2.6 Расчетные условия и выбор токоведущих частей электрических соединений подстанции

Гибкие токопроводы применяются для соединения электрических аппаратов в РУ. В РУ 35кВ и выше она выполняется неизолированными проводами марки АС. Для соединения генератора и трансформатора с РУ 6-10кВ гибкий токопровод выполняется пучком проводов. Два провода из пучка сталеалюминевые, они несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода алюминиевые и являются только токоведущими, их сечение рекомендуется выбирать большими, так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.

Расчет гибкого токопровода заключается в определении числа и сечения проводников.

Выбор гибкого токопровода на напряжение 35кВ.

Выбираем сечение по экономической плотности тока:

(30)

Где: экономическая плотность тока [5], в зависимости от характеристики и часов использования максимума нагрузки, принимаем равным 1 А/мм2.

Сечение должно быть не менее чем:

Принимаем по [1] сталеалюминевый провод АС-120/19 с радиусом 0,76 см, I_доп = 390 А;

Проверяем по допустимому току:

Iдоп  I утяж

Проверяем на термическую устойчивость:

(31)

Где: C – коэффициент выделения тепла, соответствующий разности тепла после и до короткого замыкания, принимается по [1] в зависимости от материала проводника и конструкции, принимаем равным 91.

По формуле (31) определяем минимальное сечение:

Провод термически устойчив:

120 мм² > 91 мм²

Принимаем к установке гибкий токопровод АС- 120.

Проверяем провода на коронирование:

(32)

Где: напряженность электрического поля у проводника;

максимальное значение начальной критической напряженности.

(33)

Где: U – линейное напряжение, кВ;

радиус провода, см;

– среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

	(34)
		(35)

Где: D – расстояние между соседними должно быть не менее 100cм, т.к U = 35 кВ.

(36)

Где: m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для однопроволочных проводов m=1).

По формуле (34) находим радиус провода:

По формуле (35) находим среднее геометрическое расстояние между проводами фаз:

По формуле (33) находим напряженность электрического поля у проводника:

По формуле (36) находим максимальное значение начальной критической напряженности:

Проверяем провода на коронирование:

1,07*26,11 < 0,9*41,3

27,9 < 37,17

Таким образом, провод АС-120 по условия короны проходит.

Выбор гибкого токопровода для напряжения 6 кВ.

По формуле (30) рассчитываем сечение токопровода. j = 1А/мм², т.к. T_max > 6600ч:

Принимаем два сталеалюминевых провода АС 350/39 с I_доп = 710 А и диаметром 24 мм².

Проверяем провода на термическую устойчивость:

По формуле (31) определяем минимальное сечение:

Провод термически устойчив:

Проверяем гибкий токопровод по допустимому рабочему току.

1347 < 710*2

1347 А < 1420 А

Выбор жестких сборных шин на напряжение 6кВ.

Принимаем по [1] жесткую однополосную алюминиевую шину для комплектного РУ, принимаем марку шины АД31Т с допустимым механическим напряжением G_доп = 90 Мпа.

Сечение шины принимаем в соответствии с условием (35):

1347 А < 1480 А

Принимаем сечение шины 80×10 и I_доп =1480А. Проверяем её по термической стойкости:

800 мм² > 14,94 мм²

Шина термически устойчива.

Проверяем шину на динамическую устойчиваость. Для этого определяем наибольшее удельное усилие при трехфазном К.З. по формуле:

(37)

Где: коэффициент формы шин, принимается в зависимости от соотношения размеров шины, К_ф = 1;

расстояние между шинами, а = 200 мм = 0,2 м, [1].

Момент сопротивления при расположении шины плашмя, м³:

(38)

Где: ширина шины, м;

высота шины, м.

Момент инерции поперечного сечения шины, см⁴:

(39)

Изгибающий момент определяется по формуле:

(40)

Где: L – принятая к расчету длина пролета, определяемая по формуле:

(41)

Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента:

(42)

Шины механически прочны, если:

Выбранная шина удовлетворяет всем условиям.

Выбор изоляторов.

В РУ шины устанавливаются на опорных, проходных и подвесных изоляторах. Жесткие шины устанавливаются на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

1. по номинальному напряжению:

2. по допустимой нагрузке:

Где: F_расч – сила действующая на изолятор, Н;

F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, Н.

(43)

Где: F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, кг*с;

Сила, действующая на изолятор, определяется по формуле:

(44)

Где: К_n – поправочный коэффициент на высоту шины, если шина расположена плашмя, К_n = 1.

Выбираем по [6] опорный изолятор ИОР-6-3,75. Данные сводим в таблицу№16.

Таблица №16. Номинальные данные изолятора.

Тип изолятора	Uн, кВ	Fизг, кН	Высота, мм	Масса, кг
ИОР-6-3,75	6	3,75	100	1,1

Определяем допустимую нагрузку на головку изолятора по формуле (43):

Находим силу, действующую на изолятор по формуле (44):

243,3 Н < 2250 Н

Изолятор удовлетворяет условиям, поэтому принимает к установке опорный изолятор ИОР-6-3,75.

Проходной изолятор выбирается по тем же условиям что и опорный, а также по максимальному рабочему току:

Сила, действующая на изолятор, определяется по формуле:

(45)

Выбираем по [6] проходной изолятор ИПУ-10/1600-12,5. Данные сводим в таблицу № 17.

Таблица № 17 Номинальные данные изолятора.

Тип изолятора	Uн, кВ	Pизг, кН
ИПУ-10/1600- УХЛ2	10	12,5

Находим силу, действующую на изолятор по формуле (45):

Определяем допустимую нагрузку на головку изолятора:

Сводим в таблицу №18 расчетные и номинальные данные изолятора.

Таблица №18. Данные проходного изолятора.

Расчётные данные	Uуст, кВ 6	Fрасч, Н 121,6	Iутяж, А 1347
Каталожные данные	Uн, кВ 10	Fдоп, Н 12500	Iн, А 1600

Изолятор удовлетворяет условиям, поэтому принимает к установке проходной изолятор ИПУ-10/1600-12,5.

Выбор кабелей.

Кабели выбирают по:

1. По напряжению установки:

2. По конструкции:

3. По экономической плотности тока F_эк:

Где: J_эк = 1,6 А\мм² [1 ].

4. По допустимому току:

I_утяж ≤ I_доп

Где: I_доп – длительно допустимый ток, А, с учетом поправки на число рядом проложенных в земле кабелей К₁ (принимается равным 1) и на температуру окружающей среды К₂ (принимается равным 1), с учетом коэффициента перегрузки в послеаварийном режиме К_ав (принимается равным 1,23).

(46)

5. По термической стойкости:

F_min  F_cт

Производим выбор кабеля:

Выбираем для всех отходящих линий кабель с алюминиевыми жилами с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Проверяем по напряжению:

10 кВ > 6 кВ

Производим расчет сечения кабеля по формуле (30):

Выбираем по [6] кабель трёхжильный алюминиевый с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение U = 10кВ, сечением F = 120 мм², I_{доп.ном} = 271 А для прокладки в земле типа АПвП.

Проверяем по допустимому току (46):

По формуле (31) определяем минимальное сечение:

По термической стойкости:

20,9 мм² < 120 мм²

Выбранный кабель удовлетворяет всем условиям.