Шинные конструкции, КЭТ, конструкции и выбор

Электрические машины и аппараты соединяют между собой при помощи шин – неизолированных проводников (из алюминия, меди или реже стали), укрепленных на изоляторах, или при помощи кабелей - изолированных проводников (из алюминия или меди). Неизолированные проводники обладают большей нагрузочной способностью, проще в монтаже и эксплуатации, надежнее и экономичнее, поэтому их широко применяют в РУ всех напряжений в качестве сборных шин, служащих для приема и распределения электроэнергии, соединения аппаратов и присоединения генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов и др.

В установках генераторного напряжения применяют жесткие алюминиевые шины прямоугольного сечения при токах до 4000 А (рис. 3.4, а-в) или при больших токах фасонного сечения: коробчатого (рис. 3.4, г) и трубчатого.

Для соединения мощных генераторов с повышающими трансформаторами на блочных станциях широко применяют пофазно экранированные токопроводы, каждая фаза которых состоит из трубчатой шины, прикрепленной изоляторами к алюминиевому экрану-кожуху (рис.3. 4, д). Эти токопроводы изготовляют на заводах и комплектно поставляют на место установки, что сокращает время монтажа и удешевляет конструкцию. Выпускают так же комплектно и трехфазные токопроводы генераторного напряжения для линий собственных нужд тепловых электростанций.

Рис. 3.4.. Конструкция жестких шин.

а – однополосные; б – двухполосные; в – трехполосные; г – коробчатые; д – комплектный экранированный токопровод; 1 – экран; 2 – токоведущая шина; 3 – изолятор

В установках 35 кВ и выше при выполнении шинных конструкций учитывают возможность появления короны - интенсивной ионизации воздуха вокруг провода, сопровождающейся образованием озона и окислов азота, разрушающих металлы и изоляцию. Корона приводит к большой потере активной мощности. Для снижения напряженности электрического поля и предотвращения появления короны шины выполняют круглой, трубчатой формы или проводник каждой фазы выполняют из нескольких параллельных проводников, сечения которых располагают по окружности.

Жесткие шины окрашивают эмалевыми красками: желтой фазу А; зеленой фазу В; красной фазу С. Окраска не только помогает распознать фазу установки, но усиливает теплоотдачу и увеличивает нагрузочную способность шин. Гибкие шины (провода) не окрашивают, а на фазных проводах, например, подвешивают кружки, окрашенные в соответствующие цвета.

Как сказано выше, в закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполюсные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условияохлаждения. Например, при токе 2650 А необходимы алюминиевые шины трехполосные размером 60 х 10 мм или коробчатые 2 х 695 мм с допустимым током 2670 А.В первом случае общее сечение шин составляет 1800 мм², во втором 1390 мм² . Как видно, допустимая плотность тока в коробчатых шинах значительно больше (1,92 вместо 1,47 А / мм²).

Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) 6-10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Шинодержатели, с помощью которых шины закреплены на изоляторах, допускают продоль­ное смещение шин при их удлинении вследствие нагрева. При большой длине шин устанавливаются компенсаторы из тонких полосок того же материала, что и шины Концы шин на изоляторе имеют скользящее крепление через овальные продольные отверстия и шпильку с пружинящей шайбой. В местах присоединения к аппаратам изгибают шины или устанавливают компенсаторы, чтобы усилие, возникающее при температур­ных удлинениях шин, не передавалось на аппарат. Соединение шин по длине обычно осуществляется сваркой.

Присоединение алюминиевых шин к медным (латунным) зажимам аппаратов производится с помощью переходных зажимов, предотвращающих образование электролитической пары медь - алюминий.

Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации шины окрашивают при переменном токе фаза А в желтый, фаза В - зеленый и фаза С - крас­ный цвет; при постоянном токе положительная шина в красный, отрица­тельная - синий цвет.

Согласно §1.3.28 ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

Выбор сечения шин производится по нагреву (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. Условие выбора

Imax £ Iдоп

где Iдоп - допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (Jо,ном = 25°С). В последнем случае

Iдоп = Iдоп,ном Ö Jдоп - Jо / Jдоп - J доп

Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято J доп = 70°С; J о,доп = 25°С. тогда

Iдоп = Iдоп,ном Ö 70 - Jо / 45,

где Iдоп,ном - допустимый ток по таблицам [1.12 ] при температуре воздуха Jо,ном = 25°С; Jо - действительная температура воздуха; Jдоп – допустимая температура нагрева продолжительного режима (по § 1.3.22 ПУЭ для шин принято +70°С).

Проверка шин на термическую стойкость при КЗпроизводится по условию

Jк £ Jк,доп или q min £ q,

где Jк - температура шин при нагреве током КЗ; Jк,доп – допустимая температура нагрева шин при КЗ; q min – минимальное сечение по термической стойкости; q-выбранное сечение.

Проверка шин на электродинамическую стойкость.

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой дина­мическую колебательную систему, находящуюся под воздействием элек­тродинамических сил. В такой системе возникают колебания, частота которых зависит от массы и жесткости конструкций. Электродинамические силы, возникающие при КЗ, имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц.

Электродинамическая стойкость шин обеспечивается при выполнении условия

sдоп ≥sрасч .

Для многополосных шин

sрасч = sф + sn МПа

Сила взаимодействия между полосами

fn = КфIу² / 4b * 10^-7 H/м,

Напряжение в материале полос

sn = fn Ln² / 12 Wn МПа

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз

sф = Ö3 * 10^-8 L² iу^{(3) 2} / а Wф МПа