Проверка соединительных шин на электродинамическую стойкость

(механический расчет шинной конструкции)

Критерием механической прочности шин является напряжение в материале, которое не должно превышать допускаемого значения. Условие механической прочности шины:

Допускаемое напряжение для алюминия задаются в табл. 1.16 [3].

Механический расчет шин в закрытых РУ обычно проводят в предположении, что шины жесткие, т.е. без учета колебаний шин. Порядок расчета следующий:

а) простой шинной конструкции.

1. Определяется сила , действующая на среднюю фазу шинной конструкции при трехфазном КЗ

, (3.9)

где - расстояние между соседними изоляторами одной фазы, м (рис.3.3); - расстояние между соседними фазами, м.

2. Определяется расчетная сила, действующая на головку изолятора

, (3.10)

где - высота от основания изолятора до центра тяжести поперечного сечения шины; - высота изолятора (рис.3.1)

h

b

F расч

H

H из

Рис.3.1

х

у

Допускаемая нагрузка на головку изолятора

, (3.11)

где - минимальная разрушающая нагрузка изолятора на изгиб ([3], таблица 5.7). Правильность выбора изолятора определяется выполнением условия .

3. Рассчитывается момент сопротивления поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению силы

, (3.12)

x

Fп,

Fф, расч

x

y

y

bв

b

b

Рис.3.2

или при горизонтальном расположении шин на изоляторе (плашмя), где и - размеры поперечного сечения шины, см.

4. Определяется расчетное напряжение

. (3.13)

 

 

5. Проверяется выполнение условия: , где - допустимое напряжение в материале шинной конструкции ([3], таблица 1.16)

б) составной шинной конструкии.

В составной шинной конструк-ции (рис.3.2) при КЗ возникают электродинамические силы двух типов: усилие от

взаимо-действия токов различных фаз и усилие от взаимо-действия токов в полосах пакета .

Расчетное напряжение в материале шин

, (3.14)

где - напряжение в материале, обусловленное электродинамическими силами между фазами ; - напряжение в материале, обусловленное электродинамическими силами между полосами .

 

Рис.3.3. Размещение прокладок на двухполосном пакете

lп

lп

l

 

 

Составляющая определяется так же, как для однопо-лосных шин. При этом момент сопротивления относительно оси принимается суммарным для пакета 2 , где - момент сопротивления поперечного сечения одной полосы .

Для определения составляющей напряжения рассчитывают усилие от взаимодействия токов в полосах пакета , полагая, что ток в полосе составляет половину тока фазы

~

С

IпГ

IпС

Г-1

~

Г-2

~

K

Рис.3.4

,

где - коэффициент формы, определяемый по [2], рисунок 6.5; - расстояние между дистанционными прокладками пакета, м; - размер поперечного сечения полосы, м.

Определяется момент сопротивления относительно оси :

. (3.16)

Напряжение в материале шин, обусловленное электродинамическими силами между полосами пакета

. (3.17)

Проверяется выполнение условия:

. (3.18)

 

Рис 3.5

h

b

F расч

H

H из

х

у

h

b

х

у

F расч

3.5. Примеры решения задач.

Для схемы, показанной на рисунке 3.4, проверить, удовлетворяют ли условию механической прочности шины в цепи генератора Г-1. Шины выполнены из алюминиевой полосы сечением (120×10)мм². Фазы расположены в вертикальной плоскости, шины закреплены на изоляторах на ребро. Расстояние между фазами 60 см, пролет между опорными изоляторами 150 см. Начальный периодический ток трехфазного КЗ в точке К составляет: от системы 25кА, от каждого генератора по 12кА. Постоянную времени затухания апериодического тока принять: для системы 0,05с, для генераторов 0,15с.

Определить напряжение в материале шины, если она будет закреплена на изоляторах плашмя.

Решение.

Расчетная точка КЗ расположена на выводах генератора Г-1, расчетная схема типа "Система - Генератор" (С-Г).

Для определения расчетной силы, действующей на шину, рассчитывается по выражению

где ударные коэффициенты для ветвей системы и генератора соответственно равны:

;

Расчетная сила, действующая на шину средней фазы при трехфазном КЗ на длине пролета, равна:

Изгибающий момент

.

Момент сопротивления шины при положении на ребро

.

Напряжение в материале шины

т.е. шина электродинамически устойчива, т.к. [табл. 1.16 [3]]

Если расположить шины на изоляторах плашмя, то

,

, т.е. значительно больше и шина неустойчива. Следовательно, положение плашмя при указанном расположении фаз недопустимо.

 

3.6 Задачи для самостоятельного решения.

Задача 1.

Рис.3.6

 

 

Произвести механический расчет шинной конструкции в цепи генератора, параметры которой заданы на рис.3.6 При расчете принять i _уд шинах: от системы 45 кА, от одного генератора 60 кА.

 

Задача 2.

Рис.3.7

Произвести механический расчет шинной конструкции, приведенной на рис.3.7. Шинная конструкция служит для присоединения генератора к сборным шинам i _уд на шинах генераторного напряжения от системы равен 45 кА, от одного генератора 40 кА.

 

Тема 4. Ограничение токов короткого замыкания на подстанциях.

На подстанциях токи короткого замыкания (КЗ) ограничивают, прежде всего, раздельной работой трансформаторов и применением трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения (при ). Однако этих мероприятий часто бывает недостаточно для обеспечения термической стойкости кабелей питающей и распределительной сетей (рис. 4.1).

Для выяснения вопроса о необходимости дальнейшего ограничения тока КЗ следует рассчитать ток КЗ на шинах низшего напряжения подстанции (точка К1). Анализ уровней этих токов позволяет сделать вывод о необходимости применения реакторов. Если ток КЗ на шинах низшего напряжения подстанции больше тока термической стойкости кабеля минимального сечения из выбранных ранее, то требуется установка реактора.

6-10 кВ

кб1

t р.з I

К1

Шины НН п/ст

кб2

t р.з II

К2

Шины РП

QB 1

QB 2

Q 1

Q 2

Рис. 4.1. Кабельные линии питающей и распределительной сети

Далее следует рассчитать ток КЗ на шинах РП (точка К2), питающегося по кабелям с наименьшим сопротивлением (наибольшим сечением), и сравнить его с током термической стойкости заданного кабеля .

Если > , то установка токоограничивающего реактора необходима.

На подстанции реакторы могут быть установлены в цепи низшего напряжения трансформатора, если рабочий ток утяжеленного режима в этой цепи не превосходит номинальный ток серийно выпускаемых реакторов. В противном случае реко-мендуется устанавливать реакторы в цепях кабельных линий, отходящих от шин 6-10 кВ подстанции.

Предпочтение отдается сдвоенным реакторам, так как, во-первых, они позволяют объединить большее число линий под один реактор и тем самым снижают капиталовложения в РУ, а, во-вторых, они, работая в режиме сквозного токораспределения, имеют меньшие потери напряжения при равном с простыми реакторами токоограничении. Рекомендуется, чтобы число линий, присоединенных к ветви сдвоенного реактора, не превышало двух-трех.