Основытелемеханики: назначение, виды и функции телемеханических систем
Основытелемеханики: назначение, виды и функции телемеханических систем
Телемеханика— область науки и техники, предметом которой является разработка методов итехнических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управленияи контроля на расстоянии.
Специфическимиособенностями телемеханики являются:
· удалённостьобъектов контроля и управления;
· необходимостьвысокой точности передачи измеряемых величин;
· недопустимостьбольшого запаздывания сигналов;
· высокаянадёжность передачи команд управления;
· высокаястепень автоматизации процессов сбора информации.Назначение
Телемеханизацияприменяется тогда, когда необходимо объединить разобщённые или территориальнорассредоточенные объекты управления в единый производственный комплекс (например,при управлении газо- и нефтепроводом, энергосистемой, ж. -д. узлом), либо когдаприсутствие человека на объекте управления нежелательно (например, в атомнойпромышленности, на химических предприятиях) или невозможно (например, приуправлении непилотируемой ракетой).
Внедрениетелемеханических систем позволяет сократить численность обслуживающегоперсонала, уменьшает простои оборудования, освобождает человека от работы вовредных для здоровья условиях.
Особоезначение телемеханика приобретает в связи с созданием автоматизированных системуправления (АСУ). Обработка данных, полученных по каналам телемеханики, на ЭВМпозволяет значительно улучшить контроль за технологическим процессом иупростить управление. Поэтому в настоящее время вместо понятия «телемеханика»всё чаще и чаще используется сокращение АСУТП— автоматизированная система управления технологическим процессом. Современнаясистема телемеханики также немыслима без компьютера, поэтому можно сказать, чтотелемеханика и АСУТП — близнецы-братья. Разница между этими понятиямиулавливается лишь по времени появления и по традиции использования. Например, вэнергетике предпочитают использовать слово телемеханика,на промышленных предприятиях — АСУТП.
Ванглоязычных источниках аналогом понятия «телемеханика» являетсясокращение SCADA — Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерскоеуправление и сбор данных, в которое вкладывается, по сути, тот же смысл.Области применения
Предприятияхимической, атомной, металлургической, горнодобывающей промышленности,электрические станции и подстанции, насосные и компрессорные станции (на нефте-и газопроводах, в системах ирригации, тепло- и водоснабжения), ж.-д. узлы иаэропорты, усилительные и ретрансляционные установки на линиях связи, системыохранной сигнализации и т. д.Пример построениятелемеханической системы
Рассмотримосновные понятия, используемые в телемеханических системах, на примере такназываемой двухуровневой системы,ставшей классической схемой.
Контрольи управление системой осуществляют с ПунктаУправления (ПУ), где находится диспетчер, аппаратурателемеханики, ЭВМ, мнемонический щит.
Объектыконтроля и управления находятся на КонтролируемыхПунктах (КП), одном или нескольких.
Взаимодействиемежду ПУ и КП происходит по каналусвязи. Это может быть простая физическая линия, оптоволокно,выделенный телефонный канал, радиоканал и т.п. При подключении к одному каналусвязи нескольких КП каждый из них должен иметь уникальный номер.
Частопод ПУ и КП подразумевают саму аппаратуру телемеханики.
Данныемежду ПУ и КП передают короткими массивами, которые называют кадрами, фреймами, посылками. Посылкивместе с данными содержат адресную часть и проверочный код для выявленияискажений в процессе передачи. Адресдолжен однозначно идентифицировать измеряемый параметр в рамках всей системы,например, номер контроллера ПУ — номер КП — номер группы в КП — номер параметрав группе. Для защиты данных обычно используют один из вариантов подсчета контрольной суммы.
Способкодирования данных и порядок обмена посылками обычно называют протоколом обмена. Одним из основныхтребований при выборе протокола является его надежность, т.е. способностьпередавать данные без искажений и возможность повторной передачи в случае сбоя.
/>
Аппаратурателемеханики (обычно называемая контроллером) на КП собирает информацию обобъекте посредством датчиков и преобразователей.
Датчикамимогут быть простые двухпозиционные переключатели, состояние которых изменяетсяпри изменении состояния объекта (включен/выключен, норма/авария и т.п.). Обычноконтроллер КП следит за состоянием датчиков и при изменении хотя бы одного изних передает на ПУ посылку, которую называют ТелеСигналом (ТС). Контроллер ПУ, получив ТС, передаетего на ЭВМ и контроллер щита. Программа на ЭВМ изменяет состояние изображенияконтролируемого объекта на схеме и предупреждает диспетчера звуковым сигналом.Контроллер щита зажигает на щите соответствующий индикатор.
Дляколичественной оценки состояния объекта на КП применяют преобразователи,которые преобразуют физические параметры (температура, давление, напряжение,ток) в нормированные электрические сигналы. Контроллер КП измеряет значенияэтих сигналов и передает их на ПУ в цифровом виде в посылках ТелеИзмерений (ТИ). Аналогично ТС,ТИ поступают на ЭВМ и щит для отображения. Программа для ЭВМ может отслеживатьуровни приходящих измерений и сигнализировать, например, о превышениикритического порога (уставки).
Принеобходимости вмешательства в ход контролируемого процесса оператор посредствомЭВМ выдает в систему команду Телеуправления(ТУ). C ЭВМ команда поступает на контроллер ПУ, которыйпередает его нужному КП. Контроллер КП при получении команды проверяет еедостоверность, выдает электрический сигнал для включения исполнительногомеханизма (например, запуск электродвигателя), передает на ПУ квитанцию овыполнении команды. Команды ТУ обычно двухпозиционные: ТУ Включить и ТУОтключить.
Современныеконтроллеры КП могут получать информацию не только с датчиков ипреобразователей, но и с различных микропроцессорных устройств, например,приборов учета, токовых защит. Для стыковки с такими устройствами применяютодин из локальных интерфейсов, например, RS-485. Информационный обмен идет сиспользованием одного из совместимых протоколов, например, Modbus.История
Термин«телемеханика» был предложен в 1905 году французским учёным Э.Бранли. Первоначально с понятием телемеханики связывали представление обуправлении по радио подвижными военными объектами. Известны случаи применениябоевой техники, оснащенной устройствами управления на расстоянии, в 1-й мировойвойне.
Практическоеприменение телемеханики в мирных целях началось в 20-х годах 20 века, главнымобразом на ж.-д. транспорте: телеуправление ж.-д. сигнализацией и стрелкамибыло впервые осуществлено в 1927 на железной дороге в Огайо (США). В 1933 вМосковской энергосистеме (Мосэнерго) введено в эксплуатацию первое устройствотелесигнализации. Серийное заводское производство устройств телемеханики в СССРвпервые было организовано в 1950 на заводе «Электропульт».
Развитиетелемеханики шло параллельно с развитием электроники и средств связи. Первые системыстроили на релейных схемах. В 50-х годах на смену реле пришли более надежныеполупроводниковые элементы. В конце 60-х годов началось использованиеинтегральных схем.
Вконце 80-х годов в схемотехнике систем телемеханики произошел качественныйскачок. Вместо микросхем жесткой логики в контроллерах стали использоватьмикропроцессоры. Это позволило гибко адаптировать аппаратуру под решениеконкретной задачи путем замены программного обеспечения. В 1992 году былизготовлен первый в Беларуси комплекс телемеханики «Сириус»,построенный на восьмиразрядных микропроцессорах. Часть программного обеспеченияи конфигурация системы загружалась в память контроллеров с ПЭВМ.
Современныепрограммно-технические комплексы (например, ПТК АРКОНА, разработанный в 2001году) строят также на основе микропроцессорных контроллеров. В настоящее времяэто 16 и 32-разрядные системы с высоким быстродействием и достаточным объемомпамяти. Всё большее значение имеет программное оснащение контроллеров. Дляхранения программ и данных применяют FLASH-память, позволяющую легко менятьпрограмму и обеспечивать быстрый перезапуск системы в случае сбоя.Тенденции развития
Всовременной системе телемеханики большое внимание уделяется программномуобеспечению системы и интеграции с действующими системами и программнымикомплексами. Стандартом стало графическое представление схем контролируемогопроцесса (мнемосхем) с «живым» отображением текущего состояния,управление объектом с кадров мнемосхем.
Впрограммном обеспечении наблюдается тенденция к стандартизации программныхинтерфейсов систем сбора данных и обрабатывающих программ (технология OPC),возрастает потребность экспорта собранных данных в специализированные программы(расчета режимов, планирования, аналитические, АРМ специалистов). В условияхусложнения систем повышается роль средств диагностики и отладки.
Стехнической стороны в системах всё чаще используются современные скоростныеканалы связи (оптоволокно, Ethernet) и беспроводные технологии (например,транкинговая и сотовая связь). Вместе с тем сохраняется потребность стыковки сморально (а иногда и физически) устаревшими «унаследованными» системами,с сохранением их протоколов связи. На контролируемых объектах всё чащевозникает необходимость стыковки с локальными технологическими системами.
Нарядус усложнением самих систем и их программного обеспечения наблюдается изменениетребований к реализуемым функциям. К традиционным функциям телемеханики(телесигнализация, телеизмерение, телеуправление) добавляются функцииэнергоучета, транспорта данных с локальных автоматических приборов. К обычнымфункциям контроля за изменением состояния и превышения предельных значенийдобавляются возможности текущих расчетов и логического анализа (например,балансные расчеты).
Современная автоматизация индустрии предъявляетвсе большие требования к центральному управлению всеми приводами, также как идатчиками и актуаторами (например, фотодатчики, температурные датчики,бесконтактные датчики и т. д.).
Эти требования могут быть реализованы стандартнымпараллельным соединением компонентов системы или интеллектуальнойпоследовательной сетью.
Идет тенденция к использованию сетевых систем,КЕВ предлагает несколько решений в зависимости от платы управления:
обычный RS 485-интерфейсс протоколом DIN 66019 Profibus — интерфейс
CAN-Bus — интерфейс I nterBus-S — интерфейс LON — интерфейс
ANSI протокол Х3.28 (DIN 66019) встроен во всестандартные карты управления. Он позволят организовать последовательную сеть до30 инверторов без дополнительного аппаратного оборудования. Разнообразныепротоколы отличаются аппаратно (например, интерфейсами и соединениями),программно ( например, передающим протоколом), возможностью подсоединенияконтроллеров разных производителей, а также различные технические данные(например, допустимо Применение сетей для преобразователей частотыпредоставляют пользователю разнообразные преимущества:
Меньшее расходование кабеля по сравнению страдиционным соединением, большее число инверторов объединены в сеть друг сдругом. Также установка становится существенным образом проще.
Инвертор становится «прозрачным» дляконтроллера, т. е. все параметры могут быть введены в инвертор и/или считаны пошине. Считываемые параметры (например, загрузка инвертора) могут быть прочитаныконтроллером, и использованы, например, в качестве основы для изменения входныхпараметров. Загрузка полной параметризации происходит в течении короткогопромежутка времени без каких-либо трудностей.
• Установленное значение устанавливается вцифровом виде и, таким образом, точно, и может быть воспроизведено без фоновыхнаводок и помех напряжений.
• Диагностировать ошибки проще, потому что ошибкимогут быть сохранены. Также ранняя диагностика ошибок (например, значительноеувеличение нагрузки в результате недостачи смазки в подшипниках и последующаяполомка машины) может быть реализована при сетевом соединении инверторов ссоответствующим программным управлением. Добавление оборудования обычно невызывает каких-либо проблем, поскольку дополнительные элементы легкоподсоединяются к шине. И в основном, нет необходимости прокладывать длинныекабели от каждого инвертора к контроллеру.
Благодаря цифровой передаче сигнала возможнапередача
на большие расстояния без особых проблем (взависимости
от способа передачи и интерфейса).
Повышенная надежность против неправильной работы,
поскольку все параметры могут быть перезагружены
программно в любой точке (Функция загрузки). Спомощью
вcтроенных функций диагностики, например, можно сразу же
определить прерывание линии.
Не нужны аналоговые входные и выходные модули PLC,
следовательноменьшие денежные и программные расходы. расстояние, скорость передачи, числоучастников).
Специальныеасинхронные машины: сельсины, преобразователи частоты. Назначение, устройство ипринцип действия.Сельсины
Сельсиномназывается информационная электрическая машина переменного тока, вырабатывающаянапряжения, амплитуды и фазы которых определяются угловым положением ротора.
Сельсиныпозволяют осуществить без общего механического вала согласованное вращение илиповорот механизмов.
Известныдва режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный. При работесельсинов в индикаторном режиме происходит передача на расстояние угла поворотамеханической системы.
Приработе сельсинов в трансформаторном режиме передается сигнал, воздействующий наисполнительный механизм таким образом, чтобы заставить его отработать заданныйповорот.
Рассмотримустройство и принцип действия однофазных двухполюсных контактных сельсинов.Однофазная обмотка возбуждения, включенная в сеть переменного тока, расположенана явнополюсном статоре. На роторе размещены три пространственно смещенныеотносительно друг друга под углом 120o катушки синхронизации. Концыкатушек соединены в общий узел, начала катушек выведены на контактные кольца.Обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток. Этот потокиндуктирует трансформаторные ЭДС в катушках синхронизации. Наибольшая ЭДСиндуктируется в катушке, ось которой совпадает с осью пульсирующего потока. Приотклонении оси катушки ЭДС уменьшается по синусоидальному закону. Величина ифаза ЭДС в каждой катушке зависит от угла поворота ротора сельсина.
/>
Рис.13.1
Нарис. 13.1 приведена схема соединения однофазных сельсинов при индикаторномрежиме работы.
Всхеме используются сельсин — датчик и сельсин — приемник, представляющие собойдва совершенно одинаковых сельсина.
ОВди ОВп — обмотки возбуждения сельсина — датчика и сельсина — приемника.
Сди Сп — катушки синхронизации.
Еслироторы обоих сельсинов ориентированны одинаковым образом
относительно обмоток возбуждения, то в каждой паре катушек индуктируютсяодинаковые ЭДС. Катушки роторов обоих сельсинов соединены таким образом, чтоЭДС в них направлены встречно друг другу, и ток в соединительных проводахотсутствует. Такое положение сельсинов называется согласованным.
Еслиповернуть ротор сельсина — датчика на угол θ, то в соответствующихкатушках роторов наводятся различные по величине ЭДС, и в них возникают токи,которые, взаимодействуя с магнитными полями обмоток возбуждения, создаютвращающие моменты. Ротор датчика удерживается в повернутом положении,следовательно, ротор приемника будет поворачиваться до тех пор, пока неисчезнет вращающий момент, т.е. пока не исчезнут токи в катушках сельсина, аэто произойдет, когда ротор сельсина — приемника повернется на тот же уголθ, возникнет новое согласованное положение роторов сельсина — датчика исельсина — приемника. На роторе сельсина — приемника устанавливаются стрелка ишкала, показывающие угол поворота сельсина — датчика.
Еслинеобходимо осуществить дистанционную передачу угла поворота к механизму,требующему большого вращающего момента, то используется схема трансформаторногорежима работы сельсинов (рис. 13.2).
/>
Рис.13.2
Обмоткавозбуждения сельсина — датчика подключается к источнику однофазного тока.Катушки синхронизации датчика соединены с катушками синхронизации приемника,который работает как сельсин — трансформатор. Катушки синхронизации СПявляются первичной обмоткой, а статорная обмотка ОВП — вторичной(выходной) обмоткой. Она через усилитель у cоединяется с исполнительнымдвигателем. Исполнительный двигатель через редуктор связан с валом сельсина — приемника.
Обмоткавозбуждения датчика образует пульсирующий по горизонтали магнитный поток. Вкатушках СД индуктируются ЭДС, которые создают токи в роторныхкатушках датчика и приемника. Каждая катушка синхронизации сельсина — приемникасоздает свой магнитный поток, а результирующий магнитный поток имеет такое женаправление, как и поток в сельсине — датчике.
В обмоткевозбуждения сельсина — премника индуктируется ЭДС, величина и фаза которойзависят от угла и направления результирующего потока обмотки синхронизацииприемника. Ось обмотки возбуждения приемника сдвинута на 90oотносительно оси обмотки возбуждения датчика, поэтому, когда магнитный потокнаправлен горизонтально, в обмотке приемника ОВП не возникает никакой ЭДС. Этосогласованное положение в трансформаторном режиме.
Если роторсельсина — датчика повернуть на угол θ, то результирующий магнитный потокв роторе сельсина — приемника повернется тоже на угол θ, а на зажимахобмотки ОВП появится напряжение, зависящее от угла θ. Этонапряжение подается на вход усилителя, а затем на исполнительный двигатель.Двигатель вращается, поворачивая обмотки управления. Вал ротора сельсина — приемника через редуктор связан с валом объекта управления. Когда вал объектауправления повернется на нужный угол, одновременно с ним повернется на уголθ вал сельсина — приемника. Возникнет новый согласованный режим, идвижение прекращается.
Исполнительныймеханизм и сельсин — датчик не нуждаются в механической связи и могутнаходиться на большом расстоянии друг от друга.
Электрическиесистемы дистанционной передачи угла поворота или вращения механизмов используютсяв радиолокаторах, в радиопеленгаторах и другой специальной технике.
Поворотные трансформаторыИндуктосины. Редуктосины
Поворотным,или вращающимся, трансформатором называется информационная электрическаямашина, амплитуда выходного напряжения которой является функцией входногонапряжения и углового положения ротора.
Поворотныетрансформаторы конструктивно сходны с асинхронными машинами с фазным ротором иконтактными кольцами. К ним обычно подводится питание со стороны статора отисточника переменного напряжения. На обмотке ротора (на выходе) получаютнапряжение, представляющее собой определенную функцию угла поворота ротораα. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α,cos α. В соответствии с этим, различают синусные, косинусные и синус — косинусные трансформаторы.
Нарис. 13.3 представлена принципиальная схема поворотного трансформатора с двумявзаимно-перпендикулярными обмотками на статоре и на роторе.
/>
Рис.13.3
Назовем осиобмоток статора S и K соответственно продольной d и поперечной q осямиповоротного трансформатора. Статорную обмотку S подключим к источникупеременного напряжения. Обмотка создает продольное пульсирующее магнитное поле,которое будет индуктировать в роторных обмотках А и В ЭДС. Значенияэлектродвижущих сил зависят от угла поворота ротора α.
Присинусоидальном распределении поля вдоль окружности ротора напряжение на обмоткеА будет меняться при повороте ротора пропорционально sin α, а напряжениена обмотке В — пропорционально cos α. При использовании обеих обмотокротора получим синус-косинусный поворотный трансформатор.
Токи вроторных обмотках создают продольную составляющую магнитного потока,направленную встречно магнитному потоку статорной обмотки S, и поперечнуюсоставляющую потока, направленную перпендикулярно магнитному полю обмотки S.Вследствие появления поперечной составляющей, нарушится синусоидальный икосинусоидальный законы изменения ЭДС от угла поворота ротора α.
Длякомпенсации полученной составляющей магнитного поля роторных обмоток на статореразмещается компенсационная обмотка К, замкнутая накоротко, под углом 90oк обмотке S.
Эта обмоткасоздает магнитный поток, направленный встречно поперечной составляющеймагнитного потока ротора, и ослабляет ее. В результате, погрешность поворотноготрансформатора уменьшается.
Индукционныйредуктосин представляет собой бесконтактный синус-косинусный поворотныйтрансформатор. Первичная и две вторичные обмотки размещены на статоре. Роторвыполнен в виде зубчатого кольца из электротехнической стали.
Редуктосиныне имеют скользящих контактов, что повышает надежность и точность их работы.При питании первичной обмотки синусоидальным напряжением со вторичных обмотокснимают два напряжения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворотаротора. Повороту ротора на угол, равный зубцовому делению, соответствует полныйпериод изменения амплитуды выходного напряжения (зубцовым делением ротораназывается расстояние между зубцами ротора).
Индуктосиномназывают бесконтактную информационную машину без магнитопровода с печатнымипервичной и вторичной обмотками, возбуждаемую однофазным напряжением. Выходноенапряжение индуктосина является функцией углового положения ротора.
Конструктивноиндуктосин представляет собой два диска (ротор и статор) из изоляционногоматериала (керамика, стекло). Один из дисков соединяется с валом, угловоеположение которого подлежит изменению, второй неподвижен. На торцевыхповерхностях, обращенных друг к другу, диски несут печатные обмотки.
Поворотныетрансформаторы используются в электрических счетно-решающих системах, вследящих системах в качестве датчиков угла, в преобразователях«угол-код», в системах числового и программного управленияметаллорежущими станками
Кабельныелинии (КЛ): эксплуатация, обслуживание, методы обнаружения повреждения. [5]
Кабельныелинии непосредственно после их сооружения и в процессе эксплуатации подвергаютсяразнообразным испытаниям, с помощью которых выявляются ослабленные места илидефекты в изоляции и защитных оболочках кабелей, соединительной и концевойарматуры и других элементах кабельных линий.
Причинывозникновения таких ослабленных мест весьма различны. Они могут возникать приизготовлении кабеля и арматуры на заводе из-за конструктивных недостатковкабеля и арматуры, при небрежной прокладке кабельных линий, при некачественномвыполнении монтажных работ. Ослабленные места выявляются в процессеэксплуатации КЛ, так как со временем наблюдается старение изоляции кабелей икоррозия их металлических оболочек.
Кабельныелинии, проложенные в земляной траншее, невзирая на дополнительную защиту в видепокрытия кирпичом и систематическое наблюдение за состоянием трассы линий,весьма подвержены внешним механическим повреждениям, которые могут возникатьпри прокладке и ремонте других городских подземных сооружений, проходящих потрассе КЛ.
Заисключением прямых механических повреждений, ослабленные места и дефекты КЛимеют скрытый характер. Своевременно не выявленные испытаниями они могут с тойили иной скоростью развиваться под воздействием рабочего напряжения. При этомвозможно полное разрушение элементов КЛ в ослабленном месте с переходом линиив режим короткого замыкания и ее отключение с соответствующим нарушениемэлектроснабжения потребителей.
Испытаниеповышенным выпрямленным напряжением:
Результатыиспытания кабеля считаются удовлетворительными, если не наблюдалось скользящихразрядов, толчков тока утечки или нарастания установившегося значения и еслисопротивление изоляции, измеренное мегаомметром, после испытания осталосьпрежним. Сопротивление изоляции до и после испытания не нормируется До и послеиспытания кабелей на напряжение выше 1 кВ повышенным выпрямленным напряжениемпроизводится измерение сопротивления изоляции мегаомметром на напряжение 2500 В
Измерениесопротивления изоляции проверяется мегаомметром на напряжение 2500 В в течение1 мин. Сопротивление изоляции должно быть не ниже 0,5 Мом
Измерениенагрузки Токовые нагрузки должны удовлетворять требованиям ПУЭ Должнопроизводиться ежегодно не менее 2 раз, в том числе 1 раз в период максимальнойнагрузки линии
Рассмотрим особенностииспытания кабельных линий повышенным напряжением.
Применениевыпрямленного напряжения для испытания КЛ весьма эффективно. Для этих целейприменяются транспортабельные испытательные установки ограниченной мощности игабаритов. Последнее определяется тем, что параметры таких установок зависят оттока утечки и изоляции КЛ, в то время как при использовании повышенногопеременного напряжения параметры установок определяются емкостью линий, котораядля КЛ весьма значительна. При этом выпрямленное напряжение, по сравнению стаким же по величине напряжением, оказывает малое воздействие на неповрежденнуюизоляцию кабельных линий.
Испытаниевыпрямленным напряжением, к сожалению, выявляет не все ослабленные местаизоляции КЛ. В частности, не выявляются: электрическое старение изоляции;осушение изоляции из-за перемещения или стекания пропиточного состава;высыхания изоляции из-за тяжелого теплового режима работы кабельных линий.
Испытанияповышенным напряжением являются разрушающими, так как при приложении испытательногонапряжения изоляция КЛ в месте дефекта доводится до полного разрушения(пробоя). После пробоя необходим ремонт линии в том или ином объеме.
Разрабатываемыев последнее время методы специальной дефектоскопии электрооборудования, спомощью которых ослабленное место испытуемого объекта выявляется без егоразрушения, к сожалению, не затрагивают испытания кабельных линий.
Различаютсяприемосдаточные испытания (П), испытания при капитальном (К) и текущем (Т)ремонтах, а также межремонтные испытания (М). Для кабельных линий городскихсетей характерны испытания П, К и М.
ри этомиспытания К и М согласно принятой терминологии носят названия профилактическихиспытаний (ПИ).
ВИДЫПОВРЕЖДЕНИЙ И ПРОЖИГАНИЕ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
После пробояКЛ по причине отказа или в результате испытания, за исключением прямыхмеханических повреждений, возникает необходимость в определении местаповреждения линии. В настоящее время имеются совершенные методы, с помощьюкоторых место повреждения, как правило, устанавливается с достаточной точностьюи в ограниченное время.
Каждый методимеет свою область использования, которая определяется характером поврежденияКЛ и, в том числе, переходным сопротивлением, возникающем в месте повреждения.В связи с этим перед определением места повреждения необходимо определитьхарактер повреждения, а также произвести при необходимости прожигание кабеля сцелью снижения переходного сопротивления в месте повреждения его изоляции дотребуемого уровня.
ПоврежденияКЛ имеют различный характер: повреждение изоляции с замыканием одной жилы наземлю; повреждение изоляции с замыканием двух или трех жил на землю, двух илитрех жил между собой в одном или в разных местах; обрыв одной, двух или трехжил с заземлением и без заземления жил; заплывающий пробой изоляции; сложныеповреждения, содержащие указанные виды повреждений. Наиболее распространенныйслучай – это повреждение между жилой и оболочкой кабеля, т.е. однофазныеповреждения, особенно для кабелей с жилами в самостоятельных оболочках.
Все измеренияна КЛ производятся с их полным отключением и выполнением необходимых мертехники безопасности. Как правило, определение характера поврежденияпроизводится с помощью мегомметра на 2500 В, которым измеряется сопротивлениеизоляции каждой жилы по отношению к земле и сопротивление изоляции междужилами. Целостность жил проверяется с обоих концов линии путем поочереднойустановки закоротки на концах линии. Для кабельных линий 0,38 кВ могутиспользоваться приборы типа МС-0,5, МС-0,8, ТТ-1 и т.п. При определении характерасложного повреждения используются измерители неоднородностей кабельных линийтипов Р5-1А, Р5-5, Р5-9, а при необходимости характер уточняется с помощьюпоочередного испытания выпрямленным напряжением изоляции каждой жилы поотношению к оболочке и между жилами.
В процессеопределения характера повреждения, как отмечалось, устанавливаетсянеобходимость прожигания изоляции КЛ в месте повреждения. Значение переходногосопротивления, до которого необходимо вести процесс прожигания изоляции, указанниже.
Процесспрожигания кабеля достаточно трудоемкий и требует специальной аппаратуры,которая должна иметь достаточную мощность и широкие диапазоны ее регулирования.
Процессхарактеризуется многократным повторением электрического пробоя изоляции кабеляв месте его повреждения, что позволяет постепенно снизить переходноесопротивление в месте повреждения до требуемого значения. При этом по мереснижения сопротивления напряжение пробоя уменьшается и одновременно возрастаютток в цепи пробоя и мощность установки для прожигания.
Прожигание КЛможет производиться с использованием переменного или выпрямленного напряжения.При этом использование резонансных установок не рекомендуется.
МЕТОДЫОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Приопределении мест повреждения кабельных линий необходимо соблюдать серьезныетребования: погрешность не должна превышать 3 м (при этом учитываются трудностипроизводства земляных работ на городских проездах с усовершенствованнымпокрытием); выполнение ОМП должно ограничиваться несколькими часами; должнысоблюдаться правила безопасности персонала. Указанные требования усиливаютсянеобходимостью быстрейшего ремонта КЛ при ее повреждении, так как при выводелинии в ремонт нарушается надежность электроснабжения потребителей и возрастаютпотери электроэнергии в сети. Для кабельных линий, проложенных в землянойтраншее, следует учитывать опасность проникновения влаги в изоляцию врезультате нарушений герметичности, возникающих в месте повреждения.
Проникновениевлаги может быть весьма интенсивным и распространяться на значительную длинувдоль линии.
При быстромопределении места повреждения ремонт линии ограничивается заменой участкакабеля длиной 3—5 м и монтажом двух соединительных муфт, в благоприятныхслучаях может быть установлена одна муфта. Если работы по определению местаповреждения затягиваются, что ведет к проникновению влаги, то возникаетнеобходимость замены участка кабеля с увлажненной изоляцией длиной уже внесколько десятков метров,
Это, в своюочередь, увеличивает объем земляных работ и ведет к удорожанию ремонта линии.
Всоответствии с установившейся практикой определяют место повреждения в дваприема: сначала определяют зоны повреждения кабельной линии, затем уточняетсяместо повреждения в пределах зоны. На первом этапе определение местаповреждения производится с конца линии, на втором этапе — непосредственно натрассе линии. В связи с этим методы соответственно разделяются на дистанционные(относительные) и топографические (абсолютные
МЕРЫПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Наряду собщими требованиями техники безопасности, которые выполняются при работах накабельных линиях, существуют дополнительные для допуска к работам надействующих линиях. Такой допуск необходим для проведения следующих основных операций:всестороннее отключение линии; заземление линии; определение линии на трассе;прокол кабеля и его заземление на месте производства работ, разрезание кабеля ипри необходимости вскрытие муфты.
На трассеперед ремонтом должны быть вскрыты все кабели и путем тщательной проверкиисполнительных чертежей определена линия, подлежащая ремонту.
Дополнительнок этому ремонтируемая линия определяется с помощью переносных приборовиндукционного типа.
Послеопределения кабеля производится проверка отсутствия на нем напряжения.
Согласно ПТБтакая проверка должна производиться специальным приспособлением, обеспечивающимпрокол кабеля до жил и их заземление. При этом в колодцах и туннеляхприспособление должно иметь дистанционное управление.
Выпускаемоепромышленностью устройство с изолированной штангой и сверлом громоздко и можетприменяться только в траншеях. В ЛКС совместно с трестом № 45
Главзапстрояразработано пиротехническое устройство, которое обеспечивает прокол ленточнойброни и оболочки до жил с замыканием их между собой и на землю. Устройствоможет применяться в любых условиях. На плите устройства (рис. 1-7) установленствол, в котором имеется патронник и поршень с пробойником, затвор с кольцомдля завода в боевое положение, фиксация которого производится с помощью чеки.Устройство закрепляется на кабеле с помощью хомутов.
При работеустройства применяются пиротехнические патроны МПУ-2. Для производства выстрелачека выдергивается с помощью капронового шнура, длина которого принимается сучетом обеспечения безопасности оператора. Диаметр прокалываемого кабеля 20—66мм, масса прибора 4,2 кг. При работе устройство заземляется, а такжевыполняются другие меры безопасности при работах с пиротехническиминструментом.
МЕРЫПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ВСКРЫТИИ МУФТ, РАЗРЕЗАНИИ КАБЕЛЯ
Передвскрытием муфт или разрезанием кабеля необходимо удостовериться в том, что этиоперации будут производиться на том кабеле, на каком нужно, что этот кабельотключен и выполнены технические мероприятия, необходимые для допуска к работамна нём.
На рабочемместе подлежащий ремонту кабель следует определять: при прокладке кабеля втуннеле, коллекторе, канале, по стенам зданий—прослеживанием, сверкойраскладки с чертежами и схемами, проверкой по биркам; при прокладке кабелей вземле—сверкой их расположения с чертежами прокладки. Для этой цели должна бытьпредварительно выполнена контрольная траншея (шурф) поперек пучка кабелей,позволяющая видеть все кабели.
В техслучаях, когда нет уверенности в правильности определения подлежащего ремонтукабеля, применяется кабелеискательный аппарат с накладной рамкой.
На КЛ передразрезанием кабеля или вскрытием соединительной муфты необходимо проверитьотсутствие напряжения с помощью специального приспособления, состоящего изизолирующей Штанги и стальной иглы или режущего наконечника. Приспособлениедолжно обеспечить прокол или разрезание брони и оболочки до жил с замыканиемих между собой и на землю. Кабель у места прокола предварительно прикрываетсяэкраном. В туннелях, коллекторах и колодцах такое приспособление допускаетсяприменять только при наличии дистанционного управления.
Если врезультате повреждений кабеля открыты все токоведущие жилы, отсутствиенапряжения можно проверить непосредственно указателем напряжения без прокола.
Прокол кабелявыполняет ответственный руководитель работ или допускающий либо под ихнаблюдением производитель работ. Прокалывать кабель следует в диэлектрическихперчатках и пользуясь предохранительными очками. Стоять при проколе нужно наизолирующем основании сверху траншеи как можно дальше от прокалываемого кабеля.
Длязаземления прокалывающего приспособления используются специальный заземлитель,погруженный в почву на глубину не менее 0,5 м, или броня кабеля. Заземляющийпроводник присоединяется к броне хомутами; бронелента под хомутом должна бытьочищена.
В техслучаях, когда бронелента подвергалась коррозии, допускается присоединениезаземляющего проводника к металлической оболочке.
При работахна кабельной четырехжильиой линии напряжением до 1000 В нулевая жилаотсоединяется с обоих концов.
Схемыраспределения цеховых электросетей: типы схем, изображение.
СХЕМЫРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Распределениеэлектроэнергии на промышленном предприятии должно выполняться по радиальной,магистральной или смешанной схеме в зависимости от территориального размещениянагрузок, величины потребляемой предприятием мощности, надежности питания идругих характерных особенностей проектируемого объекта. Магистральным схемамследует, как правило, отдавать предпочтение, как более экономичным.
Схемы следуетвыполнять одноступенчатыми и двухступенчатыми. Схемы с числом ступеней болеедвух допускаются при развитии предприятия в случаях их технико-экономическойцелесообразности.
На малыхпредприятиях должны, как правило, применяться одноступенчатые схемыраспределения энергии; вторую ступень допускается применять лишь для удаленныхот приемного пункта потребителей.
Схемараспределения должна строиться так, чтобы все ее элементы постоянно находилисьпод нагрузкой, а при аварии на одном из них оставшиеся в работе могли принятьна себя его нагрузку, путем перераспределения ее между собой с учетомдопустимой перегрузки.
Специальныерезервные (нормально не работающие) линии и трансформаторы предусматриваться недолжны.
Должнаприменяться, как правило, раздельная работа линий и трансформаторов сиспользованием перегрузочной способности указанных элементов в послеаварийныхрежимах.
Параллельнаяработа допускается:
при питанииударных резкопеременных нагрузок;
еслиавтоматическое включение резерва (АВР) не обеспечивает восстановление питаниядля самозапуска электродвигателей и при вероятности неселективного действиярелейной защиты;
еслиисключена возможность включения несинхронных напряжений при действии АВР.
Припостроении схем электроснабжения потребителей I и II категорий должнопроводиться глубокое секционирование шин во всех звеньях системы распределенияэнергии от узловой подстанции и до шин низшего напряжения цеховых подстанций ираспределительных пунктов.
Выбор схем иэлементов электроснабжения должен производиться с учетом обязательногообеспечения самозапуска электродвигателей ответственных агрегатов и исключенияего для неосновных механизмов.
Схемыраспределения электроэнергии на первой ступени от источника питания до РП принапряжении 6-10 кВ принимаются следующие:
на большихэнергоемких предприятиях — магистральные схемы, осуществляемые с помощьютокопроводов до 35 кВ;
на больших исредних предприятиях — как радиальные, так и магистральные схемы; при этомотдельные секции РП, нормально работающие раздельно, присоединяются к разныммагистралям.
Необходимостьсооружения РП определяется технико-экономическими расчетами. Вопрос осооружении РП следует рассматривать, как правило, при числе отходящих линий неменее 8.
Суммарнаямощность нагрузки секций РП должна обеспечивать полное использование пропускнойспособности головных выключателей линии, питающих эти секции.
При системеглубоких вводов напряжением 35-330 кВ распределение электроэнергии на первойступени между ПГВ следует предусматривать по радиальным или магистральным,воздушным или кабельным линиям от УРП предприятия или от районной подстанцииэнергосистемы.
Магистральныетокопроводы напряжением 6-10 кВ для токов более 1,5 — 2 кА в связи с их болеевысокой надежностью и перегрузочной способностью, а также возможностью высокойстепени индустриализации электромонтажных работ следует применятьпреимущественно перед линиями, выполненными из большого числа параллельныхкабелей.
Целесообразностьприменения токопроводов напряжением 35 кВ определяется технико-экономическимирасчетами в проекте (см. пп. 11.5-11.7).
Направлениетокопроводов следует выбирать так, чтобы они проходили через зоны размещенияосновных электрических нагрузок.
Магистральныесхемы напряжением 6-10 кВ при кабельной прокладке должны применяться:
прирасположении подстанций, благоприятствующем прямолинейному прохождениюмагистрали;
для группытехнологически связанных агрегатов, если при остановке одного из них требуетсяотключение всей группы;
во всехдругих случаях, когда они имеют технико-экономические преимущества по сравнениюс другими схемами.
Магистральныесхемы с двумя и более параллельными магистралями применимы для питанияпотребителей любой категории.
Двойныемагистрали следует применять при наличии подстанций с двумя секциями шин илидвух трансформаторных подстанций без сборных шин первичного напряжения.
Одиночныемагистрали без резервирования следует применять для питания потребителей IIIкатегории. При этом, как правило, должны применяться воздушные магистрали, легкодоступные для ремонта.
При наличии15-20 % нагрузок I и II категорий должно быть применено питание соседнихподстанций от разных одиночных магистралей для взаимного резервирования поперемычкам напряжением до 1000 В.
Одиночныемагистрали с общей резервной магистралью применимы для питания потребителей IIIи частично II категорий, допускающих перерыв питания электроэнергией на времяотыскания и отсоединения поврежденного участка магистрали.
Одиночныемагистрали с общей резервной магистралью следует применять при необходимостирезервного питания предприятия от независимого источника в послеаварийныхрежимах.
Одиночные идвойные магистрали с двухсторонним питанием должны применяться:
принеобходимости питания от двух независимых источников по условиям надежностиэлектроснабжения;
в случаях,когда расположение группы подстанций между двумя питающими пунктами создаетэкономические преимущества для данной схемы независимо от требуемой надежностипитания.
Кольцевыемагистрали на предприятиях допускается применять для питания потребителей III ичастично II категории при соответствующем расположении питаемых ими группподстанций и при единичной мощности трансформаторов не более 630 кВА.
Глухоеприсоединение на входе и выходе магистрали применяться, как правило, при воздушныхмагистралях, а также при обеспеченности необходимой степени резервирования(двойные магистрали, резервирование на стороне вторичного напряжения приодиночных магистралях и т.п.).
Ответвлениеот воздушной магистрали на подстанцию, как правило, следует применять глухое.
При системедвухтрансформаторных подстанций не следует устанавливать автоматическоеотключающие аппараты (включатели, предохранители) на вводе к трансформатору,при соответствующем запасе мощности трансформаторов для взаимного резервированияи при обеспечении чувствительности защиты на головном участке магистрали кповреждениям в трансформаторе.
Числотрансформаторов напряжением до 10 кВ, присоединяемых к одной магистрали,следует принимать, как правило, 2-3 при их мощности 1000-2500 кВА и 3-4 меньшихмощностей.
Радиальныесхемы следует применять при нагрузках, размещенных в различных направлениях отисточника питания.
Одноступенчатыерадиальные схемы следует применять для питания больших сосредоточенных нагрузок(насосные, компрессорные, преобразовательные подстанции, электрические печи ит.п.).
Двухступенчатыерадиальные схемы следует применять на больших и средних предприятиях дляпитания через РП цеховых подстанций и электроприемников напряжением свыше 1000В.
РУ-6-10 кВподстанций с реактивированными линиями следует применять схемы с общимреактором на 2-4 линии и выключателем на каждой линии.
Допускаютсясхемы с присоединением под один выключатель двух линий, идущих к разным РП илиТП. В этом случае питание указанных РП и ТП должно предусматриваться не менее,чем по двум линиям, отходящим от разных секций источника питания. Применениеотдельных реакторов на каждой линии допускается только при наличии необходимыхтехнико-экономических обоснований.
Построениесхемы электроснабжения следует осуществлять по блочному принципу с учетомособенностей технологической схемы объекта.
Питаниеэлектроприемников параллельных технологических потоков следует осуществлять отразных РП или ТП или от разных секций шин одного РП или одной ТП. Все взаимосвязанныетехнологические агрегаты одного потока должны питаться от одной секции шин.
Питаниевторичных цепей не должно нарушаться при любых переключениях силовых цепейпараллельных технологических потоков.
Радиальноепитание цеховых двухтрансформаторных «бесшинных» подстанций следуетосуществлять от разных секций РП, как правило, отдельными линиями для каждоготрансформатора.
Взаимноерезервирование на однотрансформаторных подстанциях следует осуществлять припомощи перемычек напряжением до 1000 В для тех подстанций, где оно необходимопо условиям надежности питания.
Цехсетей и подстанций
Привыполнении технического проекта электроснабжения предприятия должныпредусматриваться помещения и оборудование цеха или участка сетей и подстанцийдля обслуживания:
подстанцийглубоких вводов напряжением 110-220/6-10 кВ;
внецеховыхраспределительных, трансформаторных и преобразовательных подстанций;
воздушныхлиний электропередачи напряжением 3¸220 кВ;
межцеховыхкабельных сетей напряжением од и выше 1000 В;
установок исетей наружного освещения территории предприятия;
трансформаторно-масляногохозяйства.
Приразработке проекта реконструкции действующего предприятия, имеющего в своемсоставе цех либо участок сетей и подстанций, должны рассматриваться вопросынеобходимого расширения производственных помещений цеха и доукомплектованияоборудованием.
Цех сетей иподстанций должен предусматриваться для больших и средних предприятий. Длянебольших предприятий должен предусматриваться участок сетей и подстанций.
Штаты отделови служб цеха сетей подстанций определяются отраслевыми нормами, согласованнымии утвержденными в установленном порядке.
Средствазащиты в электроустановках до и выше 1000В: основные и дополнительные.
(Правилаприменения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках,технические требования к ним. П.1.1.5)
Кэлектрозащитным средствам относятся:
— изолирующиештанги всех видов;
— изолирующиеклещи;
— указателинапряжения;
— сигнализаторы наличия напряжения индивидуальные и стационарные;
— устройстваи приспособления для обеспечения безопасности работ при измерениях и испытанияхв электроустановках (указатели напряжения для проверки совпадения фаз, клещиэлектроизмерительные, устройства для прокола кабеля);
— диэлектрическиеперчатки, галоши, боты;
— диэлектрические ковры и изолирующие подставки;
— защитныеограждения (щиты и ширмы);
— изолирующиенакладки и колпаки;
— ручнойизолирующий инструмент;
— переносныезаземления;
— плакаты изнаки безопасности;
— специальныесредства защиты, устройства и приспособления изолирующие для работ поднапряжением в электроустановках напряжением 110 кВ и выше;
— гибкиеизолирующие покрытия и накладки для работ под напряжением в электроустановкахнапряжением до 1000 В;
— лестницы приставныеи стремянки изолирующие стеклопластиковые.