Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf

или круглых шин. Они служат для различного рода соединений, например, выключателя е разъединителем, разъединителя с пре­ дохранителем и т. д. Если к шинам, как это показано на рис. 89, присоединены источники питания (в приведенном рисунке — транс­ форматоры подстанции), а от шин по воздушным или кабельным линиям получают питание потребители, то такие шины носят на-

служить медь, алюминий или сталь. По электропроводности и ме­ ханической прочности медь является оптимальным материалом. Алюминий отличается меньшей (примерно в 1,6 раза) электро­ проводностью и значительно меньшей механической прочностью, чем медь. Сталь по электрическим свойствам — мало подходящий материал для шин, так как характеризуется низкой электропро­ водностью (в семь раз меньше, чем медь). При переменном токе в стальных шинах наблюдаются явно выраженный поверхностный эффект, а также потери на перемагничивание и потери, вызванные вихревыми токами. Механические же свойства стали самые высо­ кие по сравнению с другими материалами.

Таким образом, перечисленные свойства металлов определяют область применения выполненных из них шин. Лучшими считаются медные шины, но вследствие высокой стоимости и дефицита меди

136

применяются только в установках большой мощности, характери­ зующихся большими токами короткого замыкания. Алюминиевые шины не должны использоваться в установках, в которых возника­ ют большие электродинамические усилия при коротких замыкани­ ях и могут быть заменены шинами.из алюминиевого сплава АД-31. Предел их прочности выше, чем обычных алюминиевых шин в три раза, что значительно расширяет область их применения. Стальные шины могут применяться в распределительных устройствах высоко­ го напряжения небольшой мощности (при малых токах) и в уста­ новках низкого напряжения при токе 200—300 А для монтажа рас­ пределительных щитов. Шины прямоугольного сечения лучше охлаждаются, чем круглые, их используют в установках до 35 кВ. Для снижения поверхностного эффекта и лучшего охлаждения пря­ моугольные шины выполняются небольшой толщины (соотношение сторон 1/5—1/12 для медных и алюминиевых шин), толщина сталь­ ных шин обычно 3— -6 мм.

После окончания монтажа шины для внутренних установок ок­ рашивают в стандартные цвета. В системах трехфазного тока шины фазы А окрашивают в желтый, В — в зеленый и С — в красный цвет. При постоянном токе шины положительного полюса окрашива­ ют в красный цвет, отрицательного — в синий. Одиночные шины окрашивают полностью, а шины в пакетах — только с внешней сто­ роны. Не окрашивают болтовые соединения и места для наложения временного заземления. Окраска шин имеет существенное значение, так как защищает их от коррозии, улучшает теплоотдачу, тем са­ мым позволяя увеличивать допустимый ток нагрузки на 11—15% и помогает персоналу определять фазы установки.

Длительно допускаемая нагрузка на голые (неизолированные) медные, алюминиевые и стальные шины, окрашенные эмалевыми красками, приводится в каталогах и устанавливается исходя из ус­ ловия, что температура шин при нормальной работе и температуре окружающего воздуха 25° С должна составлять 70° С. Обычно ши­ ны и отпайки (ответвления) от них больше всего нагреваются в контактных соединениях. Для контроля нагрева контактных соеди­ нений шин в местах соединений специальным лаком наклеивают термопленки, цвет которых при повышении температуры меняется. Например, при температуре 60—70° С пленка имеет темно-вишне­ вый цвет, а при температуре 100—110° С становится черной. Такие сигнализаторы помогают быстро заметить места перегрева шин.

С увеличением сечения шины металл ее используется все менее полно. Например, для алюминиевой шины сечением 30X4 = 120 мм2 может быть допущена нагрузка 365 А, что дает допустимую плот­

ность тока до 1900/960= 1,98 А/мм2. Следовательно, во втором слу­ чае степень использования металла в 3,04/1,98=1,54 раза меньше.

В установках, рассчитанных на большие токи, однополосной ши­ ны даже максимального стандартного сечения может оказаться не­ достаточно. В этом случае вместо одной такой шины (полосы) на

137

каждом изоляторе фазы в специальных шинодержателях укрепля­ ют несколько полос, собираемых в один пакет. Расстояние между полосами в пакете для лучшего их охлаждения обычно применяется равным толщине одной полосы. С увеличением числа полос нагруз­ ка, допускаемая на пакет, возрастает не пропорционально их числу в нем, а в значительно меньшей степени. Это объясняется ухудшени­ ем охлаждения полос, помещенных в пакет, а при переменном то­ ке— возникновением так называемого эффекта близости. Сущность этого явления состоит в том, что каждая из полос пакета находится

Рис. 90. Различные случаи расположения шин в пакетах:

а, б, в — пакеты шин прямоугольного сечения, г, д — пакеты шин ко­ робчатого сечения

в переменном магнитном поле соседних полос, что вызывает пере­ распределение в них токов; токи при этом вытесняются к внешним поверхностям полос, вследствие чего их активное сопротивление повышается и для сохранения заданной температуры допускаемый ток приходится снижать. В каталогах на шины это учтено, и ток, допустимый на весь пакет, оказывается меньше, чем сумма токов, входящих в него полос при их одиночной прокладке. Учитывая эти обстоятельства, при переменном токе стараются не применять па­ кеты, в которые входит более двух полос.

В установках очень больших переменных токов более целесооб­ разно вместо пакетов с плоскими шинами использовать конструкции из шин коробчатого сечения. Это улучшает охлаждение шин, спо­ собствует уменьшению поверхностного эффекта и в итоге ведет к более полному использованию их металла.

На рис. 90 показаны различные случаи расположения шин пря­ моугольного и коробчатого сечения в пакетах и их крепления на опорных изоляторах при внутренней установке (расстояние а при проектировании шинной конструкции выбирается по каталогу в за­ висимости от Ином установки).

В установках напряжением 35 кВ и более применяются круглые шины, сплошные или полые, для внутренних установок и в виде

138

тросов (голых многожильных проводов), укрепленных на подвесных изоляторах, — для открытой части станций и подстанций.

В установках напряжением 220—750 кВ токи нагрузки сравни­ тельно невелики, но вследствие высокой напряженности электриче­ ского поля вокруг каждого фазного провода, достигающей наи­ большего значения у его поверхности, возможно возникновение так называемого коронирования. Это явление возникает тогда, когда напряженность электрического поля у поверхности провода оказы­

например в проводах воздушных линий, работающих при напряже­ нии ПО—220 кВ,— десятки киловатт на 1 км длины линии. При коронировании вокруг провода образуется фиолетовое свечение, вызванное интенсивной ионизацией окружающего воздуха, что снижает электрическую прочность воздушного промежутка между фазами и повышает возможность перекрытия изоляторов дугой. В этом случае во избежание коронирования шины выполняют в ви­ де полых медных проводов большого диаметра (увеличение диа­ метра провода уменьшает возможность возникновения короны).

При монтаже на опорных изоляторах шины крепят наглухо толь­ ко на одном, обычно среднем (по длине шины) изоляторе фазы, на остальных же изоляторах их укрепляют так, чтобы они при нагре­ вании под влиянием протекающего по ним тока могли, удлиняясь, свободно перемещаться на изоляторах. При протяженных шинных конструкциях с прямолинейными участками длиной более 15 м (для алюминиевых шин) и 20—25 м (для медных шин) устанавливают шинные компенсаторы удлинения (рис. 91).

Ответвления от шин и отдельные их участки могут быть соедине­ ны болтами, опрессовкой или сваркой. Неразъемные еоединения предпочтительно сваривать. Сваркой могут быть соединены медные, алюминиевые и стальные шины различных профилей.

К аппаратам медные и стальные шины присоединяют болтами с набором шайб и контргаек. При креплении алюминиевых шин под гайку помещают две шайбы увеличенного диаметра и пружинную. К разъединителям шины присоединяют с помощью компенсаторов. Круглые шины соединяют концентрическими зажимами, а крепят скобами.

13 9

Шины, особенно сборные, — весьма ответственный элемент в конструкциях распределительных устройств станций и подстанций

иим при эксплуатации должно уделяться большое внимание.

§31. ВЫБОР ШИННОЙ КОНСТРУКЦИИ

Врасчет шинной конструкции входит выбор шин и изоляторов. Сечение шин выбирают: по экономической плотности тока и по на­ греву при протекании максимального длительного рабочего тока. Выбранные в соответствии с этими условиями шины проверяют на термическую и динамическую устойчивость при коротких замыка­

ниях. (Сборные шины станций и подстанций всех напряжений про­ верке по экономической плотности не подлежат и их выбирают только по нагреву.)

В установках напряжением ПО кВ и более выбранный диаметр провода шины проверяют по условию коронирования. Поскольку выпускаемые промышленностью шины по сечению и форме стан­ дартизованы, задача состоит в том, чтобы подобрать стандартные шины, наиболее полно отвечающие конкретным условиям. Эконо­ мически целесообразное сечение (q) определяется из соотношения

где /макс.раб — максимальный длительный рабочий ток шины, опре­ деленный без учета возможных при эксплуатации перегрузок и уве­ личения нагрузок при авариях и ремонтах; /э— нормированное зна­ чение экономической плотности тока для заданных условий работы шины, выбираемое по соответствующей таблице. Значение, получен­ ное в результате расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения, которое также определяется по справочным таблицам. В таблицах для каждого стандартного сечения шины указаны дли­ тельно допускаемые значения нагрузки (токов) при допустимой максимальной температуре нагрева голой шины 70° С и температу­ ре воздуха 25° С.

Согласно второму условию выбора шин должно быть соблюде­ но условие /доп^Аяакс. раб, при этом надо иметь в виду, что при горизональном расположении шин допустимые значения тока, опреде­ ленные по таблице, должны быть уменьшены для полос шириной до 60 мм на 5%, а шириной свыше 60 мм — на 8 .% вследствие худ­ ших условий их охлаждения.

При температуре воздуха ниже или выше 25° С допустимая на­ грузка на шину должна быть пересчитана по формуле

(62)

где #о — действительная температура воздуха, °С; / ДОпа0 — длитель­

но допускаемая нагрузка на шину при /Ь; /доп — длительно до­ пускаемая нагрузка на шину при 70° С, определенная по таблице.

Выбранное сечение шины пр'оверяют на термическую устойчи­ вость при коротком замыкании в соответствии с указаниями о тер­

140

мическом действии токов короткого замыкания на аппаратуру и токоведущие части электроустановок (стр. 80).

§ 32. ПРОВЕРКА ШИН НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

На электродинамическую устойчивость при коротких замыкани­ ях шины проверяют в соответствии с указаниями, приведенными на стр. 80. При наиболее тяжелых электродинамических нагрузках

Рис. 92. Расположение однополосных шин на опорных изо­ ляторах:

работают жесткие шины установок 6 —10 кВ, так как в этих уста­ новках токи короткого замыкания особенно велики, а междуфазные-

расстояния относительно малы.

Рассмотрим механический расчет одной из наиболее распрост­ раненных конструкций жестких однополосных шин, расположенных в одной плоскости и закрепленных на опорных изоляторах, как по­ казано на рис. 92. При таком расположении шин наибольшее эле­ ктродинамическое усилие (в кгс), действующее на шину средней фазы В при трехфазном коротком замыкании, может быть опреде-

1 4 t

шины, определяемый по соответствующим табличным кривым в зависимости от отношения bjh и а—blb + h, где b — ширина шины, h — высота, а выбирается по таблицам в зависимости от номиналь­ ного напряжения установки. (Если а— bjb + h ^ 2 , то Лф=1.)

Будем считать, что шина при действии на нее равномерно рас­ пределенной нагрузки от тока короткого замыкания изгибается в направлении этой нагрузки и работает аналогично многопролетной балке, свободно лежащей на опорах. Как известно, наибольший изгибающий момент, действующий на шину при числе пролетов, равном двум, равен M = Fl/ 8 кг-см, а при числе пролетов более двух — M = Fl/ 10 кг-см, тогда напряжение в материале шины а = =MlW кг/см2, где W — момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы, см3.

При изгибе прямоугольной шины высотой h и толщиной Ь, см, установленной на изоляторе на ребро или плашмя, при расположе­

расчетное напряжение в ее материале будет меньше или равно до­

прочность усложняется, так как каждая полоса изгибается под действием суммы сил: силы взаимодействия между полосами паке­ та и силы взаимодействия между фазами. В этом случае опреде­ ляют усилие и момент между фазами и по моменту сопротивления, который должен быть увеличен пропорционально числу шин (по­ лос) в пакете, определяют напряжение на изгиб Оф. Если полосы в пакете соединены же'стко, то конструкцию уподобляют составной балке, и формула для определения момента сопротивления для наименее выгодного расположения шин будет W= 1,44 b2h, а для наивыгоднейшего расположения 1К=1,44 bh2.

Для определения напряжений от сил взаимодействия между

Максимальный изгибающий момент может быть определен по фор­ муле M\=Fil2 l\ 2 , где I — расстояние между осями прокладок, ко­

= b2 h/6 . Тогда напряжение на изгиб G\=M\IW\. Ш ины будут устой­ чивы, еСЛИ Оф + СП=0расч:==~Одоп-

142