Проверка токоведущих устройств на термическую и динамическую стойкость

Кабели и шины выбирают по номинальным параметрам (току и напряжению) и проверяют на термическую и динамическую стойкость при КЗ. Поскольку процесс КЗ кратковременный, то можно считать, что все тепло, выделяемое в проводнике кабеля, идет на его нагрев. Температура нагрева кабеля определяется его удельным сопротивлением, теплоемкостью, рабочей температурой. Температура нагрева кабеля в нормальном рабочем режиме

t_р = t_о.ср + (t_доп – t_о.ср) (I_ном / I_доп)², (10.12)

где t_o.cp – температура окружающей среды (почвы); t_доп – допустимая температура при нормальном режиме, принимаемая равной 60 °С; I_доп – допустимый ток для выбранного сечения.

Максимально допустимые кратковременные превышения температуры при КЗ для силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией принимаются: до 10 кВ с медными и алюминиевыми жилами – 200 °С; 20–35 кВ с медными жилами – 175 °С.

Проверка сечения кабеля на термическую стойкость к токам КЗ проводится по выражению

Q = I_∞√t_п / C = √B_k /C (10.13)

где В_к – тепловой импульс; С = А_кон – А_нач – коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла в проводнике после короткого замыкания и до него.

Для кабелей напряжением 6–10 кВ с бумажной изоляцией и медными жилами С = 141, с алюминиевыми жилами С = 85; для кабелей с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией с медными жилами С = 123, с алюминиевыми жилами С = 75.

Приведенное время t_п, соответствующее сумме приведенного времени для периодической и апериодической слагаемых тока, можно определять по кривым, связывающим действительное время отключения t_д=t_откл токоведущих частей и β" = I"/I_∞ – отношение начального сверхпереходного тока к установившемуся току в месте КЗ. Учитывая особенности сетей электроснабжения 6УР-4УР, заключающиеся в возможности принять I" =I _∞, β" = 1, считают t_д = t_откл.

При КЗ по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные динамические усилия в шинных конструкциях и аппаратах электрических установок. Усилия, действующие на жесткие шины и изоляторы, рассчитывают по наибольшему мгновенному значению тока трехфазного КЗ i_у. При этом определяют максимальное усилие F на шинную конструкцию без учета механических колебаний, но с учетом расстояния l между изоляторами шинной конструкции и расстояния между фазами а (рис. 10.1).

Рисунок 10.1 - Расстояние между фазами (b, h – размеры шин)

Наибольшее электродинамическое усилие на единицу длины, Н/см,

f = 1,76i_y² l/a∙10⁹, (10.14)

где а – расстояние между проводами, см.

Изгибающий момент (при числе пролетов больше двух), Нcм,

M = fl², (10.15)

где l – расстояние между опорными изоляторами, см.

Сила, действующая на опорный изолятор, Н,

F = 10fl. (10.16)

Допускаемые нагрузки на опорные изоляторы: типа ОА – 2250; типа ОБ – 4500 Н.

Напряжение, возникающее в металле, МПа:

Δ = 0,1M / W, (10.17)

где W– момент сопротивления.

Для шин, установленных на ребро, момент, см3,

W = b² h / 6, (10.18)

где b, h – размеры шины (b – меньший размер).

Для шин, установленных плашмя, момент, см³,

W = h²b / 6. (10.19)

Допускаемые напряжения, МПа: для меди МТ – 140, для алюминия AT – 70, для алюминия АТТ – 90, для стали – 160.

В многополосных шинах кроме усилия между фазами возникает усилие между полосами, расчет в этом случае усложняется.

Электродинамические усилия в токоведущих частях выключателей, разъединителей и других аппаратов сложны и трудно поддаются расчету, поэтому заводы-изготовители указывают допустимый через аппарат предельный сквозной ток КЗ (амплитудное значение) I_{ном дин}, который не должен быть меньше найденного в расчете ударного тока I_у при трехфазном КЗ.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите принципы выбора аппаратов по номинальным параметрам с учетом технических условий энергосистем и требований потребителей.

2. Как влияют номинальные параметры, задаваемые заводами изготовителями, и расчетные величины возможных режимов электрических сетей предприятия, включая режим КЗ, на выбор высоковольтных выключателей?

3. Нужна ли проверка аппаратов на термическую стойкость? Если да, то каких?

4. Как влияет проверка кабелей на термическую стойкость на выбор сечения к трансформаторам ЗУР и на сечения распределительных сетей 10 кВ?

5. Оцените величину и необходимость подпитки со стороны АД и СД при определении величины токов КЗ.

6. Выберите разъединители и выключатели нагрузки для нескольких ГПП, ограничивая КЗ трансформатором районной подстанции.

7. Сравните область и особенности выбора предохранителей в сетях выше 1 кВ с защитой, выполненной на коммутационных аппаратах. Какое сопротивление реактора, установленного за трансформатором 63 МВА, следует принять, чтобы токи КЗ снизить до уровня токов КЗ за трансформатором 40 МВА?

8. Определите максимальное количество приборов, которые могут быть присоединены к выбранному трансформатору тока.

9. Выберите трансформатор напряжения для одной из секций РУ.

10. Проверьте токоведущие устройства на динамическую стойкость для расстояний между шинами и между изоляторами, принятыми заводами изготовителями для стандартных ячеек КРУ.

Литература: [1].