Выбор токопроводов и проводов воздушных линий

Электрооборудование распределительныустройств электростанциЙ и подстанций

Режимы работы электроустановок.

Продолжительный (длительный) режим работы - режим, при котором токоведущие части установки или аппарата достигают установившейся температуры при неизменной температуре окружающей среды.

Продолжительный режим работы имеет место в одном из следующих режимов: нормальном, ремонтном, послеаварийном.

Нормальный режим - режим, при котором все параметры установки или ее частей не выходят за пределы, допустимые при заданных условиях эксплуатации. При этом функционируют все элементы без отключений и перегрузок. Режим характеризуется наибольшим током нормального режима I_норм.

Ремонтный режим - режим плановых ремонтов (профилактических, капитальных). При этом часть элементов установки отключена, а оставшиеся в работе элементы подвержены перегрузке. Этот режим характеризуется током I_рем.

Послеаварийный режим - режим, при котором часть элементов вышла из строя или выведена в ремонт (внеплановый) вследствие аварийного отключения. Оставшиеся элементы могут быть нагружены до I_пав.

Таким образом, продолжительный режим работы характеризуется токами: I_норм - наибольший. ток нормального режима работы;

I_max - наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима.

Эти токи и являются расчетными для выбора проводника и аппаратов.

Шинные конструкции

Шинной конструкцией называют систему неизолированных проводников, укрепленных с помощью изоляторов. Неизолированные проводники дешевле, обладают большей нагрузочной способностью, проще в монтаже и эксплуатации.

В установках всех напряжений применяют, как правило, алюминиевые шины.

В установках до 35 кВ включительно применяют жесткие шины прямоугольного, трубчатого и коробчатого сечения (см. рис.5.1).

Алюминиевые шины прямоугольного сечения выполняют с соотношением размеров поперечного сечения b/h от 1/16 до 1/12. Шины сечения более ( ) мм² не обеспечивают необходимой механической прочности и сложны в монтаже.

На большие токи шины выполняют многополосными из двух и более полос на фазу с прокладками между полосами (равными толщине шины).

b

Рисунок 5.1 – Формы сечения жестких шин

Как правило, выполняют не более двух полос в фазе (редко три), т.к. с возрастанием числа полос нагрузочная способность возрастает меньше чем увеличение расхода металла из-за влияния эффекта близости. Кроме того, возникают значительные ЭДУ между полосами при коротких замыканиях.

На большие токи применяют также шины коробчатого и трубчатого сечения. С точки зрения охлаждения предпочтительны лучше шины коробчатого сечения, т.к. теплоотдача осуществляется и с внутренней поверхности. Трубчатые шины сложнее в монтаже, поэтому мало применяются в установках до 35 кВ. Трубчатые шины применяются в электроустановках напряжением 110 кВ и выше, так как шины прямоугольного и коробчатого сечения в этом случае применять нельзя вследствие их интенсивного коронирования.

Жесткие шины окрашиваются эмалевыми красками: фаза А – желтым цветом, В - зеленым, С- красным, 0- белым при изолированной нейтрали или фиолетовым при заземленной нейтрали.

Гибкие шины применяются в распределительных устройствах всех напряжений. Гибкие шины выполняются из многопроволочных алюминиевых (А) или сталеалюминиевых (АС) проводов. На большие токи и в РУ 330 кВ и выше каждая фаза расщепляется на 2, 3 или 4 провода, что уменьшает потери коронного разряда.

Жесткие шины крепятся на опорных изоляторах между двумя планками, стянутыми стальными шпильками. Нижняя стальная планка с помощью винта жестко закреплена на головке изолятора. Верхняя планка выполняется из немагнитного чугуна или цветного металла для уменьшения потерь от вихревых токов.

Крепление шин на изоляторах может быть жестким или свободным. Для свободного крепления устанавливаются распорные трубки, которые позволяют шине перемещаться продольно. Жесткое крепление выполняют через каждые 30 метров. Между точками жесткого крепления устанавливают шинные компенсаторы из гибких алюминиевых полос.

Для крепления гибких шин применяются штыревые и подвесные изоляторы.

Для прохода шин через стены, перекрытия и перегородки применяют проходные изоляторы, линейные (маслонаполненные или газонаполненные) вводы.

Изоляторы выполняют из закаленного стекла или фарфора.

Изоляторы должны обеспечивать достаточную электрическую и механическую прочность. Электрическая прочность зависит от состояния поверхности. Поэтому изоляторы для внутренней установки (закрытых РУ) имеют гладкую поверхность, для наружной установки - ребристую. Чем выше напряжение, тем выше высота опорных изоляторов или количество подвесных изоляторов.

Механическая прочность характеризуется величиной разрушающей электромеханической нагрузки F_разр. Чем выше F_разр, тем массивнее изоляторы, больше их диаметр.

Выбор шинных конструкций

Форма и сечение шин стандартизированы. Поэтому выбор шин состоит в подборе наиболее подходящих шин по форме и сечению (S).

Сечение сборных шины и ошиновок РУ всех напряжений выбирается по нагреву при протекании длительного максимального тока нагрузки (в ремонтном или послеаварийном режиме):

I_max £ I_доп ,

где I_доп – допустимый ток выбранного стандартного сечения шин с учетом поправок на расположение шин и температуру воздуха ( ), если последняя отлична от номинальной ( )

,

где - допустимый ток при номинальной температуре окружающего воздуха;

- допустимая температура проводника в длительном режиме.

Далее выбранные шины проверяются на термическую и динамическую стойкость к току короткого замыкания, а шины РУ напряжений 110 кВ и выше дополнительно проверяются по условию коронирования. Так как в РУ 110 кВ, как правило, применяют гибкие шины (провода), их проверка по условию коронирования осуществляется по минимально допустимому сечению для заданного напряжения (S_{min кор)} :

S_{min кор)} £ S.

На термическуюстойкость к токам короткого замыкания проверяют жесткие и гибкие шины закрытыхраспределительных устройств. Условие термической стойкости:

,

где - температура нагрева проводника током короткого замыкания;

- допустимая температура нагрева током короткого замыкания;

- минимальное сечение проводника по условию термической стойкости.

На динамическую стойкость к токам короткого замыкания проверяют жесткие шины. Условие динамической стойкости:

,

где - расчетное механическое напряжение в материале шины;

- допустимое напряжение;

М - изгибающий момент;

W - момент сопротивления шины относительно оси перпендикулярной действию изгибающего усилия. (см. таблицу).

Изгибающий момент.

где l - длина пролета между опорными изоляторами;

f – элекродинамическое усилие,равномерно распределенное по длине пролета f=F/l.

Момент сопротивления (W) поперечного сечения шины определяется ее геометрическими размерами по формулам, приведенным в [ ].

Принципы определения ЭДУ между параллельными проводниками (F) были рассмотрены в разделе 4.

Механический расчет производится без учета механических колебаний шин при резонансе. Шины обычно выполняются таким образом, чтобы частота их собственных колебаний f₀ превышала 200Гц , что гарантирует отсутствие резонанса. Из этого условия выбирают длину пролета, используя формулу

,

где l - длина пролета, м;

S - сечение, см²;

J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей усилия, см⁴.

Гибкие шины проверяют на электродинамическое действие токов короткого замыкания, если I_п,о⁽³⁾_.³ 20кА или i_у⁽³⁾ ³ 50кА. Динамическое взаимодействие гибких шин при таких токах может привести к “схлестыванию” проводов. Условием проверки является

,

где а_расч - рассчитанное значение расстояния между фазами при сближении проводов в момент короткого замыкания;

а_доп - допустимое расстояние между фазами по условию пробоя изоляции.

Выбор токопроводов и проводов воздушных линий

Гибкие токопроводы в виде пучка проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах, применяют для подключения генераторов и трансформаторов к распределительным устройствам 6-10 кВ. На этих участках токи могут быть значительными. Поэтому каждая фаза обычно выполняется из нескольких алюминиевых проводов большого сечения и несущих сталеалюминиевых или стальных проводов. При выборе сечения учитывают, что несущие провода также несут токовую нагрузку.

Воздушные линии выполняются сталеалюминевыми проводамимарки AC.

Сечение гибких токопроводов и проводов воздушных линий выбираются по экономической плотности тока.

,

где I_норм - ток нормального рабочего режима;

j_э – нормированное значение экономической плотности тока.

Величина экономической плотности тока нормируется для проводов, шин и кабелей в зависимости от числа часов использования максимальной нагрузки Т_max

Сборные шины и ошиновки распределительных устройств по экономической плотности тока не выбираются.

Проверка выбранного сечения на нагрев длительным током проводится по условию

.

Проверку сечения на термическоедействие токов короткого замыкания для проводов воздушных линий допустимо не выполнять. Для гибких токопроводов в закрытых распределительных устройствах проверка производится так же, как для жестких шин.

Проверка проводов и токопроводов на “схлестывание” производится так же, как для гибких шин.

Выбор кабелей

Кабели выбирают:

- по напряжению установки U_ном³U_{уст (сети)};

- по конструкции в зависимости от способа прокладки, свойств среды, механических нагрузок и т.п.;

- по экономической плотности тока S_э=I_норм/j_э;

- по нагреву длительным током I_max£ I_доп.