Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств - Выбор шин закрытых распределительных устройств

4 ВЫБОР ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ И ИЗОЛЯТОРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

4.1 Выбор шин закрытых распределительных устройств

В закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) 6¸20 кВ сборные шины и ошиновка выполняются жесткими алюминиевыми шинами, укрепленными на опорных изоляторах. При токах до 3000 А применяются одно, двух и трехполосные шины прямоугольного сечения. При больших токах используются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения [1]. Согласно ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений выбираются по допустимому току. Условие выбора имеет вид , (4.1) где - максимальный ток нагрузки ремонтного или послеаварийного режима; - допустимый ток нагрузки на шины. Допустимые токовые нагрузки на голые шины стандартных сечений приведены в таблицах 1.3.31, 1.3.35 [3] и в таблицах 7.3¸7.6 [9] при температуре окружающей среды +25 C При отклонении температуры окружающей среды от нормированной +25oC необходимо произвести перерасчет допустимого тока для шин стандартного сечения по формуле , (4.2) где - допустимый ток на шину при температуре окружающей среды . При расположении шин прямоугольного сечения плашмя токи , приведенные в таблице 1.3.31 [3] и в таблице 7.3 [9], должны быть уменьшены на 5% для шин с шириной полос до 60 мм и на 8% для шин с шириной полос более 60 мм [3]; - действительная температура окружающей среды; - длительно допустимая температура нагрева шин, равная 70oC. Выбранные по условию (4.1) шины проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

, (4.3) где - конечная температура шин при КЗ; - допустимая температура нагрева шин при КЗ, таблица 4.1. Температура шины, до которой она нагревается током КЗ, определяется по кривым, приведенным в [2] или на рисунке 4.1. Значение вспомогательного коэффициента вычисляется по формуле: , (4.4) где - определяется по кривым, рисунок 4.1, для температуры проводника , которая соответствует нормальному режиму работы; Таблица 4.1 – Допустимые температуры нагрева проводников

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией с медными и алюминиевыми жилами напряжением до кВ: 1 6-10 20-35 110-220

Кабели и изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами и изоляцией из: поливинилхлоридного пластика или резины полиэтилена (кабели напряжением до 35 кВ) вулканизированного полиэтилена (кабели напряжением до 35 кВ)

Медные неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2: менее 20 20 и более Алюминиевые неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2: менее 10 10 и более Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов

- тепловой (термический) или квадратичный импульс тока КЗ в месте установки шин, А2с; - сечение шины, мм2.

а а – материалы проводников: 1-ММ; 2-МТ; 3-АМ; 4-АТ; 5-АДО, АСТ; 6-АД31Т1; 7-АД31Т; 8-Ст3;

б б – материалы проводников: 1-АЖ, АЖКП; 2-АН, АНКП; 3-А, АСКП, АпКП, АС, АСКП, АСКС, АСК, АпС, АпСКС, АпСК. Рисунок 4.1- Кривые для определения температуры нагрева проводов

Температура шины , предшествующая режиму КЗ, определяется по выражению [10]: , (4.5) где - максимальный ток нагрузки. Минимальное сечение шины, отвечающее требованиям термической стойкости, может быть определено по формуле , (4.6) где - значение параметра следует брать из таблицы 4.2. Таблица 4.2- Значение параметра для жестких шин

Сборные шины и ошиновка распределительных устройств электрических станций и подстанций должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы противостоять механическим усилиям, возникающим при КЗ. Динамическую стойкость любой шинной конструкции рассчитывают по наибольшему значению механического напряжения в шине и наибольшему значению силы, действующей на головку изолятора . Напряжение в материале, однополосных шин, расположенных в одной плоскости, при трехфазном или двухфазном КЗ определяется согласно [2] по формуле: , (4.7) где - максимальная сила, действующая на расчетную фазу при трехфазном или двухфазном КЗ, Н; - длина пролета, м; - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, м3 (таблица 4.3); - коэффициент, зависящий от условия закрепления шин и числа пролетов, определяемый по [2] или по таблице 4.4; - коэффициент динамической нагрузки шин и изоляторов, определяемый по кривым, приведенным в [2] или на рисунке 4.2. Максимальная сила , действующая при трехфазном или двухфазном КЗ на расчетную фазу определяется по формулам ; (4.8) , где - расстояние между соседними фазами, м; - ударный ток трехфазного КЗ, А; - ударный ток двухфазного КЗ, А; - длина пролета, м; - коэффициент формы шины прямоугольного сечения определяемый по кривым рисунка 4.3. Если расстояние в свету между проводниками прямоугольной формы больше периметра поперечного Таблица 4.3 - Моменты сопротивления и инерции шин

Момент инерции , м4

Момент сопротивления , м3

сечения токоведущей части, т.е. , то . Для шин корытного сечения с высотой сечения коэффициент формы шин , при коэффициент формы , а при коэффициент формы . Для проводников кольцевого сечения и круглых проводников сплошного сечения коэффициент формы ; - коэффициент, зависящий от взаимного расположения шин определяемый по [2] или таблице 4.5. Расчетная фаза зависит от взаимного расположения шин, таблица 4.4. Таблица 4.4- Расчетные схемы шинных конструкций

Балка с одним пролетом

Балка с двумя пролетами

Балка с тремя и более пролетами для крайних пролетов для средних пролетов

Для определения динамического коэффициента , необходимо рассчитать частоту собственных колебаний шины и определить отношение , где Гц. Частота собственных колебаний шины определяется согласно [2] по формуле , (4.9) где - параметр основной собственной частоты шины, который зависит от типа шинной конструкции и определяется по таблице 4.4; - модуль упругости материала шин (таблица 4.6), Па; - момент инерции поперечного сечения шины определяемый по формулам таблицы 4.3, м4; - масса шины на единицу длины, кг/м; - плотность материала шины, кг/м3, таблица 4.6; - поперечное сечение шины, м2.

1– при ; 2– при ; 3– при ; 4– при ; 5 – при Рисунок 4.2- Зависимость коэффициента динамической нагрузки от частоты собственных колебаний шины.

Однополосные шины механически прочны, если , (4.10) где - допустимое механическое напряжение в материале шин, таблица 4.6. Если условие (4.10) не выполняется, то необходимо определить допустимую длину пролета по формуле (4.11) и повторить расчет.

Рисунок 4.3-Диагаграмма для определения коэффициента формы проводников прямоугольного сечения

При расчете двухполосных шин необходимо определять две составляющие механического напряжения в материале: от взаимодействия пакетов разных фаз и от взаимодействия полос внутри одного пакета. Двухполосные шины механически прочны, если . (4.12)

Таблица 4.5- Значения коэффициента

Значения коэффициента для нагрузок

В одной плос-кости (рисунок 4.4)

По вершинам равносторон-него треугольника (рисунок 4.6,а)

По вершинам прямоугольного треугольника (рисунок 4.6,б)

По вершинам равносторон-него треугольника (рисунок 4.6,в)

Напряжение в материале шин от взаимодействия пакетов различных фаз определяется по формуле (4.7).

Таблица 4.6-Характеристики материалов шин

Временное сопротивление разрыву , МПа

Допустимое напряжение , МПа

Модуль упруго-сти , Па

Плот-ность мате-риала , кг/м3

Механическое напряжение в материале шин от взаимодействия полос пакета , определяется согласно [2] по формуле , (4.13) где - расстояние между прокладками (рисунок 4.4), м; - расстояние между осями шин пакета (рисунок 4.4), м; - ударный ток трехфазного или двухфазного КЗ, А; - момент сопротивления полосы пакета относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы, м3; - число полос в пакете фазы; - коэффициент динамической нагрузки, который зависит от основной частоты собственных колебаний шин пакета и определяется по кривым рисунка 4.2.

Рисунок 4.4 –Двухполосная шина

Основная частота собственных колебаний шин пакета в соответствии с [2] определяется по формуле , (4.14) где - момент инерции поперечного сечения шины пакета, м4; - расстояние между прокладками, м; - масса шины пакета на единицу длины, кг/м. Если шины распределительного устройства выполняются из шин коробчатого сечения, то механическое напряжение в материале шин от взаимодействия фаз определяется по (4.7) с учетом расположения шин. При расположении шин в горизонтальной плоскости, рисунок 4.5, а, и соединении швеллеров между собой жестко, . При отсутствии жесткого соединения . При расположении шин в вертикальной плоскости, рисунок 4.5,б, . Значения и берутся из таблицы 7.6 [9].

а – горизонтальное расположение; б – вертикальное расположение; в – сечение коробчатой шины Рисунок 4.5 - Эскиз расположения шин коробчатого сечения

Механическое напряжение в материале шин от взаимодействия между швеллерами одной фазы определяется по выражению (4.13). Шины коробчатого сечения механически прочны, если выполняется условие (4.12). Если условие (4.12) не соблюдается, то необходимо уменьшить или , уменьшив при этом, соответственно, , или . Величина пролёта определяется конструкцией распределительного устройства, а величину можно изменять, увеличивая число прокладок в пролете, если швеллеры не соединены жестко по всей длине. В том случае если сборные шины распределительных устройств располагаются по вершинам треугольника, рисунок 4.6, максимальное механическое напряжение в материале шин определяется по формуле , (4.15) где - меньший из двух моментов сопротивлений поперечного сечения шины или , м3; - электродинамические силы, определяемые по (4.7) или (4.8); - коэффициент, значение которого для шинных конструкций расположенных по вершинам треугольников приведено в [2] и в таблице 4.7. Жесткие шины распределительных устройств закрепятся на опорных изоляторах, которые выбираются из условий , (4.16) где – номинальное напряжение установки; – номинальное напряжение изолятора; – сила, действующая на изолятор; – допустимая нагрузка на головку изолятора.

а – по вершинам прямоугольного треугольника; б, в – по вершинам равностороннего треугольника

Рисунок 4.6 – Схемы взаимного расположения шин

При расположении сборных шин в горизонтальной или вертикальной плоскости расчетная нагрузка, действующая на изоляторы, обладающие высокой жесткостью, определяется по выражению [2]: , (4.17) где - коэффициент, зависящий от условия крепления шин, а также числа пролетов конструкции с неразрезанными шинами и определяется по таблице 4.4;

Таблица 4.7 –Значения коэффициентов и шинных конструкций, расположенных по вершинам треугольника