10. Шины распределительных устройств.

Соединение аппаратов электрической установки между собой осуществляется изолированными проводниками-шинами и изолиро­ванными кабелями. Шины получили широкое распространение благо­даря легкому монтажу и эксплуатации, высокой экономичности и надежности. В установках генераторного напряжения применяют­ся жесткие алюминиевые шины. При токе до 2000 А применяются однополюсные шины, при токах 2000-3000 А применяются двухпо­люсные шины, при токах до 4000 А - шины коробчатого сечения. В открытых распределительных устройствах применяются гибкие шины, выполненные из алюминиевых и сталеалюминевых проводов. В установках 330 кВ и выше каждая фаза состоит из двух проводов, что необходимо для устранения электрического разряда вокруг про­вода. Для этих цепей в установках 500 кВ и выше применяются голые провода большого диаметра.

Жесткие шины окрашиваются эмалевыми красками. Фаза А — желтой, фаза В — зеленой, фаза С — красной. Окраска шин улучшает условия эксплуатации и охлаждения. Сечение шин в электроустанов­ках выбирают из условий наименьших ежегодных эксплуа­тационных расходов. Такой выбор производится по экономической плотности: q = I_норм/j_эк, где I_норм - длительно рабочий ток нормаль­ного режима, приравнивается к номинальному току, j_эк - нормиро­ванная экономическая плотность тока, зависит от типа проводника и продолжительности использования на холостой нагрузке.

Выбранные шины проверяются по условию прохождения тока короткого замыкания, на электрическую и термическую стойкость, а так же по условию образования короны.

Общие требования к шинам РУ заключаются в следующем.

1. Их сечения должны соответствовать максимально возможным токам при наиболее неблагоприятных эксплуатационных режимах.

2. Они должны обладать достаточной термической стойкостью в режимах к. з.

3. Они должны выдерживать механические нагрузки, создавае­мые собственной массой и массой связанных с ними проводов и аппа­ратов, а также усилиями, возникающими при к. з. или в результате атмосферных воздействий (ветер, гололед).

4. В условиях нормальной эксплуатации при рабочих напряже­ниях на шинах не должно возникать короны.

4. Количество соединений и изоляторов должно быть минималь­ным.

Выбор гибких шин и 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 (см. рис. 6 27) выполняются пучком проводов, закреплен­ных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка - сталеалюминиевые - 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 для соединения блочных трансформа­торов с ОРУ.

Провода линий электропередач напряжением более 35 кВ, провода длин­ных связей блочных трансформаторов с ОРУ, гибкие токопроводы гене­раторного напряжения проверяются по экономической плот н ости тока

где I_норм - ток нормального режима (без перегрузок); J_э - нормированная плотность тока. А/мм² (табл. 9.1).

Сечение округляется до ближайшего стандартного. Проверке по экономической плотности тока не под­лежат:

сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при Т_mах до 5000 ч;

ответвления к отдельным электроприемникам U < 1 кВ, а также осве­тительные сети;

сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений;

сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3—5 лет.

Таблица 9.1

Экономическая плотность тока

Проводник	При Тmax, ч
	1000-3000	3000-5000	более 5000
Неизолированные провода и шины:
Медные	2,5	2,1	1,8
Алюминиевые	1,3	1.1	1
Кабели с бумажной и провода с рези­новой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:
Медными	3	2,5	2
Алюминиевыми	1,6	1,4	1,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изо­ляцией с жилами:
Медными	3,5	3,1	2,7
Алюминиевыми	1.9	1,7	1,6

Проверка сечения на нагрев (по допустимому току) производится по:

Выбранное сечение проверяется на термическое дей­ствие тока КЗ по:

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 I⁽³⁾_к  20 кА и провода ВЛ при i_y  50 кА.

При больших токах КЗ провода в фазах в результате динамического взаимодействия могут настолько сблизиться, что произойдет схлестывание или пробой между фазами.

Наибольшее сближение фаз наблюдается при двухфазном КЗ между соседними фазами, когда 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.

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

где а - расстояние между фазами, м (для ОРУ расстояние между фазами принято обозначать буквой D); I⁽²⁾ - среднеквадратичное значение (за время прохождения) тока двухфазного КЗ. С достаточной точностью для расчетов можно принять:

Подставляя эти величины, получаем усилие, Н/м,

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

где т — масса 1 м токопровода, кг.

Определяют отношение , где h - максимальная расчетная стрела провеса провода в каждом пролете при максимальной расчетной темпера­туре, м; t_эк — эквивалентное по импульсу время действия быстродействующей защиты, с. Для цепей генераторов и трансформаторов в среднем

где t_з - действительная выдержка времени защиты от токов КЗ; 0,05 — учитывает влияние апериодической составляющей.

По диаграмме (рис. 9.1) в зависимости от f/g и определяют отклоне­ние провода h, м, и угол .

Найденное значение b сравнивают с максимально допустимым:

где d, — диаметр токопровода; a_доп — наименьшее допустимое расстояние в свету между соседними фазами в момент их наибольшего сближения. Для токопроводов генераторного напряжения а_доп = 0,2 м, для ОРУ согласно ПУЭ при 110 кВ - 0,45 м; 150 кВ - 0,6 м; 220 кВ - 0,95 м; 330 кВ - 1,4 м; 500 кВ - 2 м.

9.1

Если окажется, что b > b_доп, 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, т. е. фактически умень­шают пролет, чтобы сохранить механическое напряжение в проводах в допу­стимых пределах (механический расчет проводов рассматривается в курсе «Электрические сети»).

Гибкие 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 п — 1 проводами составляет, Н/м,

где п - число проводов в фазе; d, - диаметр фазы, м; I⁽³⁾_{n, 0} - действующее зна­чение тока трехфазного КЗ, А.

Под действием импульсных усилий f_п 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,

где k = 1,8 — коэффициент допустимого увеличения механического напря­жения в проводе при КЗ; _мах — максимальное напряжение в проводе при нормальном режиме, МПа (при температуре 40 °С или при гололеде и тем­пературе —5°С);  — коэффициент упругого удлинения материала про­вода (для алюминия Р= 15910^-13 м²/Н); ₁ - удельная нагрузка от собственной массы провода, МПа/м; _к - удельная нагрузка от сил взаимо­действия при КЗ, МПа/м:

(q — сечение провода, мм²);

(Т_ф,mах - 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 возрастает. Если по условию электродинамической стойкости дистанционных распорок не требуется, их устанавливают через 15 м для фиксации проводов расщеплен­ной фазы.

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. Процессы ионизации воздуха вокруг провода приводят к дополнительным потерям энергии, к возникновению электромагнитных колебаний, создающих радиопомехи, и к образованию озона, вредно влияющего на поверхности контактных соединений. Правильный выбор проводников должен обеспечить уменьшение действия короны до допустимых значений. Подробно явления коронного разряда изучаются в курсе «Техника высоких напряжений». Рассмотрим порядок расчета для выбора сечения проводов по условиям короны.

Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см,

где т — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов т = 0,82); r₀ — радиус провода, см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщеплен­ного провода определяется по выражению

где U - линейное напряжение, кВ; D_ср — среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.