Выбор токоведущих частей

ВЫБОР ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ И ИЗОЛЯТОРОВ

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

 

Выбор токоведущих частей

Токоведущие части в распределительных устройствах 35 кВ и выше электростанций и подстанций обычно выполняются гибкими сталеалюминевыми проводами АС или АСО. Гибкие провода применяются также для соединения блочных трансформаторов с ОРУ. При напряжении 500 кВ могут быть применены полые алюминиевые провода марки ПА. При номинальных напряжениях 750 и 1150 кВ следует применять только провода марки ПА. При этом число проводов в фазе получается минимальным, уменьшается расход алюминия и число гирлянд изоляторов, упрощается монтаж. В некоторых конструкциях открытых распределительных устройств часть или вся ошиновка и сборные шины могут выполняться жесткими из алюминиевых труб.

Соединение генераторов и трансформаторов с закрытым или комплектным распредустройством 6…10 кВ осуществляется гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов с РУ 6…10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка – сталеалюминевые. Онинесут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода – алюминиевые. Они являются только токоведущими. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм2)_,так как это уменьшает их число и стоимость токопровода.

Все соединения внутри закрытого распредустройства 6…10 кВ, включая сборные шины, выполняются жесткими голыми алюминиевыми шинами прямоугольного или коробчатого сечения. При токах до 3000 А в закрытых распредустройствах 6…10 кВ применяются однополосные и двухполосные алюминиевые шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают лучшие условия охлаждения и меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта.

Проводники линий электропередач, длинных связей блочных трансформаторов с ОРУ, токопроводы генераторного напряжения выбираются по экономической плотности тока

 

, (4.1)

 

где - ток нормального режима (без перегрузок); - нормированная плотность тока, А/мм2.

Сечение, выбранное по экономической плотности тока, проверяется на нагрев (по допустимому току) в послеаварийном и ремонтном режимах работы электроустановки.

 

 

Условие выбора

 

I_раб.max < I_доп, (4.2)

 

где I_доп – допустимый по нагреву ток шины выбранного сечения при температуре охлаждающей среды, отличной от нормируемой

 

, (4.3)

 

где q_о.ном= 25°С – нормируемая температура охлаждающей среды, при которой определяется номинальный допустимый ток проводника; I_{доп.ном} – номинальный допустимый ток проводника; q_дл.доп – длительно допустимая температура проводника (для неизолированных проводов и окрашенных шин q_дл.доп=70°С); q_о – действительная температура охлаждающей среды.

При горизонтальной прокладке жёстких шин прямоугольного сечения и расположении их плашмя допустимый ток следует уменьшить на 5% для полос шириной до 60 мм включительно и на 8% для полос большей ширины.

Выбору по экономической плотности тока не подлежат [1]:

– сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ и при Т_max до 5000 ч;

– ответвления к отдельным электроприёмникам U<1 кВ, а также осветительные сети;

– сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений;

– сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.

Сечение этих проводов выбирается по допу­стимому току.При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин.

Проверка шин на термическую стойкость.

Проверка производится по условию

S³ S_min.. (4.4)

 

гдеS– выбранное сечение;S_min – минимальное сечение проводника, отвечающее требованию термической стойкости при коротком замыкании.

В приближенных расчетах можно воспользоваться упрощенной формулой определения S_min:

 

, (4.5)

 

где B_к – тепловой импульс, выделяемый током короткого замыкания; значение функции С для алюминиевых шин и проводов равно 91 , для медных – 167 .

Шины, выполненные голыми проводами на открытом воздухе, провода воздушных линий, не оборудованных устройствами АПВ, на термичес­кое действие тока короткого замыкания не проверяются [1].

Проверка шин на электродинамическую стойкость.

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, на которую воздействуют электродинамические силы. Если собственные f₀ частоты колебательной системы шины-изоляторы совпадут с частотой изменения электродинамических сил, то механические нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственная частота колебаний f₀ меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает. В большинстве практически применяемых конструкций шин эти условия соблюдаются, поэтому ПУЭ [1] не требуют проверки на электродинамическую стойкость с учетом механических колебаний шинной конструкции. В отдельных случаях, например при проектировании новых конструкций, производится определение частоты собственных колебаний [8]:

 

, (4.6)

 

где l – длина пролета между изоляторами, м; J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см4, берётся из табл. 4.1; S – поперечное сечение шины, см2; К – коэффициент, зависящий от материала шин (для алюминия К=173,2; для меди К=125,2).

Изменяя l и S, добиваются того, чтобы механический резонанс был исключен, т.е. f₀ > 200 Гц.

Механический расчет однополосных жёстких шин прямоугольного, круглого, трубчатого или иного профиля, расположенных в одной плоскости.

Определяется наибольшее усилие, возникающее при трехфазном коротком замыкании, Н:

 

, (4.7)

 

где ударный ток, А; а – расстояние между соседними фазами, м; l – пролет шины (расстояние между соседними изоляторами одной фазы), м.

Максимальный изгибающий момент на шину при числе пролетов свыше двух (шина рассматривается как многопролетная балка, свободно лежащая на опорах), .

 

, (4.8)

 

Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента, МПа

 

, (4.9)

 

где W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, см³ (табл. 4.1).

 

Таблица 4.1

 

Шины динамически устойчивы, если

 

, (4.10)

 

где - допустимое механическое напряжение в материале шин.

В электроустановках широко применяют шины прессованные из алюминиевого сплава, закалённые и естественно состаренные (марка АД31Т) или закалённые и искусственно состаренные (марка АД31Т1). Допустимое механическое напряжение в материале шин марки АД31Т МПа, марки АД31Т1 МПа [4].

Если при расчете окажется, что напряжение в материале шин больше допустимого, то следует принять меры к изменению одной или нескольких величин, входящих в выражение для определения .

Методика механического расчёта шин двухполосных, коробчатого сечения, шин, расположенных в вершинах треугольника даётся в [4, 5].

Гибкие шины крепятся на гирляндах подвесных изоляторов с дос­таточно большим расстоянием между фазами. Так, для сборных шин приняты расстояния: при 35 кВ - 1,5 м; 110 кВ - 3 м; 220 кВ - 4 м; 330 кВ - 4,5 м; 500 кВ - 6 м; 750 кВ - 10 м.

При таких расстояниях силы взаимодействия между фазами невелики,поэтому расчета на электродинамическое действие для гибких шин обычно не производят. Но при больших токах короткого за­мыкания провода в фазах могут схлестнуться. Согласно ПУЭ [1] на электродинамическое действие тока короткого замыкания проверяют­ся гибкие шины распределительного устройства при 20 кА и провода ВЛ при i_у 50 кА. Порядок проверки на схлестывание указан в [4].

Проверка по условиям коронирования делается для гибких про­водников при напряжении 35 кВ и выше. Порядок расчета рассмот­рен в [4]. Можно использовать также приведенные в ПУЭ [1] минимально допустимые по условиям короны сечения проводов воздуш­ных линий электропередач: для напряжения 110 кВ - АС 70/11; 150 кВ - АС 120/9; 220 кВ - АС 240/39; 330 кВ - АС 600/72; 3 х АС 150/24; 2 х АС 240/39; 500 кВ - 3 х АС 300/66; 2хАС 700/86.

На отдельных участках электрических схем применяются комплектные токопроводы. Такими участками являются: связь между генератором и блочным трансформатором, отпайка к трансформатору собственных нужд от связи генератор-трансформатор, связь между трансформаторами собственных нужд и распределительным устройством 6 кВ, соединение трансформатора на подстанции с распределительным устройством 6…10 кВ. В этом случае токопровод выбирается при условии, что

 

, (4.11)

 

, (4.12)

 

. (4.13)

 

 

Выбор шинных изоляторов

 

Жесткие шины в распределительных устройствах крепятся на опорных изоляторах, которые выбираются:

по номинальному напряжению

 

, (4.14)

 

по допустимой нагрузке

 

, (4.15)

 

где сила, действующая на изолятор; допустимая нагрузка на головку изолятора:

 

, (4.16)

 

где разрушающая нагрузка на изгиб.

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчетная сила, Н

 

, (4.17)

 

где поправочный коэффициент на высоту шины, если она расположена «на ребро».

, (4.18)

 

, (4.19)

 

где высота изолятора; b и h – размеры шины.

При расположении шин в вершинах треугольника смотри в [4].

 

Рис. 4.1.

 

Проходные изоляторы выбираются:

по напряжению

 

, (4.20)

 

 

по номинальному току

 

, (4.21)

 

по допустимой механической нагрузке

 

. (4.22)

 

Для проходных изоляторов расчетная сила, Н

 

. (4.23)