ШИНЫ И ШИНОПРОВОДЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

План лекции

1. Выбор жестких шин.

2. Конструктивное выполнение цеховых сетей.

3. Выбор комплектных шинопроводов на напряжение до 1000 В.

Выбор жестких шин

В закрытых РУ 6−10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Стальные шины допустимо применять лишь при токах до 400 А. При токах до 3000 А используются одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения.

Сечение жестких шин выбирают по нагреву (по допустимому току). При этом учитывают не только нормальные, но и послеаварийные режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин.

Условие выбора:

I_раб.max ≤ I_доп, (11.1)

где I_доп – допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или при температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (ϑ_{о. ном} = 25 °С). В последнем случае

I_доп = I_{доп.ном} √(ϑ_доп – ϑ_о) / (ϑ_доп – ϑ_о.доп) (11.2)

Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято ϑ_доп = 70 °С; ϑ_{о. ном} = 25 °С, тогда

I_доп = I_{доп.ном} √70 – ϑ_о / 45 , (11.3)

где I_{доп. ном} – допустимый ток при температуре воздуха ϑ_{о. ном} = 25 °С; ϑ_о − действительная температура воздуха.

При расположении шин плашмя принятые по таблице значения допустимых токов должны быть уменьшены на 5 % для шин шириной полос до 60 мм и на 8 % для шин с шириной полос более 60 мм.

Шины проверяют:

На термическую устойчивость по условию

ϑ_к ≤ ϑ_к.доп, (11.4)

где ϑ_к − температура шин при нагреве током КЗ; ϑ_{к. доп} − допустимая температура нагрева шин при КЗ.

При проверке токоведущих частей на термическую устойчивость пользуются понятием приведенного времени t_пр, в течение которого установившийся ток КЗ I_∞ выделяет то же количество теплоты, что и изменяющийся во времени ток КЗ, за действительное время τ_t.

Приведенное время определяется составляющими времени периодической и апериодической составляющих тока КЗ:

t_пр = t_пп + t_па . (11.5)

Величину t_пр при действительном времени τ_t < 5 с находят по кривым зависимости t_пп = f (β′′) (рис. 11.1), где

β^ʺ = I^ʺ / I_∞ (11.6)

При действительном времени τ_t > 5 c величина t_пп = t_п5 +(τ_t – 5), где t_п5 приведенное время для τ_t = 5 с.

Приведенное время апериодической составляющей

t_пa = 0,005(β^ʺ)². (11.7)

При действительном времени τ_t < 1 с величина t_па не учитывается.

Токоведущие части рассчитывают на термическую устойчивость по кривым нагрева металлов, представляющих зависимость ϑ = f (A) (рис. 11.2).

На электродинамическую устойчивость шины по условию

σ_расч ≤ σ_доп , (11.8)

где σ_расч – расчетное напряжение на изгиб, возникающее в материале шин при протекании ударного тока трехфазного КЗ; σ_доп – допустимое напряжение на изгиб материала шин.

Для определения σ_расч однополосных шин прямоугольного сечения необходимо:

Вычислить наибольшую силу F⁽³⁾, Н, действующую на шины при протекании по ним ударного тока трехфазного КЗ:

F⁽³⁾ = 1.76 ∙ k_фi_y⁽³⁾²l ∙ 10^-1 / a , (10.9)

где k_ф – коэффициент формы шин; i_у⁽³⁾ – ударный ток трехфазного КЗ, кА; l – длина пролета, м; а – расстояние между осями шин, м (рис. 11.3).

Рисунок 11.3 - Расположение шин на изоляторах: а − плашмя; б − на ребро

Коэффициент k_ф, зависящий от формы, размеров шин и расстояния между ними, для прямоугольных шин находят по кривым (рис. 11.4) в зависимости от отношений (a − b) /(b + h) и b / h . Если отношение (a − b) /(b + h) ≥ 2 или шины с круглой площадью сечения, то k_ф = 1.

2. Найти момент сопротивления:

• если шины расположены в одной горизонтальной плоскости и установлены на ребро или они расположены в одной вертикальной плоскости и установлены плашмя:

W = b²h / 6; (11.10)

• если шины расположены в одной горизонтальной плоскости и установлены плашмя или они расположены в одной вертикальной плоскости и установлены на ребро,

W = bh² / 6; (11.11)

момент сопротивления круглых шин

W = 0,1 ∙ d³ , (11.12)

где d – диаметр шины, м.

3. Определить расчетное напряжение σрасч (МПа) при изгибе: при одном или двух пролетах:

σ_расч = F⁽³⁾ l / (8W); (10.13)

при числе пролетов, большем двух:

σ_расч = F⁽³⁾ l / (10W). (10.14)

Шины открытых распределительных устройств напряжением 35 кВ и выше проверяют на коронирование.

Наибольшая напряженность электрического поля Е у поверхности любого из проводников не должна быть больше 0,9Е₀ (Е ≤0,9Е₀), где Е₀ – начальная напряженность электрического поля у поверхности проводника, при которой появляется корона.

Рисунок 11.4 - Кривые для определения коэффициента формы проводников прямоугольной площади поперечного сечения, где m = b/h

Значения Е и Е₀ (кВ/cм) определяют по формулам:

E = 3,5U / [r₀lg(D_cp /r₀₎], (11.15)

E₀ = 30,3mδ / (1+0,3 / √r₀), (11.16)

где U – линейное напряжение, кВ; r₀ – радиус проводника, м; D_ср – среднее геометрическое расстояние между проводниками (шинами), см; m – коэффициент негладкости проводника (для многопроволочных проводников m = 0,82; для горных условий m = 0,7−0,75); δ – относительная плотность воздуха.

При расположении шин в одной плоскости на средней шине напряженность больше на 7−10 %. Во всех случаях значение Е не должно быть больше 28 кВ /см.