Выбор и проверка шинного моста

Шинный мост - это соединение трансформатора с распределительным устройством низкого напряжения (РУ НН). В качестве шинного моста могут использоваться как гибкие, так и жесткие шины, а также комплектные токопроводы. Технические данные их приведены в /10, 11/. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполюсные шины, при больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения. Кроме того, коробчатые шины имеют меньший вес при одних и тех же значениях допустимого тока. Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации шины окрашиваются: при переменном токе: фаза А - в желтый, фаза В - в зеленый и фаза С - в красный цвет; при постоянном токе положительная шина окрашивается в красный, отрицательная - в синий цвет.

Шинный мост выбирается по экономической плотности тока (выражение 5.1) и проверяется по длительно допустимому току (выражение 5.4).

Рабочий ток шинного моста на стороне низкого напряжения подстанции можно рассчитать двумя способами:

1) используя мощность подстанции с учетом КУ ():

 

(6.1)

 

2) по номинальной мощности трансформатора:

 

(6.2)

 

Для трансформаторов с расщепленными обмотками:

 

(6.3)

 

или

 

(6.4)

 

В случае аварийного режима (при отключении одного из трансформаторов) ток будет определяться:

 

(6.5)

 

или

 

(6.6)

 

Для трансформаторов с расщепленными обмотками:

 

(6.7)

 

или

 

(6.8)

 

Выбранные шины проверяются на электродинамическое действие тока короткого замыкания: гибкие шины - на схлестывание при не менее 20 кА и i_yд не менее 50 кА (подробнее см. /11/), жесткие шины - на изгиб.

При механическом расчете однополюсных шин наибольшая сила (F), Н, действующая на шину средней фазы (при расположении шин в одной плоскости), определяется при трехфазном коротком замыкании по формуле:

 

(6.9)

 

где i_уд - ударный ток при трехфазном коротком замыкании, A;

l - длина пролета между опорными изоляторами шинной конструкции, м; (рекомендуется l = 1-1.5 м);

а - расстояние между фазами, м; (рекомендуется а = 0,6-0,8 м);

Сила F создает изгибающий момент (М), Н·м, при расчете которого шина рассматривается как многопролетная балка, свободно лежащая на опорах,

 

(6.10)

 

Напряжение в материале шин , МПа, возникающее при воздействии изгибающего момента:

 

(6.11)

 

где W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию силы, см³, (таблица 6.6). Шины механически прочны, если выдерживается условие:

 

(6.12)

 

где - допустимое механическое напряжение в материале шины, МПа (таблица 6.7).

 

(6.13)

 

где - предел прочности на разрыв материала шин, МПа.

Таблица 6.6 - Моменты сопротивления шин

Расположение шин	Момент сопротивления

 

Подробнее см. /11/.

При невыполнении условия 6.12 необходимо либо уменьшить ток короткого замыкания, либо изменить взаимное расположение шин (расстояние между фазами, а, или длину пролета между изоляторами, l). Если и в этом случае условие 6.12 не выполняется, следует увеличить сечение шин (ваять пакет шин из двух полос или использовать коробчатые шины). Расчет многополосных и коробчатых шин приведен в /11/.

 

Таблица 6.7 - Механические характеристики материала шин

Материал	Марка	Разрушающее напряжение , МПа	Допустимое напряжение , МПа
Алюминий	АДО	60-70
Алюминиевые сплавы	АД31Т
АД31Т1
Медь	МГТ	250-300
Сталь	Ст 3	370-500

Проверка шин на термическую стойкость при коротком замыкании производится по условию:

 

(6.14)

 

или

 

(6.15)

 

где - температура шин при нагреве током короткого замыкания;

- допустимая температура нагрева шин при коротком замыкании /10, 11/, ( - 200 °С для алюминиевых шин);

- минимальное сечение шины по термической стоимости;

- выбранное сечение шин.

определяется по кривой /9, 11, 12/, в зависимости от величины А_к

 

(6.16)

 

где А_к – квадратичная плотность тока, А²·с/мм⁴, характеризует тепловое состояние проводника к концу короткого замыкания;

А_н - то же к моменту начала короткого замыкания;

B_к - тепловой импульс (определяется по таблице 4.4).

определяется по указанной выше кривой в зависимости от температуры выбранной шины в предшествующем режиме работы:

 

(6.17)

 

где - температура окружающей среды;

- длительно допустимая температура проводника ( = 70 °С для алюминиевых шин);

- номинальная температура окружающей среды, (согласно /5/ = 25 °С для воздуха, 15 °С для земли и воды;

- максимальный ток нагрузки;

- длительно допустимый ток проводника;

Сначала по кривым для определения температуры нагрева токоведущих частей при коротком замыкании определяют А_н по найденной температуре предшествующего режима (выражение 6.17), затем определяют величину А_к по выражению (6.16), а по величине А_к находят температуру нагрева проводника током короткого замыкания по той же кривой. Если условие 6.14 не выполняется, то целесообразно в целях ускорения расчетов определять минимальное сечение шины, отвечающее требованию ее термической стойкости при коротком замыкании, согласно выражению:

 

(6.18)

 

Значения А_кдоп и А_н следует определять по кривым рисунка 3.45 /11/ для соответствующих температур ( и ).

При приближенных расчетах минимальное сечение шин, отвечающее требованиям термической стойкости при коротком замыкании, можно определить по формуле:

 

(6.19)

 

где B_k - тепловой импульс из таблицы 4.4;

C - постоянная (для алюминиевых шин С = 91, для медных шин С = 167), ;

По F_min определяют ближайшее большее стандартное сечение шины по справочникам.