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

Выбор жестких шин ОРУ - 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

 

4.3.2 Выбор жестких шин открытых распределительных устройств

Выбор жестких шин ОРУ по условию нагрева в рабочем режиме производится по выражению (4.1). Длительно допустимые значения токов для трубчатых шин из алюминиевого сплава 1915Т, при температуре воздуха 250С и нормальном атмосферном давлении, приведены в таблице 4.11.
Если допустимый ток продолжительного режима жестких шин ОРУ неизвестен, то он может быть определен по формуле
,                                   (4.21)
где  – тепловой поток, обусловленный конвекцией, Вт;
 – тепловой поток, обусловленный излучением, Вт;
 – тепловой поток, поглощаемый шиной при солнечной радиации, Вт;
 – наружный диаметр шины, м;
 - активное сопротивление одного метра шины при температуре , Ом;
 – степень черноты алюминия и его сплавов;
 – коэффициент поглощения солнечной радиации шинами из алюминия и его сплавов;
 – интенсивность радиации;
 – удельное сопротивление шины при температуре , Ом;
 – сечение шины, м2;
 – температурный коэффициент удельного сопротивления алюминия и его сплавов, 1/оС.
Таблица 4.11 - Параметры трубчатых шин из алюминиевых сплавов


Марка сплава

Параметры сплава

при 20оС


при
100оС


при 25оС

АДО

0,029

70

29

59

90

924

218

2710

АДОМ

0,029

70

29

59

92

964

218

2710

АД1Н

0,030

70

98

98-108

90

964

218

2710

АДЗ1Т

0,034

70

59

127

82

924

192

2710

АДЗ1Т1

0,031

70

147

196

85

924

192

2710

АДЗЗТ

0,043

70

108

177

74

920

142

2700

АДЗЗТ1

0,040

70

226

265

77

920

142

2700

АВТ1

0,038

70

226

304

73

797

176

2700

1915Т

0.0485-0,0517

70

216

353

66

880

154

2770

Выбранные шины считаются стойкими, если выполняется условие (4.3). Допустимая температура нагрева , для шин из алюминиевых сплавов, принимается такой же, как для шин из технического алюминия, таблица 4.1. Конечная температура нагрева трубчатых шин из алюминиевых сплавов  определяется по кривым, изображенным на рисунке 4.1. Значение вспомогательного коэффициента  вычисляется по формуле (4.4), где  определяется по кривым, изображенным на рисунке 4.1 для температуры шины вычисленной по формуле (4.5).

Таблица 4.12 - Условия выбора и проверки жестких шин и изоляторов ОРУ


Параметры

Условия выбора и проверки

Номинальное напряжение

Длительный допустимый ток

 или

Термическая стойкость

 или

Электродинамическая стойкость


Проверка на коронирование

Минимальное сечение шины, отвечающее требованиям термической стойкости, определяется по формуле (4.6).

Шинные конструкции отвечают условиям электродинамической стойкости, если выполняется условие (4.10). Допустимое механическое напряжение для трубчатых шин из алюминиевых сплавов принимается равным 70% предела прочности , указанного для соответствующего сплава в таблице 4.11.

Максимальные механические напряжения в шине определяются по формуле
,          (4.22)
Таблица 4.13 - Значения длительно допустимых токов шин из алюминиевого сплава 1915Т


Диаметр шины, мм

Длительно допустимый ток, А

ЗРУ

ОРУ

 

Ок-ра-шенные

 

Неокра-шенные

При штиле () с учетом солнечной радиации

Неокрашенные шины с учетом  при скорости ветра , м/с

При штиле () и

 
 
D

 

d

Ок-ра-шенные

Не-окрашенные

 

1

 

2

 

5

Окра-шен-ные

Неок-рашен-ные

70

64

1090

838

1163

925

1073

1346

1787

1230

1014

80

74

1238

946

1316

932

1292

1654

2242

1394

1142

90

80

1786

1342

1876

1314

1538

1997

2738

1988

1622

100

90

1955

1477

2072

1436

1665

2170

2970

2198

1785

100

91

1863

1406

1972

1367

1585

2066

2835

2092

1699

100

94

1531

1156

1669

1124

1303

1698

2331

1720

1397

120

100

3227

2415

3469

2314

2645

3467

4779

3616

2914

120

110

2328

1742

2453

1669

1905

2499

3447

2609

2102

140

120

3746

2381

3936

2637

3623

3912

5412

4191

3356

150

130

4916

2965

4206

2797

3128

4132

5726

4481

3578

150

140

2886

2134

3028

2014

2252

2952

4122

3226

2576

180

170

3440

2512

3586

2336

2566

3415

4755

3826

3031

180

174

2672

1957

2981

1820

1999

2660

3706

2981

2362

210

190

5571

4027

5772

3695

3995

5354

7486

6171

4856

220

200

5806

4206

6461

3843

4135

5555

7779

6461

5072

250

230

6577

4731

4680

4271

4533

6130

8619

7306

5702

300

270

9516

6009

9828

6776

6250

8541

12080

10548

8163

где  для трёхфазного КЗ;
 для двухфазного КЗ;
 – расстояние между фазами, м;
 – длина пролёта шинной конструкции, м;
 - динамический коэффициент, определяемый по кривым рисунка 4.2;
 - параметр, который берётся из таблицы 4.4;
 – момент сопротивления поперечного сечения трубчатой шины, м3, который определяется по формуле, приведённой в таблице 4.3.
Для определения динамического коэффициента h необходимо рассчитать частоту собственных колебаний шинной конструкции по формуле (4.9), где параметр  является функцией безразмерных величин  и , где - жесткость опоры, которая практически равна жесткости изолятора , Н/м [2], - приведенная масса, кг.
Жесткость шинной опоры , согласно [12] можно рассчитать по формуле:
                (4.23)
где - жесткость верхнего изолятора шинной опоры, Н/м;
- высота соответственно верхнего и нижнего ярусов шинной опоры, м;
,
- жесткость нижнего изолятора шинной опоры, Н/м.
Приведенную массу, согласно [2, 12] следует определять по формуле
,                                     (4.24)
где  - частота собственных колебаний опоры, Гц, которая принимается равной частоте колебаний изолятора таблица 4.14, или определяется, согласно [12] по формуле
,                                        (4.25)
где  – параметр частоты собственных колебаний опоры, зависящий от коэффициента  и определяемый по кривой, приведённой на рисунке 4.8;
 – масса стержня, кг, которая для изоляторов и изоляционных опор на жёстком основании принимается равной массе изолятора . Если изолятор установлен на высокой упругой колонне, то масса стержня  принимается равной массе колонны ;
* – сосредоточенная масса на вершине опоры, кг, которая для изоляторов и изоляционных опор на жестком основании принимается равной нулю. В том случае, если изолятор установлен на высокой колонне, сосредоточенная масса на вершине опоры  принимается равной массе изолятора.
Жесткость составной опоры, состоящей из  одинаковых изоляторов, определяется в соответствии с [12] по формуле
,                                     (4.26)
где  - жесткость одного изолятора, H/м;
 - количество элементов опоры.
Таблица 4.14 – Жесткость и частота собственных колебаний опорных изоляторов


Тип изолятора опоры

, кН/м

, Гц

Тип изолятора опоры

, кН/м

, Гц

ОНШ-35-2000

7100

-

КО-110-1250

1250

-

3хОНШ-35-2000

290

15

ОНС-110-2000

2210

32

ИОС-110-600

1100

28

 

 

 

Кривые для определения  шин с жестким закреплением на опорных изоляторах и шин с шарнирным закреплением на опорных изоляторах приведены в [2] и на рисунке 4.9
Максимальная нагрузка,  действующая на опорный изолятор шинной конструкции рассчитывается по формуле (4.17).
Допустимые нагрузки на одиночные изоляторы, согласно ПУЭ, составляют 60% минимальной разрушающей силы
,                                   (4.27)
а спаренных изоляторов - 50% от суммарного разрушающего усилия изоляторов опоры:
,                                 (4.28)
где  - суммарное разрушающее усилие спаренных изоляторов.
 

Рисунок 4.8 – Зависимость параметра частоты опоры от коэффициента

Минимальные разрушающие нагрузки опорных изоляторов приведены в таблице 4.15.
Разрушающие и допустимые изгибающие нагрузки многоярусных изоляционных опор равны соответственно разрушающей и допустимой нагрузкам наименее прочного яруса опоры [12].

 

 

 

 


а

 

 

 

б
а – кривые для определения параметра частоты  собственных колебаний шинной конструкции при ее жестком закреплении на опорах; б – кривые для определения параметра частоты  собственных колебаний шинной конструкции при ее шарнирном закреплении на опорах
Рисунок 4.9 – Кривые для определения параметра частоты  собственных колебаний шинной конструкции

Разрушающие нагрузки ярусов определяются по формуле
,                                   (4.29)
где - разрушающая нагрузка изолятора i-го яруса;
 - расстояние от опасного сечения изолятора яруса до вершины этого изолятора (рисунок 4.10);
 - расстояние от опасного сечения изолятора яруса до центра тяжести поперечного сечения шины (рисунок 4.10).
Опасные сечения фарфоровых тел изоляторов опоры располагаются у нижних фланцев. Параметры опорных изоляторов приведены в таблице 4.15, а параметры шинных опор в таблице 4.16.

Таблица 4.15 - Параметры опорных изоляторов


Тип изолятора

Масса

Размеры, мм

ОНШ-35-2000

35

20000

41,5

400

-

ОНСУ-40/1000

40

10000

39,0

500

67

ИОС-110-400

110

4000

61,0

1050

85

КО-110-1500

110

15000

106,2

1100

107

КО-110-2000

110

20000

106,2

1100

107

КО-110-1250

110

12500

83,2

1100

107

ИОС-110-600

110

6000

71,0

1100

94

ОНС-110-1600

110

16000

94,3

1100

107

ОНС-110-2000

110

20000

94,3

1100

107

ИШО-500-1000

500

10000

-

4954

-

Проверка трубчатых шин по условиям коронирования заключается в определении диаметров одиночных шин или составных проводников шинной конструкции и расстояний между ними, при которых наибольшая напряжённость электрического поля у поверхности шин  была бы меньше начальной критической напряжённости электрического поля  [12]. Таким образом, корона на шинах не возникает, если выполняется условие
.                                    (4.30)
Изоляционные опоры ОРУ 


Рисунок 4.10 – Изоляционные опоры ОРУ

Начальная критическая напряжённость электрического поля  
на поверхности гладкого цилиндрического проводника определяется по формуле:
,                           (4.31)

где  – радиус проводника, см;
 - относительная плотность воздуха, соответствующая давлению  и температуре  окружающего воздуха. Физические свойства воздуха приведены в таблице 4.17.
Таблица 4.16 – Параметры шинных опор


Тип шинной опоры

Изоляторы

, кВ

Масса , кг

, приложенная

тип

Коли-чество

к вер-шине опоры

к оси
ши-
ны

3×ОНШ-35-2000

ОНШ-35-2000

3

110

124,5

3840

3470

4×ОНШ-35-2000

ОНШ-35-2000

4

150

166,0

2730

2540

5×ОНШ-35-2000

ОНШ-35-2000

5

220

207,5

2120

2000

ШО-110-У1

ИОС-110/600У1

1

110

75,0

6000

5430

ШО-110У-У1

ОНСУ-40/1000У1

1

110

125,0

8310

7760

КО-110/1250У1

1

ШО-150-У1

ОНСУ-40/1000У1

1

150

125,0

8310

7760

КО-110/1250 У1

1

ШО-150У-У1

ИОС-110/600У1

1

150

152,0

5930

5430

КО-110/1250У1

1

ШО-220-У1

ИОС-110/600У1

1

220

152,0

5930

5430

КО-110/1250У1

1

ШО-220У-У1

ИОС-110/600У1

1

220

267,0

5930

5430

КО-110/1250У1

1

ОНС-110/2000У1

1

ШО-330М-У1

ИОС-110/600У1

1

330

309,0

5930

5430

КО-110/1250У1

1

ОНС-110/2000У1

1

ШО-500М-У1

ИОС-110/600У1

12

500

1150,0

-

-

ШО-750-У1

ИОС-110/600У1

18

750

1600,0

-

-

Таблица 4.17 – Физические свойства сухого воздуха при  Па


Температура

Плотность

Коэффициент теплопроводности

Коэффициент вязкости

-50

1,584

2,04

9,23

-40

1,515

2,12

10,04

-30

1,453

2,20

10,80

-20

1,395

2,28

11,61

-10

1,342

2,36

12,43

0

1,293

2,44

13,28

10

1,247

2,15

14,16

20

1,205

2,59

15,06

30

1,165

2,67

16,00

40

1,128

2,76

16,96

50

1,093

2,83

17,95

Максимальная напряжённость электрического поля для средней фазы одиночных шин при горизонтальном их расположении определяется по формуле:

,                                    (4.32)
где  – линейное напряжение, равное действующему значению среднего эксплуатационного напряжения, кВ;
 – среднее геометрическое расстояние между проводниками фаз при горизонтальном их расположении, см;
* – коэффициент, учитывающий повышенные значения рабочей ёмкости и напряжённости поля средней шины относительно значений
для крайних фаз, значение, которого лежит в пределах 1,03¸1,05.
Для расщеплённых проводников, рисунок 4.11, максимальная напряжённость электрического поля определяется по формуле:
,                         (4.33)
Шинная конструкция с расщепленными трубчатыми шинами 


Рисунок 4.11 - Шинная конструкция с расщепленными трубчатыми шинами

где  – число проводников в фазе;
*– эквивалентный радиус расщеплённой шины, см;
 – коэффициент усиления электрического поля на поверхности составляющего проводника из-за влияния других проводников фазы;
 – коэффициент, зависящий от средней рабочей ёмкости трёхфазной конструкции и для расщеплённых проводников равен 1,07.
При расположении проводников расщеплённой фазы по вершинам равностороннего треугольника, рисунок 4.11, эквивалентный радиус  вычисляется по формуле:
,                                   (4.34)
где ;
 – расстояние между осями проводников расщеплённой фазы.
Коэффициент усиления поля, при расположении проводников расщеплённой фазы по вершинам равностороннего треугольника, определяется по формуле:
.                                 (4.35)
Для расщеплённой шины, состоящей из двух цилиндрических проводников, коэффициент усиления поля определяется по формуле:
,        (4.36)
где .
Расстояния в свету между шинами , рисунок 4.11, в расчетах принимаются равными минимально допустимым расстояниям в соответствии с требованиями ПУЭ, значения которых приведены в таблице 4.18.

 

Таблица 4.18 – Расстояния в свету между шинами

Напряжение , кВ

35

110

150

220

330

500

Расстояние , мм

440

1000

1400

2000

2800

4200

 

4.3.3 Примеры выбора и проверки жестких шин открытых распределительных устройств

Пример 4.3 Выбрать жесткие шины ОРУ-220кВ. К шинам 220 кВ подключено три блока мощностью по 300 МВт и автотрансформатор связи типа 3×АОДЦТН-167000/500/220. Допустимый коэффициент перегрузки автотрансформатора 1,25.  температура воздуха в ОРУ .
Для выбора сборных шин определим токи нормального и форсированного режимов блочного трансформатора и автотрансформатора связи.
Для блочного трансформатора
;
.
Для автотрансформатора связи
;
.
Сборные шины выбираем по току наиболее мощного присоединения, т. е. .

По таблице 4.13 принимаем цилиндрические шины из алюминиевого сплава 1915Т внутренним диаметром , наружным диаметром  и длительно допустимым током при штиле с учетом солнечной радиации . Условие (4.1)

выполняется, так как .
Проверим выбранные трубчатые шины на термическую стойкость, приняв начальную температуру шины . По кривой 8 , рисунок 4.12, для температуры находим .
 


Материал шин: 1-АДО, АДОМ, АД1М, АД1Н; 2-АД31Т1;
3-АД31Т; 4-АД33Т1; 5-АД33Т; 6-АВТ1; 7-АВТ; 8-1915Т; 9-АМ
Рисунок 4.12- Кривые для определения конечной температуры нагрева шин при КЗ

Для определения конечной температуры трубчатой шины определим по формуле (4.4) значение вспомогательного коэффициента
,
где .
.
По кривой 8, рисунок 4.12, для значения  определяем конечную температуру . Так как , то шины термически стойкие.
Минимальное сечение шины из сплава 1915Т по условию термической стойкости согласно (4.6)
,
где - для алюминиевого сплава 1915Т согласно таблице 4.2.
.
Так как , то шины термически стойкие.
Проверим выбранные трубчатые шины по условиям электродинамической стойкости. Принимаем длину пролёта шинной конструкции , а расстояние между фазами . В качестве изоляционной опоры принимаем шинную опору типа ШО-220-У1, которая согласно таблицы 4.10, состоит из двух опорно-стержневых изоляторов: в основании изолятор типа КО-110/1250 У1, а на вершине изолятор типа ИОС-110/600 У1.
Момент инерции трубчатой шины согласно таблице 4.3 определяется по формуле
.
Момент сопротивления трубчатой шины в соответствии с таблицей 4.3 определяется по формуле
.
Для определения максимального механического напряжения в шине, необходимо сначала по формуле (4.9) рассчитать первую частоту собственных колебаний шинной конструкции
.
Для определения параметра  по кривым, приведенным на рисунке 4.9 , определим по формуле (4.24) приведенную массу опоры
,
где  - частота собственных колебаний опоры определяется по формуле (4.25)

 - параметр частоты , определяемый по кривым, приведенным на рисунке 4.8.
 - жесткость опоры, определяемая по формуле (4.23)
,
где ,  - для верхнего изолятора типа ИСО-110-600У1 согласно таблицам 4.13 и 4.14;
,  - для нижнего изолятора типа КО-110-1250У1.
,
.
Определим параметр шинной конструкции
.
Принимаем изоляционную опору, закреплённую на жёстком основании. Поэтому масса стержня  принимается равной массе изоляционной опоры , которая согласно таблице 4.16 равна 152 кг, а сосредоточенная масса на вершине опоры  равна нулю.
Таким образом, для значения  по кривой рисунка 4.8 находим .
;

Определим параметр шинной конструкции
,
где .
По кривым рисунка 4.9, а для рассчитанных значений  и  определяем .
Первая частота собственных колебаний шинной конструкции равна
.
По кривой 1 рисунка 4.2 для определяем значение динамического коэффициента при трёхфазном КЗ, который равен .
Максимальное механическое напряжение в материале шине определим по формуле (4.22)
,
где  – для шинной конструкции с тремя и более пролетами, таблица 4.4;
.

,
что значительно меньше допустимого напряжения .
Определим расчетную нагрузку , действующую на опорный изолятор шинной конструкции, по формуле (4.17)
,
где  - для шинной конструкции с тремя и более пролетами, таблица 4.4.
.
Допустимая нагрузка на принятую шинную опору ШО-220-У1 согласно (4.28) составляет
,
где , согласно таблице 4.16.
Так как , то выбранная опора проходит по механической прочности.
Проверим выбранные шины по условиям коронирования. Начальная критическая напряжённость электрического поля  на поверхности цилиндрического проводника в соответствии с формулой (4.31) равна
,
где ;      .
.
Максимальная напряжённость электрического поля для средней фазы одиночных шин при горизонтальном их расположении, согласно формуле (4.34), равна
.
Таким образом,  и выбранные шины проходят по условию коронирования.

4.3.4 Выбор гибких шин и токопроводов открытых распределительных устройств

Сборные шины выбираются по допустимому току наиболее мощного присоединения, а токопроводы – по экономической плотности тока, таблица 4.19. При выборе токопроводов в качестве расчётного тока, согласно ПУЭ, принимается ток нормального режима работы. Выбранное по экономической плотности сечение токопровода округляется до стандартного ближайшего значения.
Выбранное сечение сборных шин и токопроводов проверяется на термическое действие токов КЗ по выражению (4.6). Согласно ПУЭ, при проверке на термическую стойкость аппаратов и проводников линий, оборудованных устройствами быстродействующего АПВ, должно учитываться повышение нагрева из-за увеличения суммарной продолжительности прохождения тока КЗ по таким линиям.
Расщеплённые провода воздушных линий при проверке на нагрев в условиях КЗ рассматриваются как один провод суммарного сечения [3].
Проверка шин и токопроводов на электродинамическую стойкость производится по току двухфазного КЗ, т. к. наибольшее сближение фаз наблюдается при этом виде КЗ.
Таблица 4.19 – Экономическая плотность тока


Проводники

Экономическая плотность тока, А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки в год

более 1000 до 3000

более 3000 до 5000

более 5000

Неизолированные провода и шины:

 

 

 

медные

2,5

2,1

1,8

алюминиевые

1,3

1,1

1,0

Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:

 

 

 

медными

3,0

2,5

2,0

алюминиевыми

1,6

1,4

1,2

Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:

 

 

 

медными

3,5

3,1

2,7

алюминиевыми

1,9

1,7

1,6

Электродинамическая стойкость, при двухфазном КЗ, гибких проводников разных фаз сборных шин и токопроводов обеспечивается, если выполняются условия [2]:
                    (4.37)
где  - максимальное тяжение в проводе при КЗ, Н;
 - допустимое тяжение в проводе, которое в курсовом и дипломном проектировании может приниматься равным Н;
 - расстояние между проводниками фаз, таблица 4.20, м;
 - расчетное смещение проводников при КЗ, м;
 - наименьшее допустимое расстояние между проводниками фаз при наибольшем рабочем напряжении, таблица 4.21, м;
 - радиус расщепления фазы, таблица 4.22, м.
Проверку гибких проводников на электродинамическую стойкость (расчет смещения проводников) необходимо производить, если параметр  равен:
,                     (4.38)
где  - начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ, кА;
 - расчетная продолжительность КЗ, с;
 - расстояние между фазами, м;
 - погонный вес провода, с учетом влияния гирлянд, Н/м. Параметры подвесных изоляторов применяемых для крепления гибких шин в распределительных устройствах станций и подстанций приведены в таблице 4.23;
 - коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей электродинамической силы, который определяется по кривой приведенной в [2] или на рисунке 4.13;
 - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.
Методика определения смещения  проводников расположенных в горизонтальной плоскости на одном уровне зависит от продолжительности КЗ.
В том случае если выполняется условие
                              (4.39)
горизонтальное смещение проводников  определяется по формуле
,                         (4.40)

Таблица 4.20 – Расстояние между фазами гибких шин и токопроводов ОРУ


Напряжение , кВ

35

110

220

330

500

750

Расстояние , м

1,5

3,0

4,0

4,5

6,0

10,0

Таблица 4.21 – Наименьшие допустимые расстояния между проводниками фаз


Напряжение , кВ

10-24

110

150

220

330

500

750

, м

0,2

0,45

0,6

0,95

1,4

2,0

3,1

Таблица 4.22 - Значения  и


Число проводов в фазе

2

3

4

Коэффициент

Радиус расщепленной фазы , см

*a - расстояние между проводами в расщеплённой фазе, которое принимается равным при напряжении 220 кВ - 20 - 30 см и при напряжении 330 кВ и выше - 40 см.
где  - приведенная масса с учетом массы провода, суммарной массы двух натяжных изоляторов и массы отводов в пролете, кг;
 - масса провода в пролете, кг;
 - коэффициент приведения массы, значение, которого приведены в [2] и в таблице 4.24;
*- ускорение силы тяжести, м/с2;
* - угловая частота колебаний проводников, 1/с;
* - расчетная электродинамическая нагрузка, действующая на проводник при двухфазном КЗ, Н.
 


Рисунок 4.13 Кривая для определения коэффициента

Угловая частота колебаний  и расчетная электродинамическая нагрузка  на проводник при двухфазном КЗ, определяются по формулам [2]
                                 (4.41


Таблица 4.23 – Параметры и количество подвесных изоляторов в гирляндах для крепления гибких шин в распределительных устройствах


Тип изолятора

Количество изоляторов, , при номинальном напряжении РУ, кВ

Высота изолятора
, м

*,
кН

Масса
изолятора,
кг

10

20

35

110

150

220

330

500

750

1150

 

 

 

ПФ6-Б

1

3

5

8

10

15

21

30

-

-

0,140

60

6,00

ПФ70-В

1

3

4

8

10

15

21

30

44

-

0,146

70

5,10

ПС70-Д

1

4

5

8

11

16

22

32

48

-

0,127

70

3,49

ПС6-Б

1

4

5

8

11

16

22

32

48

-

0,130

60

4,10

ПСД70-ДМ

1

4

4

6

9

13

19

27

-

-

0,127

70

4,80

ПС120-Б

-

-

-

-

-

15

21

30

43

73

0,146

120

4,43

ПС120-А

-

-

-

-

-

15

21

30

43

73

0,146

120

5,41

ПСВ120-А

-

 

 

 

 

13

17

24

35

58

0,146

120

7,02


Таблица 4.24- Значения коэффициента приведения массы

 

Значения коэффициента  при значениях , равных

0,010

0,020

0,050

0,100

0,200

0,500

1,000

2,000

3,000

5,000

0,010

1,000

1,000

1,000

1,000

1,001

1,002

1,003

1,005

1,006

1,007

0,020

1,000

1,000

1,000

1,001

1,002

1,004

1,007

1,010

1,012

1,014

0,050

1,000

1,000

1,001

1,002

1,004

1,010

1,016

1,024

1,029

1,035

0,100

1,000

1,001

1,002

1,004

1,008

1,019

1,031

1,048

1,058

1,069

0,200

1,001

1,002

1,004

1,008

1,015

1,034

1,059

1,090

1,110

1,140

0,500

1,002

1,003

1,008

1,016

1,031

1,071

1,130

1,200

1,250

1,310

1,000

1,002

1,005

1,012

1,024

1,048

1,110

1,200

1,330

1,430

1,560

2,000

1,003

1,007

1,017

1,033

1,065

1,150

1,290

1,500

1,670

1,910

3,000

1,004

1,007

1,019

1,037

1,073

1,180

1,330

1,600

1,820

2,150

5,000

1,004

1,008

1,021

1,041

1,082

1,200

1,390

1,710

2,000

2,470


,                       (4.42)
где  - приведенный провес провода по середине пролета с учетом гирлянд изоляторов, м;
, м;
* - длина пролета, м.
Приведенный провес провода  по середине пролета с учетом гирлянд изоляторов определяется по формуле
,                                      (4.43)
где  - провес провода по середине пролета, м;
 - длина гирлянды изоляторов, м;
- количество изоляторов в гирлянде, таблица 4.23;
 - высота одного изолятора, м, таблица 4.23;
 - угол отклонения гирлянды от вертикали до КЗ.
В том случае если
,                                 (4.44)
горизонтальное смещение проводников  определяется согласно [2] по одной из ниже приведенных формул в зависимости от соотношения
при    ,                            (4.45)
при    ,                                     (4.46)
где  -  расчетный угол отклонения проводника от равновесного положения при двухфазном КЗ, рад., который определяется по формуле
,                                  (4.47)
где  - энергия, накопленная в проводнике за расчетное время существования двухфазного КЗ, Дж, которая определяется по кривым, приведенным в [2] или на рисунках 4.14 и 4.15, в зависимости от величины безразмерной продолжительности двухфазного КЗ .
Безразмерная продолжительность двухфазного КЗ  определяется по формуле
.                                        (4.48)
Если при двухфазном КЗ выполняется условие
,                                         (4.49)
то горизонтальное смещение проводников рассчитываются по формулам (4.45) или (4.46). При этом энергию, накопленную проводником, , в соответствии с [2] определяют по одной из следующих формул, в зависимости от значения , определяемого по формуле
.                        (4.50)
Если , то ,                          (4.51,а)
если , то ,                           (4.51,б)
где  - максимальная высота подъема центра масс проводника во время КЗ, м, рисунок 4.16.
Максимально возможное значение тяжения в проводнике , согласно [2] определяется по формуле
,                             (4.52)
 

 


а                                                              б
 

 


в                                                        г
Рисунок 4.14-Характеристики  при двухфазном КЗ

 


Рисунок 4.15-Характеристики  при двухфазном КЗ

 

 

 


Рисунок 4.16-Кривые для определения  при двухфазном КЗ

где  -модуль упругости проводника, Н/м2. Модуль упругости скрученных проводов следует уменьшать в два-три раза по сравнению
с модулем упругости отдельных проволок [2];
*- площадь поперечного сечения провода, м2;
- длина пролета, м;
*- энергия, накопленная проводником за расчетное время КЗ, Дж. Если выполняется условие (4.39), то согласно [2] допускается значение  определять по формуле
,                             (4.53)
- тяжение в проводнике до КЗ, Н, значение которого определяется по формуле
.                                         (4.54)
Нижний предел максимального тяжения в проводнике  согласно [2] определяется по формуле
.         (4.55)
Шины и токопроводы с расщеплёнными фазами, согласно ПУЭ, должны проверяться по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. При КЗ проводники одной фазы под действием тяжений стремятся приблизиться к центру. Для уменьшения усилий между проводами фазы устанавливают дистанционные распорки. Расстояние между дистанционными распорками рассчитывается по формуле:
,                 (4.56)
где - коэффициент допустимого увеличения механического напряжения в проводе при К3;
 - максимальное напряжение в проводе, МПа;
 - коэффициент упругого удлинения алюминиевого провода;
 - удельная нагрузка от собственной массы провода, МПа/м;
 - удельная нагрузка от сил взаимодействия при К3, МПа/м.
Максимальное напряжение в проводе определяется по формуле
,                                             (4.57)
где  - число проводов в фазе;

 - сечение провода, мм2;
 - тяжение в проводе, определяемое по формулам (4.52) или (4.55), Н.
Удельная нагрузка на каждый провод от собственного веса
                                        (4.58)
где  - масса одного метра алюминиевого провода, кг.
Удельная нагрузка на каждый провод от взаимодействия при К3
,                             (4.59)
где  - диаметр токопровода, м.
Выбранные шины и токопровод не будут коронировать, если наибольшая напряженность электрического поля у поверхности любого провода не более . Таким образом, условие проверки на корону можно записать в виде:
,                                 (4.60)
где  - начальная критическая напряженность электрического поля, кВ/см, которая определяется по формуле
,                           (4.61)
 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода, который для многопроволочных проводов принимается равным 0,82;
 - радиус провода, см;
 - напряжённость электрического поля около поверхности нерасщеплённого провода, кВ/см, которая определяется по формуле
,                                      (4.62)
 - линейное напряжение, кВ;
 - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, при их горизонтальном расположении, см.
Напряжённость электрического поля вокруг расщеплённых проводов определяется по выражению:
,                                     (4.63)
где  - коэффициент, учитывающий число проводов  в фазе;
 – радиус расщепленных проводов в фазе.
Значения  и  определяется по формулам, приведённым в таблице 4.22.

4.3.5 Примеры выбора и проверки гибких шин и токопроводов открытых распределительных устройств
Пример 4.4 Выбрать сборные шины 220 кВ и токоведущие части от сборных шин до выводов трансформатора в цепи генератора ТГВ-200. Трансформатор типа ТДЦ-250000/220/15,75. , ,время отключения КЗ , длина пролета , провес провода посередине пролета .
Сечение сборных шин выбирается по току наиболее мощного присоединения, в данном случае блока генератор-трансформатор:
,
.
По таблице 7.35 [9] принимаем провод марки АС-300/66, , , , , масса одного метра  провода .
Условие (4.1) выполняется, так как .
Проверим выбранные гибкие шины на электродинамическую стойкость. Для чего по формуле (4.38) определим значение параметра
,
где  - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей электродинамической силы. В соответствии с [2] при отношении  принимаем ;
*- расстояние между фазами, м, значение которого принимается в соответствии с таблицей 4.20;
 - погонный вес провода, с учетом влияния гирлянд, Н/м;
 - погонный вес провода, Н/м, который для провода марки АС-300/66 равен
;
 - погонный вес одной подвесной гирлянды изоляторов, Н/м, который, согласно таблице 4.23, для гирлянд составленных из подвесных изоляторов типа ПС70-Д равен
.
Таким образом, погонный вес провода с учетом влияния гирлянд равен
.
.
Расчет смещений проводников гибких шин можно не выполнять. Однако для пояснения методики расчета смещений проводников выполним данный расчет.
Для определения методики расчета смещений гибких проводников при КЗ, определим выполнение условия (4.39). Для чего по таблице 4.24 определим значение коэффициента приведения массы  при  и . Из таблицы 4.24 имеем .
Определим по формуле (4.41) значение , а по формуле (4.42) расчетную электродинамическую нагрузку , действующую на гибкие провода шин при двухфазном КЗ
,
где ,
.
.
Поскольку , то расчет смещения проводников  ведем по формуле (4.40), а энергию, накопленную проводником  по формуле (4.53).
Горизонтальное смещение гибких проводников  составляет
.
Наименьшее допустимое расстояние между фазами при  согласно таблице 4.21 .
Проверим выполнение условия (4.36)
.
Энергия, накопленная проводником  равна
,
где - приведенная масса провода в пролете с учетом влияния гирлянд изоляторов и ответвлений с гибкой ошиновкой.
Для расчета тяжений в проводниках гибких шин в момент КЗ принимаем жесткость поперечного сечения проводника .
Определим тяжение в проводнике до КЗ по формуле (4.54)
,
где .
Максимально возможное тяжение в проводах  определяем по формуле (4.52), а максимально возможное тяжение  после отключения тока КЗ по формуле (4.55) так как .
.

Согласно ПУЭ, шины и токопроводы с расщеплёнными фазами, должны проверяться по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. Для уменьшения усилий между проводами фазы устанавливают дистанционные распорки, расстояние между которыми рассчитывают по формуле (4.56):

где - коэффициент допустимого увеличения механического напряжения в проводе при К3;
 - максимальное напряжение в проводе , МПа;
 - коэффициент упругого удлинения алюминиевого провода;
 - удельная нагрузка от собственной массы провода, МПа/м;
 - удельная нагрузка от сил взаимодействия при К3, МПа/м.
Максимальное напряжение в проводе согласно формуле (4.57) равно
.
Удельная нагрузка на каждый провод от собственного веса
,
где  - масса одного метра алюминиевого провода, согласно таблице 7.35 [9].
Удельная нагрузка на каждый провод от взаимодействия при К3

где - диаметр токопровода.
Таким образом, между проводниками одной фазы необходимо устанавливать внутрифазные распорки на расстоянии не более 5,09 м друг от друга.
Проверим выбранные шины по условию коронирования, для этого определим начальную критическую напряжённость электрического поля по формуле (4.61)
.
Определим напряжённость электрического поля вокруг провода сборных шин по формуле (4.62)
.
Проверим выполнение условия (4.60)
, таким образом, провод марки АС-300/66 по условиям короны не проходит.
Принимаем два провода в фазе марки АС-150 /34, , , , , масса одного метра провода , а погонный вес провода .
Определим начальную критическую напряжённость электрического поля вокруг провода АС-150/34:
.
Определим напряжённость электрического поля вокруг расщеплённых проводов по формуле (4.63)
,
где  и  согласно формулам, приведенным в таблице 4.22 равны
;
.
, таким образом, два провода марки АС-150/34 по условию короны проходят.
Определим по формуле (4.38) параметр  для вновь принятых двух проводов в фазе марки АС-150/34
.
Таким образом, расчет смещения проводов не выполняем.
Токопровод от выводов 220 кВ блочного трансформатора до сборных шин выбираем по экономической плотности тока для Tмакс=6500 час в соответствии с таблицей 4.18 .
.
Принимаем два провода в фазе марки АС-330/30, сечением , , , .
Проверим выбранный токопровод по допустимому току
.
Проверим токопровод по условию коронирования. Определим начальную критическую напряженность электрического поля
.
Определим напряженность электрического поля вокруг расщеплённых проводов токопровода
,
где ,
.

и поэтому принятый токопровод проходит по условиям короны.

Пример 4.5 Выбрать число и марку проводов в гибком токопроводе предназначенном для соединения трансформатора ТДЦ-125000/110/10 с распределительным устройством 10 кВ ТЭЦ. Допустимая перегрузка трансформатора 20%, , , продолжительность КЗ .
Выбираем сечение гибкого токопровода по экономической плотности тока, которая при числе часов , согласно таблице 4.18, составляет .
,
,
.
Принимаем два несущих провода марки АС-500/64 с , тогда сечение алюминиевых проводов должно быть
.
Число алюминиевых проводов марки А-500 равно
.
Принимаем к установке гибкий токопровод 2×AC-500/64+12×A-500 диаметром , с расстоянием между соседними фазами .
Проверим выбранный токопровод по допустимому току
.
Определим по формуле (4.38) параметр
,
где  - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей электродинамической силы. Согласно [2] при  можно принимать ;
* - расстояние между фазами токопровода, м;
* - погонный вес провода с учетом влияния подвесных гирлянд, Н/м.
Определим погонный вес провода с учетом влияния подвесной гирлянды из изолятора типа ПФ6-Б, параметры которого приведены в таблице 4.23.

где  - длина пролета, принятая равной 20 м.
.
В соответствии с условием (4.38) необходимо проводить расчет смещений.
Определим по формуле (4.41) значение , а по формуле (4.42) расчетную электродинамическую нагрузку , действующую на токопровод при двухфазном КЗ
,
где ,
.
.
Определим, по какому из выражений (4.40), (4.45) или (4.46) необходимо рассчитывать горизонтальное смещение проводников фаз токопровода при КЗ. Для этого проверим, какое из условий (4.39), (4.44) или (4.49) выполняется.
Проверим выполнение условия (4.39)
.
Таким образом, условие (4.39) не выполняется.
Определим выполнение остальных условий, для чего рассчитаем отношения  и
.
Для определения  рассчитаем безразмерную продолжительность КЗ  по формуле (4.48)
.
Так как , то для определения энергии , накопленной токопроводом за расчетное время КЗ, рассчитаем по формуле (4.50) значение
.
По кривым, приведенным на рисунке 4.16 по значениям  и , имеем  или .
Поскольку  и , то  рассчитываем по формуле (4.51,б)
,
откуда .
По формуле (4.47) определим расчетный угол отклонения токопровода от равновесного положения
.
Смещение токопровода  посередине пролета определяем по формуле (4.45)
.
Проверим выполнение условия (4.37)
.
Таким образом, после отключения КЗ схлестывания проводников фаз токопровода не произойдет.
Проверим гибкий токопровод по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. Удельная нагрузка на каждый провод от взаимодействия при КЗ согласно (4.59) равна:
.
Удельная нагрузка на каждый алюминиевый провод марки А-500 от собственного веса согласно (4.58) равна:
.
Для расчета максимального напряжения в токопроводе  определим максимально возможное тяжение по формуле (4.52)

Определим по формуле (4.54) максимальное напряжение в проводе
.
Определим по формуле (4.56) допустимое расстояние между распорками внутри фазы токопровода:

Таким образом, в токопроводе необходима установка внутрифазных распорок на расстоянии не более 12,3 м. друг от друга.



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