Обучение безопасности строительства и качество устройства электрических сетей и линий связи

Умения и навыки.

Электрической сетью называют перечень устройств работающих на одной территории и в совокупности служащих для обеспечения локации (охват зависит от мощности и конфигурации станции) электротоком.

В состав сети входят:

· Кабельные структуры электропередачи, воздушные и наземные (в состав которых входят токопровода).

· Электроустановка (главное звено цепи).

· Устройства распределения.

· Подстанции.

Все электрические сети, будь то наружные или внутренние, можно разделить по ряду отличительных признаков:

· Род электротока и напряжения

Как известно, ток разделяют на постоянный и переменный. В большинстве случаев, станции работаю на переменном токе с частотой в 50 Гц. Постоянный ток необходим для обеспечения крайне большими объёмами электричества, например, в промышленных станциях по типу АЭС.

· Конфигурация

Под конфигурацией сети следует понимать принцип работы – радиальный и замкнутый. В первом случае пользователь получает энергию только с одного канала, а во втором – с двух и более.

· Назначение

Довольно трудно разделять сети по типу назначения, так как они могут быть универсальными. Но если говорить поверхностно – питающие (непосредственно для снабжения электроэнергии) и распределительные (распределяющие ток по локациям для дальнейшего снабжения через подстанции).

· Охват действия

Обходя характеристики мощности сети, их охват можно разделить на локальный (работающие в диапазоне не более 15 километров) и районные (охватывающие множество подстанций и распределителей тока).

Устройство внутренних электрических сетей

Внутренняя электрическая сеть – это линия, проходящая от распределительного щитка до источников потребления тока и служит для обеспечения энергией в рамках одной локации (частный дом, больница, общественные места).

Для построения внутренней электрической сети принципиально важно учитывать все составляющие: рубильники, транзисторы, качество заземления, показатели сопротивления, контроль за утечкой тока и все активные и пассивные компоненты.

Проектирование и реализация устройства внутренней электрической сети включает следующие операции:

· Монтаж элементов силовой линии

На этом этапе необходимо установить, подключить и отладить: щитки распределения энергии, вводные устройства, панели управления и контроля подачи тока.

· Прокладка групповой и распределительной линии

Необходимо использовать кабели с алюминиевыми жилами. Также следует прокладывать все провода скрытым методом в пластиковых трубках или бетонных ригелях.

· Установка и активация устройств защитного отключения

Монтаж щитков и панелей для автоматического аварийного отключения питания в случае перегрева или замыкания.

· Установка вторичных выключателей

К вторичным выключателям относятся: розетки, рубильники, регуляторы света.

Внутренние электрические сети должны проектироваться и реализоваться по следующим принципам:

· К одной линии разрешено подключать несколько распределительных элементов. Для зданий, имеющих несколько уровней потребности энергии, необходимо устанавливать аппаратуру для управления и защиты.

· Кабели необходимо укладывать в зависимости от конструкционных особенностей помещения. Скрытая проводка осуществляется в строительных конструкциях (бетонные трубы), а открытая – в специальных коробках и плинтусах. В помещениях с повышенной сыростью, низким уровнем отопления и постоянной вентиляцией необходимо укладывать проводку открыто (для лёгкого доступа). В зонах общепита допускается открытая укладка.

· В случае создания электрической сети в зданиях с высокой проходимостью людей необходимо рассчитывать энергию на питание всех рекламных и вспомогательных средств, в том числе и систему видеонаблюдения и охранные комплексы. При этом лучше всего проводить питание отдельными каналами.

· Запрещена установка транзисторного кабеля через служебные помещения (подвалы, подполья и так далее).

· Все элементы внутренней сети должны строиться на кабелях с алюминиевой или медной сердцевиной.

Устройство наружных электрических сетей

Внешняя (наружная) электрическая сеть – совокупность установок для преобразования, распределения и контроля исходящей энергии для обеспечения определённого участка (квартал, торговый комплекс, жилой дом). Является непосредственным источником питания для внутренних.

Устройство наружной электрической сети:

· Средства контроля и распределения.

· Линия электропередачи.

· Подстанции.

При проектировании необходимо следовать главному правилу – она должна быть рациональной. Под эти понятием следует понимать:

· Качество электричества и всех составляющих элементов.

· Высокая надёжность.

· Экономия.

Устройства защиты электрических сетей

Практически каждая сфера общества испытывает потребность в стабильной подаче электротока. Для предотвращения аварий с последующим разрывом питания сеть должна иметь комплекс внутренних и внешних устройств для защиты от некачественного напряжения.

Давайте рассмотрим популярные методы защиты сети от негативных факторов:

Релейная защита (предварительный метод обеспечения безопасности сети)

Непредвиденный аварийный режим в системе электроснабжения может вызвать повреждения жизненно важного для сети оборудования и нарушить работу генераторов электростанции.

Для защиты от внезапных аварий используется комплекс автоматических средств, которые в совокупности называются релейная защита:

· Интерактивные датчики измерения тока и напряжения.

· Реле контроля, гарантирующие постоянный мониторинг сети и способное самостоятельно производить отключение аварийных участков линии.

· Устройства для устранения повреждений: плавкий выключатель и контактор.

Релейная защита служит для предотвращения следующих аварий сети:

· Перегрузки и короткие замыкания.

· Поломки во вращающейся машине.

· Межфазные замыкания.

Стоит отметить, что подобная система является обязательным фактором в проектировании современной электрической сети. При её разработке учитывайте: количество исходящей и перерабатываемой энергии, охват и конструкционные особенности.

Автоматические выключатели

Автоматизированные устройства выключения служат для защиты электрической установки от коротких замыканий и перегрузок. Данные приборы являются коммутационными средствами, способными самостоятельно включать и выключать ток в линии. Также могут работать в аномальных условиях сети. Некоторые приборы способны контролировать непредвиденное снижение напряжения.

Выбор автоматического выключателя:

· Электромагнитный прибор класса C

Применяются в случаях высокой нестабильности сети

· Приборы класса B и D

Устанавливаются в зонах, где перепад напряжения не сильно выражен.

Устройства аварийного отключения

Приборы защитного прекращения работы (УЗО) используются для защиты сети от возгорания и предотвращения удара током. Принцип действия такого аппарата заключается в мониторинге баланса тока между проводниками и устройствами размыкания контактов.

Они способствую повышению безопасности как сети, так и человека, предотвращая спонтанное возгорание или утечку тока. Однако стоит помнить, что без полной, комплексной защиты такие приборы не способны полностью обезопасить систему снабжения.

Автоматы двойного предназначения

Такой прибор собирает в себе функционал двух вышеперечисленных устройств и является более надёжным средством защиты как от возгораний и перепадов, так и от поражения человека электричеством.

Данный автомат состоит из двух элементов:

· Автоматизированный предохранитель

Прекращает подачу тока при аномальной активности сети.

· Модуль дифференциальной защиты

Предотвращающий поражение электричеством.

Как уже было сказано, устройство внутренней и наружной электрической сети должно быть рациональным. Для достижения высоких показателей качества тока и надёжности всей сети необходимо основательно подходить как к выбору поставщика оборудования, так и к созданию комплекса защиты. В большинстве случаев, под вопросом стабильной работы стоит не одно конкретное здание или помещение, а целый район города, требующий от сети беспрерывной работы. Поэтому устройства защиты должны учитываться ещё на моменте создания проекта. Это предотвратит форс-мажоры и непредвиденные затраты на ремонт.

Кабельные линии связи.

Кабель- это изделие, состоящее из проводников, слоев экрана и изоляции. В некоторых случаях в состав кабеля входят разъемы, с помощью которых кабели присоединяются к оборудованию.

Важнейшие характеристики:

§ Коэффициент затухания, дБ/км - зависит от свойств материалов проводников и изоляционного материала. Наилучшими свойствами (малым сопротивлением) обладают медь и серебро. Коэффициент затухания зависит также от геометрических размеров проводников.

§ Скорость распространения, км/мс - с ростом частоты скорость распространения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в кабеле.

§ Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT);

§ Волновое сопротивление (импеданс) (Ом) - сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волновое сопротивление симметричного кабеля зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля.

§ Активное сопротивление - это сопротивление постоянному току в электрической цепи. В отличие от импеданса активное сопротивление не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля.

§ Емкость - это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два электрических проводника в кабеле, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор, способный накапливать заряд. Емкость является нежелательной величиной, поэтому следует стремиться к тому, чтобы она была как можно меньше (иногда применяют термин «паразитная емкость»).Высокое значение емкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии.

§ Электрический шум -это нежелательное переменное напряжение в проводнике. Электрический шум бывает двух типов: фоновый и импульсный. Электрический шум можно также разделить на низко-, средне- и высокочастотный. Источниками фонового электрического шума в диапазоне до 150 кГц являются линии электропередачи, телефоны и лампы дневного света; в диапазоне от 150 кГц до 20 МГц -компьютеры, принтеры, ксероксы; в диапазоне от 20 МГц до 1 ГГц - телевизионные и радиопередатчики, микроволновые печи. Основными источниками импульсного электрического шума являются моторы, переключатели и сварочные агрегаты. Электрический шум измеряется в милливольтах.

§ Диаметр или площадь сечения проводника.

Воздушные линии связи.

Воздушные линии - линейные сооружения, которые служат для образования каналов связи и каналов для передачи сигналов автоматики и телемеханики между удаленными пунктами.

Железнодорожные воздушные линии в зависимости от назначения подразделяют на три класса: линии 1 класса связывают Министерство путей сообщения с управлениями дорог и управления между собой; к ним относятся также высоковольтно-сигнальные линии автоблокировки; линии II класса связывают управления дорог с отделениями, отделения между собой и с подчиненными им станциями; линии III класса сооружают на территории узловых крупных и средних станций для цепей местной (внутристанционной) связи.

В конструктивном отношении линии разных классов отличаются количеством опор (длиной пролета) и числом сложных опор на 1 км длины.

Линии всех классов в зависимости от метеорологических условий сооружают четырех типов: облегченный (О) - для районов, где средняя толщина стенки льда на проводах при гололеде не превышает 5 мм, а изморози - 20 мм; нормальный (Н) - для районов, где средняя толщина стенки льда на проводах при гололеде не превышает 10 мм, а изморозь оседает толщиной более 20 мм; усиленный (У) - для районов, где средняя толщина стенки льда на проводах при гололеде достигает 15 мм (включительно), а изморози превышает 20 мм; особо усиленный (ОУ) - для районов, где толщина стенки льда на проводах при гололеде достигает 20 мм, а изморози превышает 20 мм. Линии типов У и ОУ должны отличаться повышенной прочностью и иметь по сравнению с линиями типов О и Н большее число опор увеличенного диаметра, устанавливаемых на 1 км. Высоковольтно-сигнальные линии автоблокировки в отличие от линий связи облегченного типа не строят, только Н, У, ОУ типов. Основными линейными материалами для устройства воздушных линий являются: проволока (провода), арматура для изоляции и крепления проволоки (провода) на опорах.

Провода. На воздушных линиях используют линейную проволоку (для передачи электрических сигналов на расстояние), перевязочную и спаечную проволоки (для крепления и соединения концов линейной проволоки на арматуре воздушных линий).

Линейная проволока должна иметь высокую электрическую проводимость, большую механическую прочность и достаточную эластичность, устойчивость против коррозии, экономичность изготовления. В соответствии с указанными требованиями наибольшее применение получили стальная, медная и биметаллические проволоки.

Стальную проволоку изготавливают диаметром 5; 4; 3; 2,5; 2 и 1,5 мм, она имеет большую механическую прочность, но подвержена коррозии в окружающей среде и ее электрические свойства значительно хуже, чем у проволоки из цветного металла. Для защиты от коррозии ее покрывают слоем цинка (оцинкованная стальная проволока) или при изготовлении добавляют медь (0,2-0,4%). Медную проволоку выпускают диаметром 4; 3,5 и 3 мм. Эта проволока обладает хорошими электрическими свойствами, защищена от воздействия окружающей среды, т. е. не подвержена коррозии, но дефицитна и имеет высокую стоимость. Биметаллическая сталемедная проволока состоит из стального сердечника и наложенного на него термическим или гальваническим способом слоя меди. Применение такой проволоки обеспечивает экономию меди при сохранении тех же электрических свойств, что и у медной проволоки. В зависимости от толщины медного слоя различают биметаллическую сталемедную проволоку БСМ-1 и БСМ-2.

Стальную линейную проволоку на воздушных линиях связи железнодорожного транспорта применяют для организации отделенческой и дорожной связей, а также цепей телеуправления и телесигнализации. По медной и биметаллической проволокам организуют цепи магистральной и дорожной связей большого протяжения. На воздушных линиях местной (станционной) связи используют стальную линейную проволоку, а также биметаллическую проволоку малых диаметров.

На высоковольтно-сцгнальных линиях автоблокировки ВВСЛА применяют стальную линейную проволоку диаметром 4 мм (на сигнальных линиях) и диаметром 5 мм (на высоковольтных линиях). На ВВСЛА применяют также многопроволочные стальные провода площадями поперечных сечений 25; 35 и 50 мм², сталеалюминиевые многопроволочные провода марки АС сечением 16; 25; 35; 50; 70 мм²и др.

Арматура. В состав арматуры воздушных линий входят изоляторы, крюки, штыри, траверсы. Провода воздушных линий для обеспечения высокой электрической изоляции их друг от друга и относительно земли укрепляют на изоляторах (рис. 13.2, а). Наибольшее распространение на воздушных линиях связи получили изоляторы ТФ (телефонные фарфоровые), обладающие большим электрическим сопротивлением, малыми диэлектрическими потерями и высокой механической прочностью; их изготавливают из лучших сортов глины. Поверхность изоляторов для предохранения от загрязнения покрывают слоем белой глазури. Применяют также стеклянные изоляторы ТСМ (телефонный стеклянный малощелочной), которые изготавливают из стекла с высокой термической стойкостью к резким температурным изменениям. Форма изоляторов одинаковая.

Изолятор состоит из головки 2 с желобком 1 (для укладки провода на прямолинейных участках), шейки 3 (для вязки провода и укладки его на угловых опорах), верхней 5 и нижней 4 юбок (для увеличения электрического сопротивления изолятора). Внутри изолятор имеет винтовую нарезку для укрепления его на крюке или штыре. При навертывании изолятора на штырь предварительно наматывают просмоленную пеньку (каболку). В зависимости от диаметра крюка или штыря изоляторы имеют маркировку: ТФ-12; ТФ-16; ТСМ-18 и др.

Провода высоковольтно-сигнальных линий автоблокировки крепят на фарфоровых изоляторах ШС-6 и ШС-10 (изоляторы штыревые, сетевые 6 или 10 кВ).

Крюки (рис. 13.2, б) изготавливают из круглой стали с винтовой нарезкой 1 и окрашивают черным асфальтовым лаком для предохранения нх от коррозии. Крюки маркируют в зависимости от диаметра стали, из которой они изготовлены: КН-18; КН-20 и др. Буквы означают - крюк низковольтный.

При подвеске проводов на траверсах изоляторы крепят на стальных штырях (рис. 13.2, в), имеющих винтовую нарезку 1. В обозначение штыря входят буквы ШТ (штырь для траверсы); цифры, указывающие на тип изолятора, и буквы, обозначающие материал траверсы (Д - деревянная, С - стальная). Например, обозначение ШТ-20Д означает: штырь для деревянной траверсы с изолятором ТФ-20 или ТСН-20.

На воздушных линиях связи и высоковольтно-сигнальных линиях автоблокировки наибольшее распространение получили деревянные траверсы, изготавливаемые преимущественно из сосновой древесины, лиственницы, дуба, ели и кедра. В некоторых случаях возможно применение стальных траверс.

Опоры. Наиболее ответственной частью воздушных линий являются опоры, несущие на себе нагрузку в виде проводов и арматуры.

Рис 13 3 Опоры воздушных линий

Опоры должны иметь достаточную механическую прочность, сравнительно продолжительный срок службы, быть относительно легкими, транспортабельными и экономичными. До последнего времени на воздушных линиях использовали деревянные опоры. В настоящее время стали применять железобетонные опоры конической формы.

Стандартные длины столбов: 6,5; 7,5; 8,5 м с диаметром в верхнем отрубе от 25 до 12 см. Основным видом деревянных опор для сооружения новых воздушных линий являются столбы. Опоры подразделяют на простые, сложные и специальные. К простым опорам относят одинарные промежуточные опоры (рис. 13.3, а); к сложным - угловые, анкерные, полуанкерные, усиленные, противоветровые; к специальным - контрольные, кабельные, резервные, вводные и др.

Промежуточные опоры устанавливают на прямолинейных участках линий. Длину опор выбирают в зависимости от числа подвешиваемых проводов и способов их подвески (крюки, траверсы). Угловые опоры устанавливают в местах поворота (изменения) трассы воздушной линии. Эти опоры подвергаются действию равнодействующей силы тяжения проводов. Поэтому угловую опору укрепляют подпорой или оттяжкой 1 (рис. 13.3, б), которые воспринимают на себя воздействие равнодействующей силы.

В гололедных районах на воздушных линиях для увеличения устойчивости используют полуанкерные, анкерные или усиленные и противоветровые опоры. На линиях с крюковым профилем применяют усиленные, а с траверсным - анкерные и полуанкерные (рис. 13.3, в) опоры. В их конструкцию входят подпоры /, раскос 3, а в грунте столбы и подпоры закрепляют ригелями 2.