Проверка шин на механическую прочность.
Примем l = 2 м, а=0,6 м; швеллеры шин соединены жестко только в местах крепления шин на изоляторах (lп = l) По табл. 4.4 расчетный ток iy=83кА, тогда, МПа:
где h=134 мм=0.134 м; Wп=Wу-у=14.7 см3 по [1]
МПа,
поэтому шины механически прочны.
Выбор изоляторов. Выбираем опорные изоляторы ОФ-10-2000У3, сила, действующая на изолятор, Н:
Проходной изолятор выбираем такого же типа, как на сборных шинах
П-10-5000-4250.
Выбор комплектного токопровода.От выводов генератора до фасадной стены главного корпуса токоведущие части выполнены комплектным пофазно-экранированным токопроводом. По [2] выбираем ТЭКН-20/7800 на номинальное напряжение 20 кВ, номинальный ток 6800 А, электродинамическую стойкость главной цепи 250 кА.
Проверяем токопровод:
Выбор гибких шин и токопроводов
В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов с РУ б-10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка — сталеалюминевые — несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода — алюминиевые — являются только токоведущими. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм2), так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.
Гибкие провода применяются для соединения блочных трансформаторов с ОРУ.
Провода линий электропередач напряжением более 35 кВ, провода длинных связей блочных трансформаторов сОРУ, гибкие токопроводы генераторного напряжения проверяются по экономической плотности тока:
где - ток нормального режима (без перегрузок); Jэ – нормированная плотность тока, А/мм2 (табл. 2).
Сечение округляется до ближайшего стандартного.
Проверке по экономической плотности тока не подлежат:
· сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при Тмах до 5000 ч;
· ответвления к отдельным электроприемникам 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.
Таблица 2 - Экономическая плотность тока
Проводник | При Тмах, ч | ||
1000-3000 | 3000-5000 | > 5000 | |
Неизолированные провода и шины: Медные | 2.5 | 2.1 | 1.8 |
Алюминиевые | 1.3 | 1.1 | |
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами: Медными | 3.1 | 2.7 | |
Алюминиевыми | 1.6 | 1.4 | 1.2 |
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами: Медными | 3.5 | 3.1 | 2.7 |
Алюминиевыми | 1.9 | 1.7 | 1.6 |
Проверка сечения на нагрев (по допустимому току) производится по:
Выбранное сечение проверяется на термическое действие тока КЗ по:
При проверке на термическую стойкость проводников линий, оборудованных устройствами быстродействующего АПВ, должно учитываться повышение нагрева из-за увеличения продолжительности прохождения тока КЗ. Расщепленные провода ВЛ при проверке на нагрев в условиях КЗ рассматриваются как один провод суммарного сечения.
На электродинамическое действие тока КЗ проверяются гибкие шины РУ при кА и провода ВЛ при iy 50 кА.
При больших токах КЗ провода в фазах в результате динамического взаимодействия могут настолько сблизиться, что произойдет схлестывание или пробой между фазами.
Наибольшее сближение фаз наблюдается при двухфазном КЗ между соседними фазами, когда провода сначала отбрасываются в противоположные стороны, а затем после отключения тока КЗ движутся навстречу друг другу. Их сближение будет тем больше, чем меньше расстояние между фазами, чем больше стрела провеса и чем больше длительность протекания и значение тока КЗ. Сближение гибких токопроводов при протекании токов КЗ может быть определено по методу, изложенному в [1].
Гибкие токопроводы с расщепленными фазами проверяются также по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. Расчет производится в следующем порядке.
Усилие на каждый провод от взаимодействия со всеми остальными п-1 проводами составляет, Н/м,
где п — число проводов в фазе; d — диаметр фазы, м; — действующее значение тока трехфазного КЗ, А.
Под действием импульсных усилий проводники фазы стремятся приблизиться к центру. Для фиксации проводов и уменьшения импульсных усилий в них устанавливают внутрифазовые (дистанционные) распорки. Расстояние между распорками должно быть, м,
где k=1,8 - коэффициент допустимого увеличения механического напряжения в проводе приКЗ; - максимальное напряжеяие в проводе при нормальном режиме, МПа (при температуре 40°С или при гололеде и температуре -5° С); - коэффициент упругого удлинения материала провода (для алюминия =159•10-13 м2/H); - удельная нагрузка от собственной массы провода, МПа/м; - удельная нагрузка от сил взаимодействия при КЗ, МПа/м:
(q – сечение провода, мм2);
( - максимальное тяжение на фазу в нормальном режиме, Н).
Максимальное тяжение на фазу определяется при механическом расчете проводов гибкой связи одновременно с определением максимальной стрелы провеса.
На участках токопровода вблизи источников питания расстояние между дистанционными распорками может составлять всего 3 - 5 м, а на удаленных пролетах по мере уменьшения токов КЗ это расстояние возрастает. Если по условию электродинамической стойкости дистанционных распорок не требуется, их устанавливают через 15м для фиксации проводов расщепленной фазы.
Проверка по условиям коронынеобходима для гибких проводников при напряжении 35 кВ и выше если их сечение меньше минимально допустимого, например, для воздушных ЛЭП, согласно ПУЭ на напряжении 110 кВ Для РУ минимальные сечения одиночных проводов и проводов в пучках приведены в [3]. Разряд в виде короны возникает около провода при высоких напряженностях электрического поля и сопровождается потрескиванием и свечением. Процессы ионизации воздуха вокруг провода приводят к дополнительным потерям энергии, к возникновению электромагнитных колебаний, создающих радиопомехи, и к образованию озона, вредно влияющего на поверхности контактных соединений. Правильный выбор проводников должен обеспечить уменьшение действия короны до допустимых значений. Подробно явления коронного разряда изучаются в курсе «Техника высоких напряжений». Рассмотрим порядок расчета для выбора сечения проводов по условиям короны.
Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см,
где т — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m = 0,82); r0 - радиус провода, см.
Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:
где U - линейное напряжение, кВ; Dcp - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.