Проверка на термическую стойкость шин при токах КЗ

Критерием термической стойкости является конечная температура, которая ограничивается механической прочностью металлов, деформациями частей аппаратов и шин. Для неизолированных медных проводников установлена максимальная температура 300^oC, для алюминиевых - 200 ^oC.

В практических расчетах для определения минимальной величины допустимого сечения по термической стойкости (S_Т), пользуются формулой:

(мм²) (9.14)

где: тепловой импульс (интеграл Джоуля), тока КЗ, А,

с - коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла в проводнике после КЗ и до него, (справочная величина).

Если расчетная величина минимального сечения допустимого по термической стойкости S_T меньше сечения проводника выбранного по допустимому току S, то считается, что шины термически стойкие, т.е. соблюдается условие:

(9.15)

Проверка на электродинамическую стойкость шин к токам КЗ

При КЗ по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные динамические усилия в шинных конструкциях. Усилия, действующие на жесткие шины и изоляторы, рассчитываются по наибольшему мгновенному значению тока трехфазного КЗ ( ). Сила действующая на конструкцию определяется по (9.16).

Изгибающий момент, действующий на шину,

, (9.16)

где: f - наибольшее удельное усилие при трехфазном КЗ, Н/М,

l - длина пролета между опорными изоляторами, м,

- коэффициент, зависящий о способа крепления шин на опорных изоляторах (для реальных конструкций =10).

Напряжение в материале шины при воздействии изгибающего момента, МПа,

(9.17)

где: W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию момента, см³. Он зависит от размеров и расположения шин.

Шины механически прочны, если

(9.18)

где: допустимое механическое напряжение в материале шины. (справочная величина)

Примеры расчета шин

Однополосные шины

Наибольшее удельное усилие, Н/м,

(9.19)

где: - ударный ток трехфазного КЗ, А;

а - расстояние между фазами, м;

- коэффициент формы (находится по кривым [10]). Если расстояние между фазами значительно больше периметра шин то коэффициент формы .

Многополосные шины

Необходимо учитывать усилия как между фазами, так и между полосами.

Удельное усилие между фазами, Н/м:

(9.20)

Напряжение в материале от взаимодействия фаз, МПа,

, (9.21)

где: W - момент сопротивления пакета шин, см³.

Удельное усилие между полосами, Н/м:

для двуполосных шин:

, (9.22)

для трехполосных шин:

, (9.23)

где: величины, зависящие от коэффициентов формы;

b - толщина шины, м.

Напряжение в материале от взаимодействия полос, МПа,

, (9.24)

где: - расстояние между прокладками, которые укладываются между шинами в пакете, м;

- момент сопротивления одной полосы, см³.

Шины механически прочны, если,

(9.25)

Максимальное расстояние между прокладками, м

(9.26)

Минимальное число прокладок в пролете

(9.27)

где: l - длина пролета.

Шины коробчатого сечения

При жестком соединении швеллеров расчет такой же, как для однополостных

шин, .

При отсутствии жесткого соединения швеллеров расчет такой же, как для двухполостных шин, (при вертикальном расположении ).

Удельное усилие действующее между фазами при отсутствии жесткого соединения швеллеров:

, (9.28)

где: h - высота швеллера, м.

Формулы используются с учетом .

Шины, расположенные по вершинам треугольника

В этом случае силы, действующие на шину от других фаз, сдвинуты в пространстве. Результирующая сила меняется по величине и направлению, создавая растягивающие , изгибающие и сжимающие усилия на изоляторы.

В табл. 9.2 приведены расчетные формулы для определения и сил, действующих на изоляторы для круглых, полых и коробчатых шин, расположенных в вершинах треугольника.

Выбрать сборные шины 10кВ понизительной подстанции 110/10кВ. Номинальная мощность трансформатора МВА; ударный ток трехфазного КЗ на шинах , тепловой импульс . Предполагается, что шины расположены в горизонтальной плоскости, расстояние между фазами , длина пролета l = 1 м.

Сборные шины выбираем по длительно допустимому току. Так как распределение нагрузки по шинам неизвестно, выбор шин производим по току трансформатора:

Принимаем алюминиевые шины прямоугольного сечения (60x6)мм² = 360мм².

.

Проверяем шины на термическую стойкость, принимая , справочная величина:

S_т = .

Согласно условию шины термически устойчивы.

Проверка на динамическую стойкость

Удельное усилие принимая

Н/м

Момент сопротивления сечения при расположении шин “плашмя”

Напряжение в материале шины:

МПа

Согласно условию шины динамически устойчивы.

Таблица - 9.2. Расчетные формулы