Что такое анкерный болт и его применение?

Основные виды анкеров: от классических болтов до стоматологических штифтов

Надежность анкеров сделали их наиболее популярным крепежным соединением при закреплении конструкций на бетонных и кирпичных основаниях — стенах, перегородках, фундаментах, плитах перекрытия и т. д. Всего насчитывается более десятка видов анкеров, различающихся по способу крепления, конструкции и материалу основания.

Понятие, назначение и применение анкерных крепежей

Анкер — разновидность крепежных изделий, которая вбивается, вворачивается или вводится в основание и способно не только закрепляться в нем, но и удерживать дополнительную конструкцию.

В переводе с немецкого анкер означает «якорь». По способу воздействия на основание крепеж подобного типа действительно напоминает якорь — рабочая часть анкера при закреплении расширяется и удерживает соединение на основании.

Крепеж подобного типа применяется при работе с твердыми материалами оснований — бетоном, кирпичом, природным камнем. Анкер позволяет удерживать достаточно массивные либо испытывающие динамические нагрузку конструкции, например, сантехнические изделия, кондиционеры, настенные телевизоры, спортивный инвентарь, подвесные потолки и т. д.

Конструкция анкеров, отличие от других крепежных соединений

Классический анкер является комбинированной металлической конструкцией, состоящей из нераспорной (корпуса или основания) и распорной (рабочей) частей. Основание может представлять собой болт, винт, шпильку или гвоздь, распорная часть может иметь форму втулки, конуса, гильзы и т. д. При использовании крепежного элемента рабочая часть расширяется и за счет трения и сопротивления материала удерживает конструкцию в материале основания.

Основное отличие анкера от близкого по конструкции и назначению дюбеля состоит в материале изготовления. Дюбель состоит из мягкой части, как правило, пластиковой, в которой зафиксирован крепежный элемент, например, саморез. Принцип закрепления дюбеля основан исключительно на силе трении между рабочей поверхностью крепежного соединения и основанием.

Так как анкер обычно изготовлен из легированной стали либо иных металлов (латуни, алюминия), то его принцип закрепления основан не только на трении между основной и рабочей частями, но и на сопротивлении материала. Анкеры способны выдерживать более серьезные динамические нагрузки, чем крепежные соединения с использованием дюбеля.

Допустимые нагрузки

Рабочие нагрузки всех разновидностей анкерных крепежей должны составлять не более 25 % от максимальной нагрузки на вырывание при использовании в бетоне с прочностью 200-250 кгс/см 2 (соответствует маркам бетона M200 и M250). При увеличении прочности бетона пропорционально возрастает и рекомендуемая нагрузка крепежей. При наличии в бетоне трещин нагрузка на вырывание умножается на коэффициент 0,6.

Классификации

По срокам эксплуатации выделяются анкеры:

По размерам крепежные элементы разделяются на:

  • Малые (длиной до 5,5 см и диаметром до 0,8 мм).
  • Средние (длиной до 12 см и диаметром до 1,2 см).
  • Большие (длиной до 22 см и диаметром до 2,4 см).

По материалу основанию выделяются анкеры:

  • Для плотных бетонных, кирпичных или каменных материалов.
  • Для пустотелых кирпичных и бетонных оснований.
  • Для листовых материалов — гипсокартона,
    древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит.

По способу крепления выделяются:

  • Механические

Крепление осуществляется за счет прямого механического воздействия рабочей части анкера на основание
(расклинивания, трения, упора, сопротивления материала и т. д.).

  • Химические

Дополнительно используют механизм (силу) склеивания, при закреплении применяется клей на основе полиэфирных смол.

Механические анкеры по технике введения в основание разделяются на следующие типы:

  • Клиновые.
  • Распорные.
  • Забивные.
  • Винтовые.
  • Втулочные.
  • Разжимные.
  • Пружинные.

Распорные

Распорные анкеры — классическая разновидность данного вида крепежа. Представляют собой стержень в виде болта или шпильки с конусовидным окончанием и внешним элементом в виде гильзы, втулки или пружинного кольца. Конический элемент под воздействием поступательного движения стержня распирает гильзу и закрепляет конструкцию в основании.

Разжимные

Разжимной анкер состоит из резьбового стержня, в качестве которого могут выступать болт, шпилька или винт, и гильзы, состоящей из 4 продольных лепестков с пружинным кольцом и конусной гайкой с одной из сторон. При вращении стержня конусная гайка разжимает лепестки гильзы, в результате чего анкер расширяется и закрепляется в основании за счет силы трения.

Клиновые

Клиновые крепежи представляют собой длинный стержень, на конце которого размещена деформационная гильза. После завинчивания стержня в высверленное отверстие происходит расширение лепестков гильзы. Данный вид крепежа способен выдерживать большие нагрузки.

Пружинные

Пружинные анкеры применяются при работе с тонкостенными основаниями, например, при обустройстве интерьера. Зачастую пружинные анкеры применяются в качестве потолочных и оборудуются крюком. Закрепления анкера происходит за счет разворачивания пружины.

Винтовые

Винтовые анкеры, или болты Молли, используют при работе с пустотелыми конструкциями с низкой несущей способностью — пустотелым кирпичом, гипсокартоном, древесно-стружечными и древесно-волокнистыми плитами и т. д. Болт Молли оборудуется специальной цангой, которая при затягивании болта раскрывается и упирается в материал с обратной стороны.

Втулочные

Анкеры втулочного типа состоят из 3 или более элементов, основным из которых является цанга — пружинная разрезная втулка. Также в конструкцию втулочного анкера входят расклинивающий элемент и стержень с резьбой. При закручивании анкера расклинивающий элемент входит в цангу и распирает ее, тем самым закрепляя крепежный элемент в основании.

Забивные

Основу забивного анкера составляет металлическая деформационная гильза с коническим отверстием, разрезами на корпусе и внутренней резьбой. В нижней части гильзы устанавливается боек. Гильза устанавливается в просверленное отверстие вручную или с помощью пневматического пистолета. При ударе по внешнему окончанию гильзы она деформируется, после чего в гильзу вкручивается болт или шпилька, необходимая для крепления какого-либо объекта.

Основные конструкции механических анкеров

По своей конструкции механические анкеры также распределяются на следующие основные разновидности.

Болт с гайкой

Простейший вид распорного крепежа, представляющий собой стержень (болт) с конусообразным концом, гильзой с четырьмя вырезами и гайкой. Гайка выступает в роли фиксатора — с ее помощью конструкция фиксируется в заранее высверленном посадочном отверстии, диаметр которого равен диаметру гильзы. После вбивания стержня в отверстие гайка поворачивается по часовой стрелке, тем самым двигая стержень наружу. Конусовидный конец шпильки распирает гильзу в районе вырезов, тем самым закрепляя конструкцию в отверстии.

Читайте также:
Фото видов мягкой кровли и цены: обзор материалов

Болт с кольцом

Потолочный анкер, обычно использующийся для прикрепления светильников, люстр на потолок, тросов, электрических кабелей, подвесных потолков и т. д. Крепеж такого типа в порядке исключения может использоваться и на стенах.

Все отличие такого крепежа от анкерного болта с гайкой состоит в том, что его внешний конец заканчивается ушком, необходимым для подвешивания навесного устройства или изделия. Крепление подобной конструкции осуществляется в аналогичном порядке: фиксирующая гайка, находящаяся непосредственно за окончанием в виде кольца, позволяет распереть и зафиксировать гильзу в отверстии.

Болт с крючком

Крепежный элемент в виде болта, имеющий головку в форме крюка. Применяется для крепления конструкций большого веса к полнотелым бетонным, каменным или кирпичным основаниям. Принцип крепления аналогичен другим соединениям в виде болта с гайкой — после затягивания фиксирующей гайки гильза деформируется и закрепляется в высверленном отверстии.

Болт с шестигранной головкой

Анкер подобного типа является аналогом болта с гайкой, однако здесь вместо стержня (шпильки) и гайки используется стандартный болт. При закручивании болта с помощью гаечного ключа конусообразный конец деформирует гильзу, тем самым заполняя стенки отверстия и закрепляя конструкцию в нем. Также может выпускаться в варианте для закручивания отверткой.

Двухраспорные

Двухраспорные механические анкерные соединения — еще один распорного болта с гайкой. Отличие состоит в том, что в конструкции используется две гильзы (втулки, муфты) — короткая и длинная. Короткая входит внутрь длинной своим конусовидным концом. При завинчивании гайки короткая гильза распирается конусовидным окончанием стержня и, в свою очередь, распирает длинную гильзу. Двухраспорные анкеры также могут иметь окончание в виде кольца или крюка. Анкеры подобной конструкции применяются для повышения надежности крепления.

Гвоздевые

Анкеры гвоздевого типа применяются при работе с кирпичными, бетонными и каменными основаниями и предназначены для крепления легких конструкций. Они имеют форму полого гвоздя, внутри которого размещается расклинивающий элемент. Анкер вбивается в отверстие вручную или с помощью электроинструмента.

Химические

Химические анкеры — разновидность крепежных элементов, которые кроме силы трения и сопротивления материала также используют силу склеивания посредством использования синтетических смол.

Тем самым обеспечивается дополнительная фиксация. Химический крепеж применяется при закреплении особо тяжелых конструкций либо при работе с пористым и мягким материалом.

В землеустройстве

Анкерные изделия, изготовленные из пластика, нашли применение в землеустройстве и используются для укрепления берегов, устройства дорожных насыпей и трубопроводов.

Крепежные элементы обладают повышенной ударопрочностью и морозоустойчивостью, способен противостоять воздействию грунтовых вод, опасных химических веществ и коррозии.

Пластиковые крепежные элементы имеют T-образную форму длиной от 60 до 120 сантиметров. При вбивании в грунт и монтаже АТР-клипа крепежные элементы соединяются полимерным тросом и образуют объемную георешетку.

Стоматологические анкерные штифты

Анкерное крепление используется и в стоматологии при эндодонтическом лечении и протезировании зубов. Укрепленные штифты, изготовленные в соответствии с анкерной системой, размещаются внутри корневого канала зуба и укрепляет корень зуба и его видимую часть. Тем самым происходит протезирование зуба, препятствующее доступу бактерий в корневую систему и противостоящее механическому воздействию, которое способно разрушить зуб.

Стоматологический штифт крепятся к зубу по типу якоря и бывают нескольких видов:

  • Активные — формируют нарезку на стеках канала благодаря наличию резьбы, крепление происходит за счет силы трения.
  • Пассивные — прикрепляются за счет фиксирующего цемента.
  • Полуактивные — крепятся за счет цемента и резьбы на ограниченной части штифта.

Заключение

Анкерный крепеж применяется для закрепления разнообразных конструкций в твердых основаниях, в основном представленных бетоном, кирпичом и камнем, а также в пористых и иных материалах. Однако принципы анкерного крепления, основанного на расширении и закреплении крепежного элемента в отверстии, нашли широкое применение в различных сферах деятельности — от сбора мебели до стоматологии.

Видео-обзор видов анкеров и их применение

Какие бывают виды анкеров, их конструкция и области применения

Если требуется закрепить крупную или тяжелую конструкцию на кирпичной или бетонной стене, используют анкеры. В отличие от дюбелей они рассчитаны на повышенную нагрузку.

Чтобы правильно подобрать крепеж, который выдержит вес тяжелого предмета и не приведет к трещинам в стене, необходимо знать, какие виды анкеров существуют для выполнения разных задач.

Анкеры общего назначения

В этой категории собраны анкеры, которые подходят для крепления самых разнообразных элементов. Их применяют как в быту, так и при строительстве. Рассмотрим виды, конструкцию и принцип работы.

Распорный анкер с гайкой

Конструкция. Распорный анкер состоит из шпильки с резьбой на одном краю и конусной части на втором. Штифт помещен в металлическую гильзу. На ее торце со стороны конуса предусмотрены разрезы, облегчающие расширение лепестков металла. Четыре отверстия в гильзе и бугорки обеспечивают свободное раскрытие крепежа в бетоне.


Анкер с гайкой.

Принцип работы анкера прост — гайка на втором краю закручивается, притягивая шпильку и заводя конус внутрь металлической “рубашки”. Чем дольше крутить, тем больше разопрется конус.

Гайка снабжена влитой шайбой с насечками, препятствующей самопроизвольному раскручиванию от вибрации. Диаметр анкера бывает от 6 до 28 мм, а длина — 60-300 мм, что позволяет выбрать нужный размер для крепления крупных и мелких деталей различной массы.

Встречаются модификации, где шпилька заканчивается кольцом или полукольцом.


Распорный анкер с крюком.

Читайте также:
Тесные туфли? Мы знаем, как разносить их за одну ночь!


Распорный анкер с кольцом.

Распорные анкера такой формы оптимальны для фиксации троса, чтобы подвязать к нему кабель, занавес, распорки от антенн и т. д.

Применение. Рабочая часть анкера обладает большой площадью поверхности, поэтому отлично удерживается при повышенных нагрузках. Важным условием для этого является высокая плотность материала стены и его однородная структура. Он подходит для бетонных фундаментов, гранита, кирпичной кладки из цельного кирпича. Крепеж отлично сопротивляется как поперечному, так и продольному воздействию.

Недостаток распорного анкера с наружной гайкой в том, что его нельзя выкрутить и установить повторно.

Распорный анкерный болт

Конструкция. Этот вид анкера немного похож на предыдущий, но с важным отличием — его можно в любой момент раскрутить, извлечь из бетона и переустановить на другое место. Это достигается за счет отличий в конструкции и немного другого принципа работы.

Здесь тоже есть штифт с резьбой, помещенный в стальную гильзу, но конус не литой, а выполнен в виде гайки с насечками. На обратной стороне обычная головка шестигранного болта.


Распорный анкерный болт.

Вращение ключом приводит к стягиванию элемента и расширению металлической “рубашки”. Но если крутить болт в обратную сторону, то гайка на противоположном конце раскручивается и крепеж получится вытянуть на себя.

Кроме болтов, бывают анкерные распорные крюки. Для подтягивания клина требуется вращать сам крюк. Поэтому нужное положение не всегда получается достичь. Бывает верх крюка обращен в сторону или вниз, а дальше прокрутить его уже невозможно. Тогда требуется немного выкрутить анкер назад — на качестве крепления это не скажется.


Распорный анкерный болт с крюком.


Распорный анкерный болт с кольцом.

Применение. Используется с плотными строительными материалами без пустот. Оптимален как для окончательного закрепления деталей, так и временного монтажа, например в процессе стройки для фиксации троса и роликов, чтобы подавать строительные растворы и материалы. Затем может быть демонтирован, а отверстие заделано.

Двухраспорный анкер

Конструкция. Крепежный элемент относится к более сложному типу, чем вышеописанные. Он состоит из шпильки с резьбой, продетой в стальную гильзу. Гильза имеет две независимые части. На конце каждой из них предусмотрены четыре прорези для расширения. Заканчивается шпилька с одной стороны конусной муфтой на резьбе, а с другой — гайкой с шайбой для стягивания.


Двухраспорный анкерный болт.

При закручивании конус начинает давить на первую гильзу, заставляя ее войти во вторую. В итоге металлическая “рубашка” расширяется сразу в нескольких местах, образуя множественные точки сцепления.

Существуют разновидности двухраспорного анкера с кольцом или крюком на торце.


Двухраспорный анкерный болт с кольцом.


Двухраспорный анкерный болт с крюком.

Кольцевую часть не требуется вращать и сразу можно установить в нужном положении, поскольку стягивание осуществляется наружной гайкой.

Применение. За счет расширения удерживающей части сразу в нескольких местах по всей длине, двухраспорные анкеры подходят не только для полнотелых, но и пустотелых строительных материалов.

Например, при монтаже в пустотелый кирпич, извлечь рывком или статической нагрузкой гильзу будет невозможно. Крепеж активно применяется там, где существует высокая продольная нагрузка и вероятность выдергивания.

Клиновой анкер

Конструкция. Разновидность анкера общего назначения с короткой гильзой. Она предусмотрена только на самом конце рядом с клином. В ней есть несколько прорезей и выступов. Смещение литого клина к гильзе осуществляется путем подтягивания шпильки гайкой с шайбой на противоположном конце.


Клиновой анкер.

Применение. Поскольку фиксация осуществляется только в месте распирания клина, крепеж подходит для полнотелых кирпичей, бетонных плит и блоков. Анкера пригодны для фиксации среднетяжелых и тяжелых конструкций в вертикальных стенах и потолочных перекрытиях.

Разжимной анкер

Конструкция. Состоит из гильзы с широкими распилами на конце. Под ними имеется квадрат с внутренней резьбой. Каждая грань рассчитана на вход в свой паз для максимального расширения лепестков. Чтобы стороны “рубашки” не раскрылись преждевременно, они стянуты внутренней пружиной. Для предотвращения выпадения квадрата используются бортики внутри гильзы.


Разжимной анкер.

Такая конструкция разрешает применять болты разной длины, в зависимости от толщины монтажных проушин на прикрепляемом предмете.

Среди разновидностей бывают крюки и кольца вместо болта.


Разжимной анкер с крюком.


Разжимной анкер с кольцом.

Применение. Разжимной анкер, ввиду своей сложной конструкции, стоит дорого, а потому применяется только профессионалами. При вкручивании он сильно распирает торцевую часть.

Такой анкер обладает большой удерживающей способностью. Благодаря большому расширению торца он отлично держится в пустотелых материалах. Поскольку крепление очень надежное, отпала необходимость в большой монтажной глубине и анкер подходит для тонких стен и перегородок, обеспечивая высокую несущую способность.


Разжимной анкер в стене.

Рамный анкер

Конструкция. Элемент имеет винт со шлицами под биту, головка которого выполнена с конусом. На противоположном краю винта есть конусная гайка. Все это размещено в полой гильзе с прорезями на обеих торцах.


Рамный анкер.

При закручивании винта расширяются сразу оба края, что обеспечивает надежную фиксацию. Чтобы металлическая оболочка не проворачивалась на старте, на ней предусмотрены ребристые выступы. Для установки рамного анкера требуется просверлить отверстие дрелью и хорошо очистить его от пыли, иначе сила сцепления с внутренней поверхностью снижается.

Применение. Рамные анкеры часто используют для фиксации оконных блоков в стеновых проемах. Они подходят как для пластиковых, так и деревянных изделий. Еще с их помощью удобно устанавливать межкомнатные двери.

Анкер хорошо удерживается как в самом материале-основании, так и в прикрепляемой детали за счет расширения с двух сторон. Плоская головка винта обеспечивает установку крепежа заподлицо, не портя эстетичность.

Анкер забивной

Конструкция. Выполняется из латуни или стали. Имеет полую гильзу с прорезями на одном конце. В отличие от предыдущих типов толщина стенок оболочки увеличена. Это позволяет забивать гильзу молотком в предварительно просверленное отверстие в стене. Внутри “рубашки” есть резьба, под которую подбирают болт или винт. Вкручивание обеспечивает расширение противоположной части и фиксацию в материале.

Читайте также:
Чехол для нетбука своими руками


Забивной анкер.

Применение. Забивной принцип монтажа обеспечивает ускоренную установку большого количества анкеров, поэтому они применяются там, где нужна высокая скорость крепления. Еще такой тип анкера не требует большой глубины и подходит для тонких стен. С ним можно использовать винты с плоскими шляпками, чтобы крепление не выступало над поверхностью.

Но невысокая распирающая способность делает этот тип пригодным только для плотных материалов. Еще важна высокая точность подбора диаметра сверла и правильное выполнение отверстия (нельзя разбивать край или сверлить слишком долго на одном месте). Если диаметр отверстия окажется слишком мал, забить анкер не получится. При большом диаметре элемент зафиксируется недостаточно плотно.

Анкеры специального назначения

В определенных ситуациях целесообразно использовать узкоспециализированный крепеж, обеспечивающий лучшую фиксацию. Рассмотрим анкера специального назначения.

Потолочный анкер с кольцом (Анкер клин)

Конструкция. Представляет собой штифт с монтажным ушком на конце. Второй край снабжен распорной частью, состоящей из литого клина и надетой сверху муфты с прорезями. Такая конструкция обеспечивает легкое расширение, препятствующее выпадению элемента при поперечных или продольных нагрузках.


Потолочный анкер с кольцом.

Монтаж выполняется в просверленное отверстие, где анкер забивается легким ударом молотка. Для распирания вращать ничего не требуется, поскольку резьбы здесь нет. Элемент можно потянуть отверткой немного на себя за ушко, чтобы клин вошел в муфту.

Но для ускоренного монтажа при больших объемах работы достаточно просто подвесить сразу после забивания присоединяемую деталь — анкер расклинится самостоятельно под весом конструкции.

Применение. Анкер подходит для установки в вертикальные и потолочные поверхности. Чаще всего используется для монтажа люстр и светильников. Ушко удобно для закрепления троса. Вид анкера очень компактный и аккуратный, но достать его и использовать повторно не получится.

Гвоздевые анкеры

Конструкция. Бывают двух типов. В одном случае это полая гильза с большой шляпкой с одной стороны и прорезями на другой. Снаружи есть гвоздь, который вбивается в гильзу, расширяя противоположный торец. Монтаж предусматривает предварительную подготовку отверстий диаметром 6 мм. Все быстро и просто, но соединение получается неразборным — шляпка гвоздя утапливается в гнездо полностью и достать ее невозможно.

Вторая разновидность имеет литой стержень цилиндрической формы со сточенной продольной стороной. К ней прилегает ответная часть — клин, торец которой выступает за бортик наружу. Воздействие по нему молотком расклинивает штифт.

Чтобы подвижная часть не выпала самопроизвольно при ношении крепежа в сумке, с обеих сторон шляпки есть небольшие выступы, удерживающие гвоздь на месте. Ударом молотка они легко сминаются, открывая гвоздю путь вглубь.

Применение. Гвоздевые анкеры используются для монтажа подвесных потолков из гипсокартона и других панелей. В таком случае не требуется предварительная обрешетка из профиля или бруса и крепление можно осуществлять непосредственно в бетон.

Анкер винтовой (Дюбель MOLLY)

Конструкция. Состоит из металлической “рубашки” с длинными продольными прорезями посередине. Внутренний торец оснащен припаянной гайкой. Вкручивание винта обеспечивает сокращение длины дюбеля и раскрытие центральной части по четырем направлениям в виде зонтика.

Выполнить это можно отверткой, шуруповертом или специальным пистолетом. Чтобы гильза не прокручивалась, у ее бортика есть внутренние зубцы, впивающиеся в материал-основание.


Анкер винтовой (Дюбель Molly).

Применение. Дюбели “Молли” или анкеры винтового типа используются для крепления деталей к листовым основаниям. Это могут быть: листы гипсокартона, ДСП, МДФ, фанера. Большой вес зафиксировать не получится — максимальная нагрузка на один анкер не более 25 кг. Но даже этого достаточно, чтобы подвесить к фальшпанели полки, зеркало или небольшие шкафы.


Пример крепления винтовым анкером.

Химические анкеры для бетона

Описание. Этот тип анкеров отличается принципом работы — крепление осуществляется не за счет механического распирания в стене, а благодаря приклеиванию, т.е. соединению на химическом уровне. Такие анкеры — это двухкомпонентная паста на основе синтетической смолы и отвердителя. При контакте с воздухом вещество застывает.

Пока средство эластичное, внутрь вставляется болт, шпилька, саморез или другой крепеж. Веществу нужно дать время, чтобы застыть. После этого допускается нагрузка.

Химические анкеры бывают в двух вариантах исполнения:

1. В виде туб из которых пасту извлекают при помощи пистолета.


Химический анкер в тубе.

2. В виде ампул, которые вставляются в монтажное отверстие.


Химический анкер в виде капсулы.

Применение. Химические анкеры выпускаются в больших тубах под монтажный пистолет или в виде небольших капсул. Первый тип актуален для большого объема работ, когда требуется установить множество крепежей. Предварительно в стене сверлятся отверстия, потом при помощи пистолета туда выдавливается средство и вставляется шпилька.


Применение химического анкера.

В случае крепления в пустотелые материалы, необходимо применять сетчатую гильзу для химического анкера.


Сетчатая гильза для химического анкера.


Применение сетчатой гильзы для химического анкера.

Капсулы предназначены для непосредственного размещения внутри отверстий и подойдут для точечного монтажа в малых объемах.

Химические анкеры актуальны для рыхлого бетона со множеством пустот. Установка в такие материалы распирающего анкера приведет к разрушению отверстия и слабой несущей способности. Клей из смолы и отвердителя наоборот заполняет все пустоты и укрепляет край отверстия, поэтому посадка металлического штифта плотная и надежная. Она превышает другие способы крепления по силе удерживания в 2.5 раза.

Преимуществом химического анкера перед механическим является универсальность. В пластичное средство можно вставить любой тип металлического стержня, даже арматуру без резьбы. Еще материал отлично переносит динамические нагрузки, вибрации и пр., поскольку имеет более эластичную структуру.

Читайте также:
Современные материалы для звукоизоляции бетонного пола в квартире под линолеум

Крепление со временем не расшатается. Химические анкера удобны для создания точек крепления на углах плиты-основания, поскольку не приводят к откалыванию кромки, ведь здесь нет расширения.

Принцип действия анкерных болтов: применение, нагрузки, особенности

Анкерный болт – это крепежная деталь высокой прочности, встроенная в бетон и используемая для крепления, других опор к фундаменту, массивных конструкций. Анкерные болты широко используются в строительной индустрии, дорожных системах, энергетических установках. Они являются важным методом крепления габаритных и массивных конструкций к прочному фундаменту. Основное задача – предотвращение разрушения или повреждения.

В масштабных строительных проектах для соединения конструкций с фундаментом для повышения сейсмостойкости, анкерные болты способны обеспечить надежное крепление. Также анкерные часто называют литыми, исходя из специфики их производства. Мощные болты монтируются в бетонные основания. Как только происходит затвердение бетона, конец болта с резьбой прикрепляется к детали, который соединяет болт с конструкцией.

С анкерными болтами удается свести к минимуму вероятность ошибок при монтаже. Если устанавливать крепеж в мокрый бетон, задача усложняется. Только после полного застывания анкерный болт сможет выдерживать предполагаемую нагрузку.

Зачем нужен анкерный болт и его разновидности

Существует несколько различных типов анкерных болтов, которые определяют сферу их применения. Перед выбором крепежа внимательно изучите плюсы и минусы каждой конструкций, чтобы обеспечить надежное соединение с учетом факторов воздействия и условий эксплуатации.

  1. Клиновой анкерный болт. Фиксируется по принципу распирания отверстия. В этих крепежах на конце есть клин, который в сочетании с крепежной втулкой обеспечивает надежного соединения в бетонной конструкции. Для правильного монтажа нужно монтировать болт глубоко. Чтобы, даже прилагая чрезмерную силу, невозможно было его вытащить. Отверстие должно быть примерно на 1,6 см глубже, чем длина самого болта.
  2. Гильзовый. Увеличенный диаметр анкерного болта за счет внешней оболочки. Она фиксирует положение детали. После установки оболочка раздвигается до 5 см. Этот тип анкерного болта подходит для работ с бетоном и кирпичом.
  3. Забивные крепежные детали. Для их монтажа используют молоток. Фиксируются с помощью гайки или шайбы. Распорки открывают только после того, как болт попадает в отверстие.
  4. Анкерный болт с гайкой. Применяют для твердых поверхностей. Если выбрать длинные анкера, их можно использовать для мягких покрытий. Лазейка для крепежа должны быть на 3 см длиннее его.
  5. С крюком. За счет крюка, который в этой модели заменяет гайку, анкерные болты подходят для работы с подвесными конструкциями.
  6. С кольцом. На верхней части детали есть закругленная форма. По принципу работы имеет много общего с анкером с крюком. На кольцах удобно крепить подвесные потолки или тросы в ходе выполнения строительных работ.
  7. Двухраспорный болт. Главное отличие заключается в наличии двух клиньев. Они способствуют усилению прочности соединения. Такой анкер способен обеспечить надежное крепление, независимо от условия эксплуатации и воздействия внешних факторов, например, вибраций. Можно использовать даже в работе с пористыми поверхностями.

Чтобы выбрать наиболее подходящий болт, существует ряд факторов, которые необходимо учитывать с точки зрения требований, предъявляемых к изделиям с учетом коррозии, прочности и физической среды. Сталь и углерод анкерных болтов обычно используются для изготовления крепежей, поскольку они представляют собой долговечные материалы с достойными физическими свойствами. Болты из нержавеющей стали устойчивы к коррозии, способны сохранять свою форму и прочность даже при высоких температурах и экстремальных условиях.

Из чего изготавливают анкерные болты

Поскольку болты предназначены для работы с массивными конструкциями, их состав должен гарантировать прочное соединение. Наиболее распространенными материалами считаются:

  • конструкционная сталь. Демонстрирует отличные эксплуатационные свойства в работе с тяжелыми конструкциями;
  • сталь с усиленной защитой от коррозии. В состав добавляют легирующие компоненты. Это усиленная формула для предотвращения коррозии. Такие виды крепежей можно использовать в условиях повышенной влажности;
  • латунь. Алюминиево-цинковые соединения актуальны для применения в бытовых условиях.

Принцип работы с анкерными болтами

При установке анкерного болта в бетон важно оценить выдерживаемые нагрузки. Поскольку бетон считается неоднородным материалом, в месте крепления важно предотвратить всевозможные сдвиги.

Профессионалы руководствуются принципом, что при монтаже болта образовывается сила трения. В качестве распорки выступают дюбели или металлические цанги. Если неправильно подобрать анкер с учетом возлагаемых на него функций, есть вероятность разрушения, отсутствия фиксирующего положения, изгиба, коррозия.

Если рассматривать строительную сферу применения анкерных болтов, при возведении мостов, зданий, массивных конструкций, последствия неграмотного выбора крепежной системы может привести к существенным убыткам и катастрофическим последствиям.

Во избежание подобных ситуаций рассчитывают предельно допустимые нагрузки болтов. В стандартах СНиП прописывают алгоритмы расчета, рекомендации по монтажу. Востребованные на рынке крепежные детали применяют для:

  • возведения колонн;
  • строительства балок, перекрытия плитами;
  • оконных и дверных проемов;
  • козырьков и навесов;
  • строительства сооружений;
  • подвесных работ и других целей.

Монтаж анкерных болтов: важные детали

В работе с поверхностью из бетона есть два способа монтажа анкеров – в мокрый бетон либо готовую застывшую поверхность. В первом случае болты изначально фиксируют на арматурном каркасе с помощью сварки. После этого можно заливать раствор. Во втором случае работают по принципу создания отверстия для дальнейшего монтажа.

Для формирования отверстия нужно:

  • обозначить размещение детали;
  • просверлить лазейку на 1,5-2 сантиметра длиннее стержня. Диаметр отверстия определяется маркировкой крепежной детали;
  • устранить образовавшийся от сверления мусор.

Анкер с гайкой применяют в тех случаях, если нужно закрепить конструкции незначительной толщины. Проще всего забивать молотком, а гайку закрутить ключом. Для демонтажа болтов достаточно ослабить гайку и удалить крепеж.

Читайте также:
Техника безопасности при сварочных работах: СИЗ и правила работы

Свойства анкерных болтов и нагрузки

Основное назначение анкерных болтов – крепеж и надежная фиксация соединения. Воздействовать на него могут две силы. Сила упора образовывается в том случае, если на крепеж оказывается перпендикулярное влияние с целью сломать или вырвать.

Сила трения формируется при возникновении нагрузки вдоль оси анкера. Удерживается болт в случае этой силы за счет трения своих элементов и основания, в которое он вмонтирован.

Способы воздействия могут возникать вместе или по отдельности. Во избежание деформации конструкция должна быть прочно закреплена по всем правилам монтажа. Еще одно важное правило заключается в том, что материал основания должен быть предназначенным к подобным нагрузкам. Существует максимально допустимые нагрузки по каждому типу поверхности.

Принцип действия анкерного болта: в чем его достоинства

Существует ряд преимуществ при использовании качественного анкера:

  • болты выдерживают высокие нагрузки, поэтому отлично зарекомендовали себя в строительной индустрии. Востребованные на рынке изделия благодаря своей нагрузочной способности;
  • расширенный модельный ряд болтов, поэтому легко подобрать подходящий вариант в зависимости от специфики монтажа;
  • эксплуатационные свойства углеродистой стали. Прочный материал не поддается коррозии;
  • простота монтажа. Не потребуется специальное оборудование и много времени для установки болтов по правилам монтажа;
  • с помощью анкерных болтов можно укреплять существующие конструкции;
  • устойчивость к постойным факторам воздействия. Например, при вибрации детали не расшатываются, не сгибаются и сохраняют свои свойства.

К недостаткам относят стоимость анкерных болтов и необходимость создания отверстия в основании.

Анкерный болт: какие виды поломок встречаются?

Поскольку болты подвергаются большим нагрузкам, существует несколько последствий, вызванных неправильным монтажом или выбором типа крепежа. Каждый анкерный болт может выдерживать определенные нагрузки. Получить информацию об этом можно путем расшифровки маркировки. По ГОСТу определяется перечень поломок, которые могут случиться в крепежном соединении:

  • вырывание болта с фиксирующей поверхности. Различают поверхностное или частичное вырывание;
  • вырыв основной платформы. Из-за воздействия сильных нагрузок на само основание может произойти полная поломка;
  • изгиб болтов. Чаще всего случается во время монтажа;
  • плавление. При влиянии недопустимых высоких температур болты могут плавиться.

В стандартах ГОСТа прописаны требования хранения, эксплуатации, монтажа, производства анкерных болтов. Они имеют маркировку свою маркировку. Изучите свойства болтов перед монтажом, чтобы не допустить поломок и обеспечить долговечное соединение. Нужно не забывать и о расчете допустимой нагрузки и технических характеристиках болтов.

Что такое токовая защита нулевой последовательности?

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети. Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Что такое нулевая последовательность?

Преимущественное большинство сетей получают питание по трехфазной системе. Которая характеризуется тем, что напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

Как видите из рисунка 1 на диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы. При этом если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю. Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ, для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы, какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать. Также следует отметить, что геометрически смена фаз может подразделяется на такие виды:

  • прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
  • обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
  • и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

Посмотрите на рисунок 2, здесь нулевая последовательность, в отличии от двух других, показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º. Подобная ситуация происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку. Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Практически все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов нулевой последовательности, имеют схожий принцип. Рассмотрите вариант такой схемы, демонстрирующей действие защиты.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения. При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

Читайте также:
Требования и порядок установки переносных заземлений

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Что может обуславливать ложные срабатывания токовой защиты даже в тех сетях, где соблюдается номинальный режим питания.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

  • Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
  • Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
  • Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

  • на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
  • в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
  • в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают. Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи. Так как селективность ТЗНП для каждой из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

Видео в дополнение к написанному

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

  1. Токи нулевой последовательности
  2. Защита на токах нулевой последовательности
  3. Напряжение нулевой последовательности
  4. Токи небаланса
  5. Реализация защит ТЗНП
Читайте также:
Характеристика красок по бетону, требования к ним и существующие виды

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Что нужно знать о токовой защите нулевой последовательности: определения, характеристика и область применения

ТЗНП, что является сокращением для понятия «токовой защиты нулевой последовательности» — это защитная система в однофазных сетях с напряжением в 110 киловольт. Короткие замыкания нередкое явление даже в сетях с одной фазой.

Сегодня рассмотрим данный защитный элемент в электрических цепях и принципы его функционирования.

Читайте также:
Что делать, чтобы денежное дерево зацвело

Понятие ТЗНП

Перед тем, как начать разбираться в принципах работы токового защитного элемента, нужно разобраться с работой сети с тремя фазами.

Сеть на три фазы — это та сеть, по которой проходит переменный синусоидальный ток. При этом в данной сети фазы сдвигаются на сто двадцать градусов.

Не многие знают, что принцип работы электрической сети с тремя фазами разработал Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Именно он положил основу современному асинхронному двигателю с разными видами роторов.

При составлении векторных диаграмм способ защиты напоминает собой звёздочку. Систему можно назвать симметричной, если ток и напряжение на фазах в ней уравнены. При этом при сложении значение всех токов равно нулю.

Фазы могут чередоваться как в прямой, так и не в прямой последовательности. При этом они обозначаются как A, B, C. В этом случае A, B, C будет прямой последовательностью, а C, B, A обратной последовательностью.

Как мы обговаривали выше, сдвиг будет равен ста двадцати градусам. Если последовательность у вектора нулевая, фазы будут следовать в одном направлении, вектор эффективности превысит токовый в три раза. Это нормальное состояние для системы.

Если короткое замыкание произойдёт на промежутках фаз, напряжение тока возрастёт в любых фазах, а система продолжит оставаться симметричной в процессе функционирования. Напряжение и токогового нуля не изменят своих значений.

При замыкании на одну фазу к земле симметрия потеряется. Появятся нулевые значения I и U. Если замкнута С, то токи в A и B будут стремиться к нулю. C будет стремиться к третьей части от I короткого замыкания.

Данное токовое значение возникнет из-за воздействия напряжений замыкания (оно же значение Uk0), находящимся в месте, где произошло КЗ и на обмотках трансформатора.

Где применяют

Часто теорию, касающуюся понимания токовой системы защиты, сложно правильно понять сразу. Лучше всего разбираться на практических примерах применения.

Данный вид токовой защиты часто используют в ВВ-сети, где напряжение достигает 110 киловольт, а нейтраль заземлена. Если нейтраль изолируют, а значение напряжений при этом достигает шести, десяти и больше киловольт, описанную систему защиты не применяют, поскольку в этом случае токи КЗ будут слишком большими.

Иногда описанную нами защитную систему называют земляной, поскольку она защищает сеть от коротких замыканий, воздействующих на землю.

Суть функционирования

Рабочий процесс токовой защиты основан на отключении коммутирующих устройств, если однофазную сеть замкнула с некоторой задержкой во времени. С помощью небольшой временной задержки срабатывает защитная система сразу нескольких подстанций.

Значения тока в фазах контролируется с помощью трансформаторов тока. Данные элементы одевают на шины или проводники. На обмотки направлена электродвижущая сила, протекающая сквозь жилы и шины.

Описанная в нашей статье защитная система тока будет работать эффективно, если у трансформаторов тока кривые намагничивания будут едиными.

То есть важно не только совпадение их параметров, но и то, чтобы они были одних и тех же видов и марок. Погрешности всех значений при этом не превышают 10%, иначе система не будет работать правильно.

Сигналы, проходящие через фильтр, дают на выходе ток, который вышел из баланса. Обычно в жизни обмотки элементов подстанций соединяют друг с другом. Это и считается фильтром в описанной в нашей статье защите ТЗНП.

При стандартном функционировании сети токи последовательности будут равняться нулю, тогда в процессе срабатывания защиты последовательности они тоже будут равны 0. При коротком замыкании в режиме аварии ток не будет равен нулевому значению.

Обычно в токовой защите всё устраивает так, чтобы не было ложных срабатываний кроме реакции на изменения значений при коротком замыкании.

Раньше ТНЗП была основана на релейных схемах. Сегодня выпускают специальные терминалы с микропроцессорами для защиты.

ТНЗП представляет собой резервную защиту. С помощью этого резерва защита становится более быстрой и эффективной для подстанций и линий передач энергии.

При этом линии передачи энергии получат минимальные повреждения в случае КЗ, как и генераторы, трансформаторы и другие устройства. Кроме того, такая защитная система служит дополнительной безопасностью для человека и окружающей среды.

В заключение советуем посмотреть следующее видео. В нём специалист подробнее рассматривает принцип работы токовой защиты с последовательностью, равной нулю:

Это основная информация о данном виде токовой защиты, которым сегодня снабжают многие линии передач энергии. У компании энергоснабжения Вы можете узнать, есть ли у ваших линий передач энергии подобная система защиты!

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Система трехфазных напряжений в нормальном режиме работы является симметричной. Но, стоит произойти короткому замыканию, как симметрия нарушается. Для удобства распознавания видов КЗ и проведения расчетов применяется метод симметричных составляющих. Согласно ему любую трехфазную систему с момента КЗ можно, для удобства расчетов, представить в виде суммы напряжений трех симметричных систем:

  • прямой последовательности;
  • обратной последовательности;
  • нулевой последовательности.

Все они являются мнимыми величинами, не существующими на самом деле. Но с помощью некоторых ухищрений их можно сделать реально осязаемыми, и применить на практике.

Устройства, выделяющие из системы трехфазных напряжений напряжение нужной последовательности, называют фильтрами. Рассмотрим одно из таких устройств, применяемое на практике для фиксации замыканий на землю.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Читайте также:
Чехол для нетбука своими руками


Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети. Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Что такое нулевая последовательность?

Преимущественное большинство сетей получают питание по трехфазной системе. Которая характеризуется тем, что напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

Как видите из рисунка 1 на диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы. При этом если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю.

Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ, для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы, какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать.

Также следует отметить, что геометрически смена фаз может подразделяется на такие виды:

  • прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
  • обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
  • и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

Посмотрите на рисунок 2, здесь нулевая последовательность, в отличии от двух других, показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º.

Подобная ситуация происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку.

Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Практически все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов нулевой последовательности, имеют схожий принцип. Рассмотрите вариант такой схемы, демонстрирующей действие защиты.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения.

При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю. Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Фильтром для выделения этой величины являются специальные обмотки трансформаторов напряжения (ТН).

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.

Читайте также:
Техника безопасности при сварочных работах: СИЗ и правила работы

В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

В трансформаторах напряжения, объединяющих обмотки трех фаз в одном корпусе, не требуется выполнять внешние соединения для фильтра 3Uo. Все уже выполнено заранее, внутри корпуса трансформатора.

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.

Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Интересное видео о ТЗНП смотрите ниже:

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность направлена в линию. В других случаях, при «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Сигнализация о замыкании на землю

В сетях 6-10 кВ, где нейтраль изолирована, работа с «землей» возможна некоторое время. Но замыкание нужно активно искать. И чем раньше начнется поиск, тем лучше.

Для контроля изоляции используются вольтметры, подключенные к обмоткам ТН на фазные напряжения.

В сети без повреждений все они показывают одинаковую величину. Стоит случиться однофазному замыканию, как показания вольтметра поврежденной фазы снизятся. Вольтметр покажет ноль при полном устойчивом КЗ. Так определяется фаза с повреждением.

Но, чтобы взглянуть на вольтметры, нужно сгенерировать предупредительный сигнал.

Для этого используется контроль величины 3Uo с помощью реле.

При его срабатывании зажигается табло, привлекающее к себе внимание.

Величину 3Uo принято регистрировать с помощью самопишущих приборов, а также она обязательно записывается аварийными осциллографами или микропроцессорными терминалами в момент любой аварии, даже не связанной с замыканиями на землю.

Еще один пример применения сигнализации, работающей от 3Uo, связан с эксплуатацией установок компенсации емкостных токов.

Отключать разъединитель дугогасящей катушки запрещено при наличии «земли» в сети. Для этого рядом с коммутационным устройством устанавливается индикаторная лампа, либо блок-замок рукоятки блокируется при наличии 3Uo системой автоматики.

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: