Стартовая >> Книги >> Учеба >> Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств

Выбор шин закрытых распределительных устройств - Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств

Оглавление
Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств
Расчетные условия для проверки
Выбор выключателей
Выбор трансформаторов тока
Выбор трансформаторов напряжения
Выбор шин закрытых распределительных устройств
Примеры выбора шин ЗРУ
Выбор жестких шин ОРУ
Выбор кабелей
Выбор кабелей по допустимому току
Выбор токоограничивающих реакторов
ПРИЛОЖЕНИЕ А

4 ВЫБОР ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ И ИЗОЛЯТОРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

4.1 Выбор шин закрытых распределительных устройств

В закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) 6¸20 кВ сборные шины и ошиновка выполняются жесткими алюминиевыми шинами, укрепленными на опорных изоляторах.
При токах до 3000 А применяются одно, двух и трехполосные шины прямоугольного сечения. При больших токах используются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения [1].
Согласно ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений выбираются по допустимому току. Условие выбора имеет вид
,                                 (4.1)
где  - максимальный ток нагрузки ремонтного или послеаварийного режима;
 - допустимый ток нагрузки на шины.
Допустимые токовые нагрузки  на голые шины стандартных сечений приведены в таблицах 1.3.31, 1.3.35 [3] и в таблицах 7.3¸7.6 [9] при температуре окружающей среды +25 C
При отклонении температуры окружающей среды от нормированной +25oC необходимо произвести перерасчет допустимого тока  для шин стандартного сечения по формуле
,                        (4.2)
где  - допустимый ток на шину при температуре окружающей среды . При расположении шин прямоугольного сечения плашмя токи , приведенные в таблице 1.3.31 [3] и в таблице 7.3 [9], должны быть уменьшены на 5% для шин с шириной полос до 60 мм и на 8% для шин с шириной полос более 60 мм [3];
 - действительная температура окружающей среды;
 - длительно допустимая температура нагрева шин, равная 70oC.
Выбранные по условию (4.1) шины проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

Проверка шин на термическую стойкость при КЗ, согласно [2], производится по условию

,                                       (4.3)
где  - конечная температура шин при КЗ;
 - допустимая температура нагрева шин при КЗ, таблица 4.1.
Температура  шины, до которой она нагревается током КЗ, определяется по кривым,  приведенным в [2] или на рисунке 4.1.
Значение вспомогательного коэффициента  вычисляется по формуле:
,                                       (4.4)
где  - определяется по кривым, рисунок 4.1, для температуры проводника , которая соответствует нормальному режиму работы;
Таблица 4.1 – Допустимые температуры нагрева проводников


Вид и материал проводника

*, oC

Шины медные

300

Шины алюминиевые

200

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией с медными и алюминиевыми жилами напряжением до кВ:
1
6-10
20-35
110-220

 

250
200
130
125

Кабели и изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами и изоляцией из:
поливинилхлоридного пластика или резины
полиэтилена (кабели напряжением до 35 кВ)
вулканизированного полиэтилена (кабели напряжением до 35 кВ)

 

160
130

250

Медные неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2:
менее 20
20 и более
Алюминиевые неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2:
менее 10
10 и более
Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов

 

250
200

 

200
160
200

 - тепловой (термический) или квадратичный импульс тока КЗ в месте установки шин, А2с;
 - сечение шины, мм2.

 

 

а                                                               б

 

а
а – материалы
проводников: 1-ММ;
2-МТ; 3-АМ; 4-АТ;
5-АДО, АСТ;
6-АД31Т1; 7-АД31Т;
8-Ст3;

 

б
б – материалы проводников: 1-АЖ, АЖКП; 2-АН, АНКП; 3-А, АСКП, АпКП, АС, АСКП, АСКС, АСК, АпС, АпСКС, АпСК.
Рисунок 4.1- Кривые для определения температуры нагрева проводов

Температура шины , предшествующая режиму КЗ, определяется по выражению [10]:
,                          (4.5)
где  - максимальный ток нагрузки.
Минимальное сечение шины, отвечающее требованиям термической стойкости, может быть определено по формуле
,                           (4.6)
где - значение параметра следует брать из таблицы 4.2.
Таблица 4.2- Значение параметра  для жестких шин


Материал проводника

Значение , при

70

90

120

Медь

170

-

-

АДО

90

81

68

АД1Н

91

82

69

АДОМ, АД1М

92

83

70

АД31Т1

85

77

64

АД31Т

82

74

62

1911

71

63

53

1915, 1915Т

66

60

51

Сборные шины и ошиновка распределительных устройств электрических станций и подстанций должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы противостоять механическим усилиям, возникающим при КЗ.
Динамическую стойкость любой шинной конструкции рассчитывают по наибольшему значению механического напряжения в шине  и наибольшему значению силы, действующей на головку изолятора .
Напряжение  в материале, однополосных шин, расположенных в одной плоскости, при трехфазном или двухфазном КЗ определяется согласно [2] по формуле:
,                               (4.7)
где  - максимальная сила, действующая на расчетную фазу при трехфазном или двухфазном КЗ, Н;
 - длина пролета, м;
*- момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, м3 (таблица 4.3);
* - коэффициент, зависящий от условия закрепления шин и числа пролетов, определяемый по [2] или по таблице 4.4;
* - коэффициент динамической нагрузки шин и изоляторов, определяемый по кривым, приведенным в [2] или на рисунке 4.2.
Максимальная сила , действующая при трехфазном или двухфазном КЗ на расчетную фазу определяется по формулам
;
(4.8)
,
где  - расстояние между соседними фазами, м;
 - ударный ток трехфазного КЗ, А;
* - ударный ток двухфазного КЗ, А;
 - длина пролета, м;
* - коэффициент формы шины прямоугольного сечения определяемый по кривым рисунка 4.3. Если расстояние в свету между проводниками прямоугольной формы больше периметра поперечного
Таблица 4.3 - Моменты сопротивления и инерции шин


Расположение шин

Момент инерции , м4

Момент сопротивления , м3

сечения токоведущей части, т.е. , то . Для шин корытного сечения с высотой сечения  коэффициент формы шин , при  коэффициент формы , а при  коэффициент формы . Для проводников кольцевого сечения и круглых проводников сплошного сечения коэффициент формы ;
 - коэффициент, зависящий от взаимного расположения шин определяемый по [2] или таблице 4.5.
Расчетная фаза зависит от взаимного расположения шин, таблица 4.4.
Таблица 4.4- Расчетные схемы шинных конструкций


Расчетная схема

Тип балки

Коэффициенты

 

Балка с одним пролетом

8,00

1,00

3,14

 

Балка с двумя пролетами

8,00

1,25

3,93

 

Балка с тремя и более пролетами
для крайних пролетов
для средних пролетов

 

10,00
12,00

 

1,13
1,00

 

4,73
4,73

Для определения динамического коэффициента , необходимо рассчитать частоту собственных колебаний шины  и определить отношение , где Гц.
Частота собственных колебаний шины определяется согласно [2] по формуле
,                                     (4.9)
где  - параметр основной собственной частоты шины, который зависит от типа шинной конструкции и определяется по таблице 4.4;
* - модуль упругости материала шин (таблица 4.6), Па;
* - момент инерции поперечного сечения шины определяемый по формулам таблицы 4.3, м4;
 - масса шины на единицу длины, кг/м;
 - плотность материала шины, кг/м3, таблица 4.6;
 - поперечное сечение шины, м2.
 


1– при ; 2– при ; 3– при ; 4– при ; 5 – при
Рисунок 4.2- Зависимость коэффициента динамической нагрузки от частоты собственных колебаний шины.

Однополосные шины механически прочны, если
,                                        (4.10)
где  - допустимое механическое напряжение в материале шин, таблица 4.6.
Если условие (4.10) не выполняется, то необходимо определить допустимую длину пролета по формуле
                                       (4.11)
и повторить расчет.

 

Рисунок 4.3-Диагаграмма для определения коэффициента формы проводников прямоугольного сечения

При расчете двухполосных шин необходимо определять две составляющие механического напряжения в материале:  от взаимодействия пакетов разных фаз и  от взаимодействия полос внутри одного пакета.
Двухполосные шины механически прочны, если
.                             (4.12)

Таблица 4.5- Значения коэффициента

 

Расположение
шин

 

Расчетная фаза

Значения коэффициента
для нагрузок

результи-рующей

изгиба-ющей

растяги-вающей

сжимаю-щей

В одной плос-кости
(рисунок 4.4)

 

В

 

1,00

 

1,00

 

0

 

0

По вершинам равносторон-него треугольника
(рисунок 4.6,а)

 

А, С

В

 

1,00

1,00

 

0,94

0,50

 

0,25

1,00

 

0,75

0

По вершинам прямоугольного треугольника (рисунок 4.6,б)

А
В
С

0,87
0,95
0,95

0,87
0,43
0,93

0,29
0,83
0,14

0,87
0,07
0,43

По вершинам равносторон-него треугольника
(рисунок 4.6,в)

 

А, В, С

 

1,00

 

0,50

 

1,00

 

0

Напряжение в материале шин от взаимодействия пакетов различных фаз  определяется по формуле (4.7).

Таблица 4.6-Характеристики материалов шин

 

Мате-риал
шины

 

Марка

Временное
сопротивление
разрыву,
МПа

Допустимое напряжение
, МПа

Модуль
упруго-сти,
Па

Плот-ность
мате-риала
*,
кг/м3

мате-риала

сварно-го шва

мате-
риала

сварно-го шва

Алю-миний

АО, А

118

118

82

82

7

2710

АДО

59-69

59-69

41-48

41-48

7

2710

Алю-мини-евый сплав

АД31Т

127

120

89

84

7

2710

АД31Т1

196

120

137

84

7

2710

АВТ1

304

152

213

106

7

2700

1915Т

353

318

247

223

7

2700

 

Медь

МГМ

245-255

 

-

171,5-178

 

-

10

8900

МГТ

245-294

 

171,5-206

 

-

10

8900

Механическое напряжение в материале шин от взаимодействия полос пакета , определяется согласно [2] по формуле
,                             (4.13)
где  - расстояние между прокладками (рисунок 4.4), м;
* - расстояние между осями шин пакета (рисунок 4.4), м;
* - ударный ток трехфазного или двухфазного КЗ, А;
 - момент сопротивления полосы пакета относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы, м3;
 - число полос в пакете фазы;
* - коэффициент динамической нагрузки, который зависит от основной частоты собственных колебаний шин пакета  и определяется по кривым рисунка 4.2.
Двухполосная шина 


Рисунок 4.4 –Двухполосная шина

Основная частота собственных колебаний шин пакета в соответствии с [2] определяется по формуле
,                                   (4.14)
где  - момент инерции поперечного сечения шины пакета, м4;
 - расстояние между прокладками, м;
 - масса шины пакета на единицу длины, кг/м.
Если шины распределительного устройства выполняются из шин коробчатого сечения, то механическое напряжение в материале шин от взаимодействия фаз определяется по (4.7) с учетом расположения шин.
При расположении шин в горизонтальной плоскости, рисунок 4.5, а, и соединении швеллеров между собой жестко, . При отсутствии жесткого соединения .
При расположении шин в вертикальной плоскости, рисунок 4.5,б, .
Значения  и  берутся из таблицы 7.6 [9].
шины коробчатого сечения 

 


а – горизонтальное расположение; б – вертикальное расположение; в – сечение коробчатой шины
Рисунок 4.5 - Эскиз расположения шин коробчатого сечения

Механическое напряжение  в материале шин от взаимодействия между швеллерами одной фазы определяется по выражению (4.13).
Шины коробчатого сечения механически прочны, если выполняется условие (4.12).
Если условие (4.12) не соблюдается, то необходимо уменьшить  или , уменьшив при этом, соответственно, , или .
Величина пролёта  определяется конструкцией распределительного устройства, а величину  можно изменять, увеличивая число прокладок в пролете, если швеллеры не соединены жестко по всей длине.
В том случае если сборные шины распределительных устройств располагаются по вершинам треугольника, рисунок 4.6, максимальное механическое напряжение в материале шин  определяется по формуле
,                                (4.15)
где  - меньший из двух моментов сопротивлений поперечного сечения шины  или , м3;
 - электродинамические силы, определяемые по (4.7) или (4.8);
* - коэффициент, значение которого для шинных конструкций расположенных по вершинам треугольников приведено в [2] и в таблице 4.7.
Жесткие шины распределительных устройств закрепятся на опорных изоляторах, которые выбираются из условий
,                              (4.16)
где  – номинальное напряжение установки;
 – номинальное напряжение изолятора;
 – сила, действующая на изолятор;
 – допустимая нагрузка на головку изолятора.
Схемы взаимного расположения шин 

 


а – по вершинам прямоугольного треугольника;
б, в – по вершинам равностороннего треугольника

Рисунок 4.6 – Схемы взаимного расположения шин

При расположении сборных шин в горизонтальной или вертикальной плоскости расчетная нагрузка, действующая на изоляторы, обладающие высокой жесткостью, определяется по выражению [2]:
,                               (4.17)
где - коэффициент, зависящий от условия крепления шин, а также числа пролетов конструкции с неразрезанными шинами и определяется по таблице 4.4;

Таблица 4.7 –Значения коэффициентов  и  шинных конструкций, расположенных по вершинам треугольника

 

Расположение шин

 

Коэффициент

Коэффициент

Шины круглого и кольцевого
сечения

Шины квадратного сечения

По вершинам прямоугольного треугольника (рисунок 4.6,а)

 

0,95

 

0,95

 

1,16

По вершинам равностороннего
треугольника (рисунок 4.6,б)

 

1,00

 

1,00

 

1,39

По вершинам равностороннего треугольника (рисунок 4.6,в)

 

1,00

 

1,00

 

1,21

 - максимальная сила, возникающая в многопролетной шине при трехфазном или двухфазном КЗ, Н;
 - коэффициент динамической нагрузки, определяемый по кривым рисунка 4.2.
Максимальная нагрузка, действующая на проходные изоляторы при КЗ, определяется по формуле
,                (4.18)
где  - расстояние от торца проходного изолятора до ближайшего опорного изолятора фазы, м.
Максимальная нагрузка, действующая на опорные и проходные изоляторы, при расположении шин по вершинам треугольника в соответствии с [2] определяется по формуле
,                                       (4.19)
где  - максимальная сила, действующая на изоляторы при трехфазном или двухфазном КЗ, которая определяется по формулам (4.8);
* - коэффициент, значение которого приведено в таблице 4.7, для наиболее распространенных типов шинных конструкций.
Допустимая нагрузка, действующая на опорный изолятор,  определяется по формуле
,                        (4.20)
где  - минимальная разрушающая сила на изгиб изолятора, задаваемая заводом-изготовителем, Н;
 - высота изолятора, рисунок 4.7, мм;
- высота шины, мм.
Для соединения выводов мощных турбогенераторов с повышающими трансформаторами на блочных электростанциях согласно [11] обязательно применение экранированных токопроводов. Рекомендуется применение экранированных токопроводов и на станциях с поперечными связями. На ТЭЦ, экранированные токопроводы, используются в пределах машинного зала, т.е. для соединения выводов турбогенераторов с шинами генераторного распределительного устройства (ГРУ), и на открытой части, если повышающий трансформатор расположен не более чем в 15 метрах от машинного зала.
изолятор 

Рисунок 4.7 – К определению допустимых нагрузок на изоляторы

Экранированные токопроводы выбираются по номинальному напряжению и номинальному току генератора и проверяются на электродинамическую стойкость. Условия выбора и проверки экранированных токопроводов имеют вид:
.
Характеристики пофазно экранированных токопроводов генераторного напряжения приведены в таблице 4.8.
Для соединения рабочих источников собственных нужд со шкафами комплектных распределительных устройств (КРУ), а также для цепей резервных источников собственных нужд 6 кВ предназначены комплектные токопроводы напряжением 6 - 10 кВ [5]. Эти токопроводы выпускаются как с разделенными, так и неразделенными фазами.
Токопроводы с разделенными фазами применяются для ввода от рабочих источников собственных нужд до вводов КРУ собственных

Таблица 4.8 - Технические данные пофазно экранированных токопроводов генераторного напряжения.

Параметры

турбогенера-

тора

ТЭКН-П-24-30000-560

ТЕКН-П-24-24000-560

ТЕКН-Е-20-

20000-560

ТЕКН-Е-20-

12500-400

Тип турбогенера-тора

ТВВ-1000

ТВВ-800

ТВВ-500 ТГВ-500

ТВВ-320-2
ТГВ-300

Номинальное напряжение, кВ:

Турбогенера-тора

24

24

20

20

 

токопровода

 

24

 

24

 

20

 

20

Номинальный ток, А:

Турбогенера-тора

26700

21400

17000

10200

токопровода

30000

24000

20000

12500

Электродина-мическая стойкость, кА

560

560

560

400

Тип применяе-мого трансфор-матора напряжения

ЗНОЛ.06-24

ЗОМ-1/24;
ЗНОМ-24;
ЗНОЛ.06.24

ЗОМ-1/20;
ЗНОМ-20
ЗНОЛ.06-24

ЗОМ-1/20;
ЗНОМ-20

Тип встраивае-мого трансфор-матора тока

ТШВ-24-30000/5

ТШВ-24-30000/5

ТШВ-24-24000/5

ТШВ-20-12000/5

Тип опорного изолятора

ОФР-24-750 кр

ОФР-24-750 кр

ОФР-24-750 кр

ОФР-20-500

Шаг между изоляторами,
мм

3000

3000

3000

3000

Токоведущая шина d×S, мм

650×15

650×15

650×15

420×15

Экран D×d, мм

1160×7

1160×7

1160×7

870×5

Междуфазное расстояние, мм

1400-1500

1400-1500

1400-1500

1200

Предельная длина секции,м

6,5

6,5

6,5

6,5

Параметры

турбогенера-

тора

ТЭКН-Е20-
10000-300

ТЭН-Е-20-
11200-400

ГРТЕ-20-
10000-300

ГРТЕ-10-
8550-250

Тип турбогене-

ратора

ТВВ-200-2;
ТГВ-200;
ТВВ-220-2

ТВВ-320-2;
ТГВ-300

ТВВ-160-2;
ТВВ-200-2;
ТГВ-200;

ТВФ-63;
ТВФ-120-2

Номинальное напряжение, кВ:

турбогенера-тора

15,75

20

15,75; 18

6,3; 10,5

токопровода

20

20

20

10

Номинальный ток, А

турбогенера-
тора

8625; 9490

10200

8625; 9490; 6040

7210; 4330; 6875

токопровода

1000

11200

10000

5140; 8550

Электродина-
мическая стойкость, кА

300

400

300

250

Тип применя-емого транс-форматора напряжения

ЗОМ-1/15; ЗНОМ-15

ЗОМ-1/20 ЗНОМ-20

ЗОМ1/15
(18)
ЗНОМ-15 (18)

ЗОМ-1/6 (10)
ЗНОМ-6 (10)

 

Тип встраиваемого трансформа-тора тока

 

ТШ-20-10000/5; ТШЛ-20Б-10-10000/5/5

ТШ-20-12000/5

ТШ-20-10000/5;
ТШЛ-20Б-1-10000/5/5

ТШ-20-10000/5;
ТШВ-15Б-8000/5/5

Тип опорного изолятора

ОФР-20-500

ОФР-20-750

ОФР-20-
375с

ОФР-20-375с

Шаг между изоляторами, мм

3000

5000-8000

2500-3000

2500-3000

Токоведущая шина d×S, мм

280×15

420 × 10

280 × 15;
280 × 12;
280 × 8

280 × 12;
280 × 8

Экран D×d, мм

670×4

890 × 5

750 × 64

750 × 4

Междуфазное расстояние, мм

1000

1280

1000; 1200

1000

Предельная длина секции, м

6,5

12

8

8

нужд, а токопроводы с неразделенными фазами применяются для цепей резервного питания.
В таблице 4.9 приведены основные технические данные комплектных токопроводов напряжением 6 - 10 кВ [9].



 
« Выбор аккумуляторных батарей на ТЭС   Звіт з переддипломної практики, дослідження підстанції »
электрические сети