Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств - Примеры выбора шин ЗРУ

4.2 Примеры выбора шин закрытых распределительных устройств
Пример 4.1 Выбрать сборные шины ГРУ-10, 5 кВ, токоведущие части от сборных шин до выводов генераторов и изоляторы к ним, если известно , среднемесячная температура наиболее жаркого месяца +30оС, , , . К шинам ГРУ-10,5 кВ подключено три генератора.

Таблица 4.9 - Технические данные комплектных токопроводов напряжением 6 - 10 кВ

Сборные шины и ошиновка, согласно ПУЭ, в пределах распределительного устройства выбираются по допустимому току.
Ток нормального режима согласно (1.1)
.
Ток форсированного режима согласно (1.2)
.
Принимаем алюминиевые коробчатые шины марки АД31Т, 2×(125×55×6,5)мм с и . Шины расположены в горизонтальной плоскости с длиной пролета м, расстоянием между местами сварки швеллеров м и расстоянием между фазами м.
Так как температура окружающей среды отличается от нормированной температуры, то необходимо определить допустимый ток для шины по выражению (4.2)
.
Так как , то выбранные шины по условию нагрева в форсированном режиме работы не проходят, поэтому выбираем коробчатые шины размером 2×(150×65×7) мм с поперечным сечением и .
.
Так как , то шины проходят по условию нагрева в форсированном режиме.
Проверим выбранные шины на термическую стойкость. Для этого по формуле (4.5) определим температуру шин до КЗ:
.
По кривой 7, рисунка 4.1, а, для начальной температуры находим .
По формуле (4.4) определяем значение вспомогательного коэффициента

где - термический (тепловой) импульс тока КЗ в месте установки шин, который при времени отключения тока КЗ определяется по формуле (1.19);
- время прохождения тока КЗ, которое в соответствии с ПУЭ в цепях генераторов мощностью 63 МВт и более принимается равным 4 с;
- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от генераторов, которая для турбогенераторов мощностью 63 Мвт принимается равной в пределах (0,16-0,25) с.
Определим термический импульс тока КЗ в месте установки шин

где - определяются по кривым рисунка 1.1, при отношении и . В связи с тем, что кривые и приведены для моментов времени отключения тока КЗ от нуля до 0,5с, поэтому определяем их значения для момента времени . , .
- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от системы, связанной со сборными шинами 6-10кВ через трансформаторы связи мощностью 32-80 МВА.
.
По кривой 7, рисунка 4.1, для значения определяем конечную температуру шин , что значительно меньше допустимой температуры для алюминиевых шин .
Для проверки выбранных шин на механическую прочность, определим по формулам (4.9) и (4.14) частоты собственных колебаний шины и одной полосы пакета шин :
,
где - соответствует расчетной схеме 3 таблица 4.4;
- согласно заданию;
- модуль упругости алюминиевого сплава АД31Т, таблица 4.6;
- момент инерции двух сращенных шин, таблица 7.6 [9];
- масса шины на единицу длины, кг/м;
- плотность материала шины, таблица 4.6;
- поперечное сечение двух сращенных шин пакета, таблица 7.6 [9].
.
,
где - расстояние между местами сварки швеллеров;
- масса одной шины (полосы) пакета на единицу длины, кг/м;
- поперечное сечение одной шины, таблица 7.6 [9];
- момент инерции одной шины, таблица 7.6 [9].
.
Для отношений и по кривым рисунка 4.2 имеем , .
Механическое напряжение в материале шинной конструкции от взаимодействия токов разных фаз , определяется по формуле (4.7)
,
где - максимальная сила, действующая на расчетную фазу при трехфазном или двухфазном КЗ, Н;
- длина пролета, м;
- момент сопротивления двух сращенных шин, таблица 7.6 [9]. Для принятого сечения шин ;
- коэффициент динамической нагрузки сращенных шин;
- коэффициент, зависящий от условия закрепления шин и числа пролетов, определяемый по [2] или по таблице 4.4.
Определим максимальную силу, действующую на расчетную фазу при трехфазном КЗ по формуле (4.8)
,
где - расстояние между соседними фазами, м;
- ударный ток трехфазного КЗ, А;
- длина пролета, м;
- коэффициент формы шины, который для шин корытного сечения при принимается равным 1;
- коэффициент, зависящий от взаимного расположения шин определяемый по [2] или таблице 4.5.
.
.
Механическое напряжение в материале шинной конструкции от взаимодействия между швеллерами одной фазы , определяем по формуле (4.13)
,
где - расстояние между прокладками, м;
- расстояние между осями шин пакета, которое обычно равно высоте шины корытного сечения, м;
- ударный ток трехфазного КЗ, А;
- момент сопротивления полосы пакета, м3. Для принятого сечения шин ;
- число полос в пакете фазы;
- коэффициент динамической нагрузки, который зависит от основной частоты собственных колебаний шин пакета и определяется по кривым рисунка 4.2.
.
Суммарное механическое напряжение в шинной конструкции
.
Выбранные шины удовлетворяют условию электродинамической стойкости, так как .
Для крепления шин в ГРУ принимаем опорные изоляторы типа ИО-10-3,75У3, таблица 5.7 [9] . Высота изолятора Низ = 120 мм.
Максимальная сила, действующая на изолятор при трехфазном КЗ, определяется по формуле (4.17)
,
где - коэффициент, зависящий от условия крепления шин, а также числа пролетов конструкции с неразрезанными шинами и определяется по таблице 4.4;
- максимальная сила, возникающая в многопролетной шине при трехфазном или двухфазном КЗ, Н;
- коэффициент динамической нагрузки, определяемый по кривым рисунка 4.2.
.
По таблице 5.7 [9] разрушающая нагрузка для выбранного изолятора составляет .
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.
.
Расчетная максимальная нагрузка на изоляторы
,
поэтому изолятор типа ИО-10-3,75У3 не удовлетворяет условию электродинамической стойкости.
Выбираем изолятор типа ИО – 10 - 30,00 У3 с и .
Для данного изолятора допустимая нагрузка составляет
.
Таким образом, изолятор типа ИО – 10 - 30,00 У3 проходит по условию электродинамической стойкости так как .
В качестве проходного изолятора принимаем изолятор типа ИП - 10/5000 – 4250У2 с параметрами
Проверим проходной изолятор по формуле (4.18) на механическую прочность
,
где - расстояние от торца проходного изолятора до ближайшего опорного изолятора фазы, м.
.
Так как , то выбранный проходной изолятор проходит по механической прочности.
Ошиновка от сборных шин до разъединителя, от разъединителя до выключателя генератора и от выключателя до стены ГРУ выполняется жесткими шинами. Принимаем алюминиевые шины коробчатого сечения, размером 2×(150×65×7)мм с и с , т.е. такие же, как и в ГРУ.
Ошиновка в цепи генератора термически стойка, так как
.
Принимаем, что швеллеры шин соединены жестко в местах крепления шин на опорных изоляторах и в центре пролета, т. е. . Так как на шины ошиновки действует механическое напряжение , то выбранные шины механически прочны.
Для крепления шин ошиновки принимаем опорные и проходные изоляторы такого же типа, как и для шин ГРУ.
Между выводами генератора и фасадной стеной главного корпуса устанавливаем в соответствии с таблицей 4.8 комплектный экранированный токопровод типа ГРТЕ-10-8550-250.
Проверяем токопровод:
.

Пример 4.2 Выбрать шины собственных нужд 6,3 кВ, которые получают питание от трансформатора собственных нужд ТРДНС-32000/35. Расчетные токи КЗ: , температура окружающего воздуха . Длина пролета .
Определяем ток нормального режима
.
В соответствии с ПУЭ выбираем шины по допустимому току. Принимаем согласно, таблицы 7.3 [9] двухполосные алюминиевые шины марки АД31Т1 размером 2×(80×6) мм с . Шины крепим плашмя. При таком креплении шин, согласно [3], допустимый ток составляет . Выбранные шины проходят по допустимому току, так как .
Проверим шины на термическую стойкость:
,
что меньше принятого сечения .

Для проверки шин на механическую прочность определим момент инерции и момент сопротивления поперечного сечения пакета шин и одной полосы (шины) в пакете.

;
;
.
Определим частоты собственных колебаний пакета шин и одной шины по формулам (4.9) и (4.14)
,
где .
,
где .
Для полученных значений и по кривым рисунка 4.2 определим коэффициенты динамической нагрузки и . , а при коэффициенте .
Максимальные напряжения в материале шин пакета, которые обусловлены взаимодействием токов разных фаз и токов шин одной фазы при , в соответствии с формулами (4.7) и (4.13) равны

где , так как .
,
где - коэффициент, который определен по рисунку 4.3 при отношениях и .
Поскольку , то необходимо уменьшить расстояние между прокладками. Наибольшее расстояние между прокладками
.
Принимаем расстояние между прокладками . В этом случае
,
а при .
.
Суммарное напряжение в материале шин
.
Выбранные шины удовлетворяют условию электродинамической стойкости, так как
.
Для крепления шин собственных нужд 6,3 кВ принимаем опорные изоляторы типа ИО-6-3,75 У3 высотой и .
Расчетная нагрузка, действующая на опорный изолятор, определяется по формуле (4.17)

Допустимая нагрузка при изгибе выбранного изолятора согласно формуле (4.20) равна
.
,
т.е. расчетная нагрузка превышает допустимую нагрузку, поэтому изолятор типа ИО-6-3,75 У3 не удовлетворяет условию электродинамической стойкости. Выбираем изолятор типа ИО-10-7,50 У3 высота изолятора , а разрушающая нагрузка
Для выбранного изолятора допустимая нагрузка равна
.
При этом, т.е. выбранный изолятор удовлетворяет условию электродинамической стойкости.

4.3 Выбор шин и токопроводов открытых распределительных устройств.

4.3.1 Общие сведения
В открытых распределительных устройствах (ОРУ) напряжением 35 кВ и выше широко применяются гибкие шины и токопроводы, выполненные сталеалюминиевыми проводами. Основные параметры и характеристики сталеалюминиевых проводов приведены в таблице 7.35 [9]. Гибкие подвесные токопроводы выполняются из пучка голых алюминиевых проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах, подвешиваемых на двух несущих сталеалюминиевых проводах. Сечение отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большим, 500 мм2 и более, так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.
Условия выбора и проверки гибких шин и токопроводов приведены в таблице 4.10.
Наряду с гибкими шинами в ОРУ в последнее время широко используют конструкции с жесткими шинами. Применение жестких шин позволяет создать более компактные и экономичные компоновки ОРУ. В качестве жестких шин применяются круглые трубчатые шины из алюминиевых сплавов, параметры которых приведены в таблице 4.11.
Условия выбора и проверки жёстких шин и изоляторов ОРУ приведены в таблице 4.12 [12].

Таблица 4.10 - Условия выбора и проверки гибких шин и токопроводов.