Механический расчет двухполосных шин.

Если каждая фаза выполняется из двух полос, то возникают усилия между полосами и между фазами. Усилие между полосами не должно приводить к их соприкосновению. Для того, чтобы уменьшить это усилие, в пролете между полосами устанавливают прокладки.

Пролет между прокладками _n выбирается таким образом, чтобы электродинамические силы, возникающие при КЗ, не вызывали соприкосновения полос:

(9.4)

 

b

аф

аф

h

an

n

2b

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 b/h

Кф   0,6   0,4   0,2

Механическая система две полосы – изоляторы должны иметь частоту собственных колебаний больше 200 Гц, чтобы не произошло резкого увеличения усилия в результате механического резонанса.

 

 

Рисунок 9.3. Рисунок 9.4

Схема крепления двухполосных шин График изменения коэффициента формы

Исходя из этого, величина _nвыбирается еще по одному условию:

(9.5)

В последних двух формулах:

· a_n – расстояние между осями полос, см;

· – момент инерции полосы, см⁴;

· K_ф – коэффициент формы;

· m_n – масса полосы на единицу длины, кг/м;

· E – модуль упругости материала (таблица 9.1).

 

В расчет принимается меньшая из двух l_n величин, определенных по этим формулам.

В расчет принимается

Таблица 9.1

 

Материал	Марка	Разрушающее напряжение σразр МПа	Допустимое напряжение Σдоп МПа	Модуль упругости Е Па
Алюминий Алюминиевые сплавы Медь Сталь	АДО АД31Т АД31Т1 МГТ Ст3	60…70 250…300 370…500		1∙10^10 - - 10∙10^10 20∙10^10

 

Силу взаимодействия между полосами в пакете из двух полос можно найти по формуле:

, i₁ = i₂ = i_y / 2; а_п = 2b,

где:

· b – толщина полос.

Тогда (9.6)

 

Напряжение в материале шин от взаимодействия полос, МПа:

(9.7)

где:

· W_n – момент сопротивления одной полосы, см³;

· – расстояние между прокладками, м.

 

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз определяется по формуле:

(9.8)

где:

· – длина пролета между изоляторами, м;

· W_ф – момент сопротивления пакета шин, см³;

· а_ф – расстояние между осями фаз.

 

Шины механически прочны, если:

 

Выбор гибких токопроводов

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов с РУ 6-10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка – сталеалюминевые – несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода – алюминиевые – являются только токоведущими. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм²), так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.

Гибкие провода применяются также для соединения блочных трансформаторов с ОРУ.

Провода линий электропередач напряжением >35 кВ, провода длинных связей блочных трансформаторов с ОРУ, гибкие токопроводы генераторного напряжения проверяются по экономической плотности тока.

(10.1)

где:

· - ток нормального режима (без перегрузок);

· - нормированная плотность тока, А/мм².

Сечение, найденное по последней формуле округляется до ближайшего стандартного.

Сечение, найденное по последней формуле округляется до ближайшего стандартного.

 

Выбираем 3 алюминиевых провода марки А 400:

-номинальное сечение 400 мм²;

-диаметр провода 25.6 мм;

-продолжительный ток 815 А.

 

Проверка сечения на нагрев (по допустимому току) проводится по условию:

< 2445А

 

Выбранное сечение проверяется на термическое действие тока КЗ по условию:

(10.2)

При проверке на термическую стойкость проводников линий, оборудованных устройствами быстродействующего АПВ, должно учитываться повышение нагрева из-за увеличения продолжительности прохождения тока КЗ. Расщепленные провода ВЛ при проверке на нагрев в условиях КЗ рассматриваются как один провод суммарного сечения.

На электродинамическое действие тока КЗ проверяются гибкие шины РУ при и провода ВЛ при . При больших токах КЗ провода в фазах в результате динамического взаимодействия могут настолько сблизится, что произойдет схлестывание или пробой между фазами.

Наибольшее сближение фаз наблюдается при двухфазном КЗ между соседними фазами, иногда провода сначала отбрасываются в противоположные стороны, а затем после отключения тока КЗ движутся навстречу друг другу. Их сближение будет тем больше, чем меньше расстояние между фазами, чем больше стрела провеса и чем больше длительность протекания и значение тока КЗ. Сближение гибких токопроводов при протекании токов КЗ может быть определено следующим методом.

 

 

1. Определяется усилие от длительного протекания тока двухфазного КЗ, Н/м

, (10.3)

где:

· а_ф – расстояние между фазами м (для ОРУ расстояние между фазами обозначает – Д);

· - среднеквадратичное значение (за время прохождения) тока двухфазного КЗ.

 

С достаточной точностью для расчетов можно принять

. (10.4)

Подставляя эти величины, получаем усилие, Н/м

. (10.5)

Определяют силу тяжести 1метра токопровода с учетом внутрифазных распорок, Н/м

,

где: m – масса 1 м токопровода, кг.

3. Определяют отношение ,

где:

· h – максимальная расчетная стрела провеса провода в каждом пролете при максимальной расчетной температуре, м;

· - эквивалентное по импульсу время действия быстродействующей защиты, с.

Для цепей генераторов и трансформаторов в среднем

,

где:

· - действительная выдержка времени защиты от токов КЗ;

· - учитывает влияние апериодической составляющей.

По диаграмме (рисунок 31.1) в зависимости от и определяют отклонение провода «в», м и угол .

Найденное значение «в» сравнивают с максимально допустимым:

, (10.6)

где:

· d – диаметр токопровода;

· - наименьшее допустимое расстояние в свете между соседними фазами в момент их наибольшего сближения.

q

0,9     0,8     0,7     0,6     0,5   0,4     0,3     0,2   0,1

0,5

1,0

1,5

f/q

в/h

α

h

f

в

Для токопроводов генераторного напряжения =0,2 м; для ОРУ согласно ПУЭ:

110 кВ – 0,45 м;

150 кВ – 0,6 м;

220 кВ – 0,95 м;

330 кВ – 1,4 м;

500 кВ – 2 м.

 

 

Рисунок 10. 1. Диаграмма зависимости отклонения провода и угла от усилий при длительном протекании тока КЗ.

 

 

Если окажется, что , то необходимо уменьшить стрелу провеса или увеличить расстояние между фазами. В гибких подвесных токопроводах уменьшение стрелы провеса может привести к значительному увеличению механических напряжений в проводе, а увеличение расстояния между фазами ведет к увеличению размеров ОРУ. Поэтому в некоторых случаях устанавливают поперечные распорки, присоединяемые к фазам через изоляторы, что позволяет не увеличивать расстояние между фазами и не уменьшать стрелу провеса.

Когда все же необходимо уменьшение стрелы провеса, устанавливают дополнительные опоры, то есть фактически уменьшают пролет, чтобы сохранить механическое напряжение в проводах в допустимых пределах (механический расчет проводов рассматривается в курсе «Электрические сети»).

Токопроводы с расщепленными фазами проверяются также по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. Расчет производится в следующем порядке.

Усилие на каждый провод от взаимодействия со всеми остальными n-1 проводами составляет, Н/м

, (10.7)

где:

· n – число проводов в фазе;

· d – диаметр фазы;

· - действующее значение тока 3-х фазного КЗ, А.

Под действием импульсных усилий проводники фазы стремятся приблизиться к центру. Для фиксации проводов и уменьшения импульсных усилий в них устанавливают внутрифазовые (дистанционные) распорки.

 

Расстояние между распорками должно быть, м

, (10.8)

где:

· k = 1,8 – коэффициент допустимого увеличения механического напряжения в проводе при КЗ

· - максимальное напряжение в проводе при нормальном режиме, МПа (при температуре или при гололеде и температуре );

· - коэффициент упругого удлинения материала провода (для алюминия );

· - удельная нагрузка от собственной массы провода МПа/м;

· - удельная нагрузка от сил взаимодействия при КЗ, МПа/м:

, (10.9)

где:

· q – сечение провода, мм²,

 

, (10.10)

где:

· - максимальное тяжение на фазу в нормальном режиме, Н.

Максимальное тяжение на фазу определяется при механическом расчете проводов гибкой связи одновременно с определением максимальной стрелы провеса.

На участках токопровода вблизи источников питания расстояние между дистанционными распорками может составлять всего 3-5 м, а на удаленных пролетах по мере уменьшения токов КЗ это расстояние возрастет.

Проверка по условиям короны необходима для гибких проводников при напряжении 35 кВ и выше. Разряд в виде короны возникает около провода при высоких напряженностях электрического поля и сопровождается потрескиванием и свечением. Вокруг провода происходят процессы ионизации воздуха с образованием озона, вредно влияющего на поверхности контактных соединений. Кроме того, электрические разряды приводят к дополнительным потерям энергии, к возникновению электромагнитных колебаний, создающих радиопомехи.

Правильный выбор проводников должен обеспечить уменьшение напряженности электрического поля до допустимых значений, при которых коронирование практически отсутствует. Проверка по условиям короны гибких проводников может быть произведена в следующем порядке.

 

Определяется максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см [6]:

(10.11)

где:

· m = 0,82 – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода;

· - радиус провода, см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:

(10.12)

где:

· U – линейное напряжение, кВ;

· Д_ср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

 

При горизонтальном расположении фаз Д_ср = 1,26 Д, где Д - расстояние между соседними фазами, см, которое в упрощенных расчетах можно принять в зависимости от напряжения линий электропередачи:

6-10 кВ – 1м, 35 кВ – 3 м, 110кВ – 4 м, 220 кВ – 7 м, 330 кВ – 9 м,

500 кВ – 12 м, 750 кВ – 15 м.

 

В распределительных устройствах 330 кВ и выше каждая фаза для уменьшения коронирования выполняется двумя, тремя или четырьмя проводами, то есть применяются расщепленные провода (рисунок 10.1). В отдельных случаях расщепленные провода применяются также на линиях 220 кВ.

а

а

Д

Д

 

Рисунок 10.1. Схема расположения проводов с расщепленными фазами

 

Напряженность электрического поля (максимальное значение) вокруг расщепленных проводов, кВ/см,

, (10.13)

где:

· k – коэффициент, учитывающий число проводов «n» в фазе;

· - эквивалентный радиус расщепленных проводов.

Расстояние между проводами в расщепленной фазе «а» принимается в установках 220 кВ 20-30 см, в установках 330-750 кВ – 40 см.

 

Таблица 10.1. Расчетные формулы для определения k и

Данные	Число проводов в фазе
Коэффициент, k
Эквивалентный радиус, , см

 

При горизонтальном расположении проводов напряженность на среднем проводе примерно на 7% больше величин, определенных по формулам (10.11) и (10.12).

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9 Е_о.

Таким образом, условие отсутствия короны можно записать в виде:

(10.6)

Условие соблюдается, так как

Условие проверки на корону выполняется, следовательно, выбираем токопровод марки А400 мм².