagrażających obsłudze i urządze- niom elektroenergetycznym, a więc ewentualne szkody i zakłócenia rucho- we były możliwie najmniejsze. Urządzenia takie to głównie iskierniki, ogra- niczniki przepięć i odgromniki. Bliższe omówienie przyczyn występowania przepięć i sposobów ich ograniczania podano w p. 10.4. 1.4. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń elektroenergetycznych 1.4. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń elektroenergetycznych 1.4.1. Wyjaśnienia ogólne Poprawne działanie urządzeń elektroenergetycznych i energoelektronicz- nych wymaga spełnienia określonych warunków, w szczególności w odnie- sieniu do: – środowiska, w którym urządzenia mają pracować, – jakości układu zasilania, – zakłóceń elektromagnetycznych. Jednocześnie urządzenia te nie powinny wpływać ujemnie na pracę innych urządzeń technicznych, np. przez nadmierne podwyższenie temperatury w pomieszczeniu, wibracje, zakłócenia elektromagnetyczne, ani powodować znacznej uciążliwości dla przebywających w pobliżu osób. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 26 1. Wiadomości ogólne Większość urządzeń elektrycznych takich jak silniki, transformatory, odbiorniki oświetleniowe, urządzenia grzejne i inne jest najczęściej mało wrażliwa na zmiany warunków otoczenia i zasilania wówczas, gdy zmiany te występują w ograniczonym zakresie. Same również nie wywołują istot- nych zmian mikroklimatu środowiska, w którym są eksploatowane, ani za- kłóceń w układzie zasilania, w stopniu utrudniającym pracę innych urządzeń technicznych. Jeżeli jednak niektóre z nich są przyczyną tych zmian i emitują zakłócenia, to zwykle możliwe jest ograniczenie źródła emisji i zredukowanie ich oddziaływania. Polega to na takim zlokalizowaniu urzą- dzeń i zastosowaniu takiego układu zasilania, przy których są zapewnione pożądane warunki pracy tych oraz innych urządzeń. Wówczas ulegają ogra- niczeniu różne zakłócenia powodowane pracą urządzeń. Wzajemne dopasowanie urządzeń elektrycznych i elektronicznych do warunków środowiskowych i technicznych przyjęto obecnie nazywać kom- patybilnością. W zależności od tego, czego ono dotyczy, rozróżnia się kom- patybilność środowiskową, kompatybilność z układem zasilania oraz kom- patybilność elektromagnetyczną (EMC). 1.4.2. Środowiskowe warunki pracy Warunki środowiskowe, w których są instalowane urządzenia elektryczne powinny zapewniać m.in. właściwe chłodzenie przez odprowadzenie ciepła powodowanego stratami energii elektrycznej w urządzeniach i układzie za- silania. Chłodzenie może być naturalne lub sztuczne, polegające na zainsta- lowaniu urządzeń wymuszających wymianę powietrza w pomieszczeniu lub ruch innego czynnika chłodzącego, np. wody czy oleju. Inne warunki, w tym wilgotność oraz zanieczyszczenie powietrza czą- steczkami stałymi lub gazami agresywnymi, nie powinny ograniczać moż- liwości wykorzystania znamionowych parametrów urządzenia ani powodo- wać jego przyspieszonego zużycia. Rozróżnia się [72, 93] normalne i nienormalne warunki eksploatacji. Za warunki normalne uważa się takie, w których m.in.: – temperatura czynnika chłodzącego i temperatura otoczenia są niższe niż wartości podane w tabl. 1.7; – wilgotność względna otaczającego powietrza jest nie mniejsza niż 15 i nie większa od tej, przy której w danych warunkach występuje konden- sacja pary; – powietrze powinno być czyste, spełniające wymagania IEC 664 [6] dla stopnia zanieczyszczenia 1. Za warunki pracy inne niż normalne (warunki nienormalne) uważa się takie, w których np.: – temperatura powietrza lub czynnika chłodzącego wykracza poza zakres wartości podanych w tabl. 1.7; ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.4. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń elektroenergetycznych 27 – woda chłodząca może powodować w stosunkowo krótkim czasie korozję lub niedrożność instalacji, np. woda morska lub nadmiernie twarda; – w otaczającym powietrzu występuje zanieczyszczenie cząstkami stałymi, gazami agresywnymi, spalinami lub parami oleju; – wahania temperatury przekraczają 5°C/h lub wahania wilgotności względnej 5 /h; – wysokość nad poziomem morza jest wyższa niż 1000 m; – występują inne nietypowe warunki użytkowania, wykraczające poza gra- nice warunków pracy uznawanych za normalne. Tablica 1.7. Dopuszczalna chwilowa ekstremalna temperatura czynnika chłodzącego na wejściu systemu chłodzenia, wg [93] Czynnik Powietrze Woda Olej Dopuszczalna temperatura, °C minimalna maksymalna +0 +5 –5 +40 +30 +30 Prawidłowa i długotrwała, niezawodna praca urządzenia elektrycznego zależy od technicznych warunków jego zasilania i eksploatacji, jak również od warunków środowiskowych, w których urządzenie jest zainstalowane i eksploatowane, a wcześniej było składowane i transportowane. Zastoso- wane materiały i sposób ochrony przed oddziaływaniem środowiska powin- ny być odpowiednie do spodziewanej intensywności zjawisk negatywnie oddziaływujących na urządzenie oraz skutecznie chronić je przed tymi nara- żeniami. Urządzenia powinny być składowane i transportowane w warun- kach nie narażających ich na zniszczenie lub przyspieszone uszkodzenie, również w przyszłości. Urządzenia w wykonaniu napowietrznym są budowane do zainstalowa- nia w określonej strefie klimatycznej (tabl. 1.1). W pewnych przypadkach warunki środowiskowe w miejscu zainstalowania urządzenia elektrycznego mogą być różne od tych, jakie wynikają z klimatu naturalnego. Warunki te określa się nazwą mikroklimatu. Pod tym pojęciem należy rozumieć trwałe zmiany klimatu naturalnego, występujące na ograniczonym terenie, spowo- dowane głównie działalnością gospodarczą człowieka, wywołującą np. zwiększone zapylenie, obecność szkodliwych związków chemicznych, zwiększoną wilgotność powietrza w pobliżu dużych zakładów chemicznych, hut i elektrowni. Niezależnie od stref klimatycznych i mikroklimatu bardzo różne i zmienne w czasie mogą być lokalne warunki środowiskowe w niektórych obiektach i pomieszczeniach zamkniętych (podziemia kopalń, statki, pojaz- dy i inne) lub wewnątrz szaf i obudów, głównie w przypadkach zgrupowa- nia w ograniczonej przestrzeni wielu różnych urządzeń technicznych, nie ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 28 1. Wiadomości ogólne tylko elektrycznych. Warunki takie przyjęto nazywać klimatem technicznym lub kryptoklimatem. Obudowy i osłony powinny chronić zainstalowane w nich urządzenia elektryczne przed narażeniami tego środowiska. Jednak one same ze względu na zamknięcie urządzeń w ograniczonej przestrzeni i utrudnioną wskutek tego wymianę ciepła z otoczeniem powodują wystą- pienie nowych warunków wewnątrz obudowy, głównie podwyższenie się temperatury, co może uniemożliwiać wykorzystanie znamionowych para- metrów zainstalowanych tam urządzeń. 1.4.3. Elektryczne warunki pracy Urządzenia elektroenergetyczne i energoelektroniczne przetwarzające energię elektryczną na inne postacie energii lub na energię elektryczną, lecz o innych parametrach technicznych, są budowane przy założeniu, że będą one zasilane energią elektryczną wysokiej jakości, określonej przede wszystkim następują- cymi wymaganiami: – wartość skuteczna napięcia zasilania jest równa wartości znamionowej lub występujące odchylenia od wartości znamionowej są mniejsze niż wartości graniczne dopuszczalne, różne dla różnych urządzeń, przeważ- nie jednak rzędu kilku procent; – częstotliwość napięcia zasilania jest równa częstotliwości znamionowej; – zmiany i szybkie zmiany (wahania) napięcia i częstość ich występowania nie są większe niż wartości graniczne dopuszczalne; – nie występuje asymetria napięć w układzie wielofazowym lub jest ona odpowiednio mała; – odkształcenie napięcia zasilania od przebiegu sinusoidalnego o podsta- wowej częstotliwości, określone wartością współczynnika odkształcenia harmonicznymi (współczynnika deformacji) THDU jest niewielkie, na ogół mniejsze niż 5 w przypadku odbiorników zasilanych z sieci ni- skiego napięcia w obiektach specjalnych (szpitale, lotniska itp.) oraz 8 dla odbiorników w obiektach ogólnych (zakłady przemysłowe, budynki mieszkalne i inne podobne). Urządzeniami elektrycznymi szczególnie wrażliwymi na odstępstwa od znamionowych warunków zasilania są różnego rodzaju przekształtniki ener- goelektroniczne, które jednocześnie same wnoszą znaczne zakłócenia do układu zasilania. Zsumowane odkształcenia nie mogą przekraczać zakresu dopuszczalnego dla danej klasy odporności przekształtnika. Przekształtniki wykonuje się w trzech klasach odporności na zmiany i odkształcenia występujące w sieci zasilającej (tabl. 1.8), spełniających wa- runki kompatybilności z tą siecią. Deformacje napięcia zasilającego i prądu większe od podanych mogą powodować: – zmianę właściwości przekształtnika, polegającą np. na zmniejszeniu do- puszczalnej mocy wyjściowej (skutek F); ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.4. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń elektroenergetycznych 29 – przerwę w pracy spowodowaną zadziałaniem zabezpieczeń, przy czym ponowne załączenie po ustaniu zakłócenia m
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Urządzenia elektroenergetyczne
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: