3.1.2. Жёсткие шины, кэт. Конструкции и выбор

Электрические машины и аппараты соединяют между собой при помощи шин  неизолированных проводников (из алюминия, меди или реже стали), укрепленных на изоляторах, или при помощи кабелей  изолированных проводников (из алюминия или меди). Неизолированные проводники обладают большей нагрузочной способностью, проще в монтаже и эксплуатации, надежнее и экономичнее, поэтому их широко применяют в РУ всех напряжений в качестве сборных шин, служащих для приема и распределения электроэнергии, соединения аппаратов и присоединения генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов и др.

В установках генераторного напряжения применяют жесткие алюминиевые шины прямоугольного сечения при токах до 4000 А (рис. 3.4, ав) или при больших токах фасонного сечения: коробчатого (рис. 3.4, г) и трубчатого.

Рис. 3.4.. Конструкция жестких шин.

а  однополосные; б  двухполосные; в  трёхполосные; г  коробчатые; д  комплектный экранированный токопровод; 1  экран; 2  токоведущая шина; 3  изолятор

Для соединения мощных генераторов с повышающими трансформаторами на блочных станциях широко применяют пофазно экранированные токопроводы, каждая фаза которых состоит из трубчатой шины, прикрепленной изоляторами к алюминиевому экрану-кожуху (рис.3. 4, д). Эти токопроводы изготовляют на заводах и комплектно поставляют на место установки, что сокращает время монтажа и удешевляет конструкцию. Выпускают так же комплектно и трехфазные токопроводы генераторного напряжения для линий собственных нужд тепловых электростанций.

В установках 35 кВ и выше при выполнении шинных конструкций учитывают возможность появления короны  интенсивной ионизации воздуха вокруг провода, сопровождающейся образованием озона и окислов азота, разрушающих металлы и изоляцию. Корона приводит к большой потере активной мощности. Для снижения напряженности электрического поля и предотвращения появления короны шины выполняют круглой, трубчатой формы или проводник каждой фазы выполняют из нескольких параллельных проводников, сечения которых располагают по окружности.

Жесткие шины окрашивают эмалевыми красками: желтой фазу А; зеленой фазу В; красной фазу С. Окраска не только помогает распознать фазу установки, но усиливает теплоотдачу и увеличивает нагрузочную способность шин. Гибкие шины (провода) не окрашивают, а на фазных проводах, например, подвешивают кружки, окрашенные в соответствующие цвета.

Как сказано выше, в закрытых РУ 6—10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. 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 условияохлаждения. Например, при токе 2650 А необходимы алюминиевые шины трехполосные размером 60 х 10 мм или коробчатые 2 х 695 мм с допустимым током 2670 А.В первом случае общее сечение шин составляет 1800 мм², во втором 1390 мм² . Как видно, допустимая плотность тока в коробчатых шинах значительно больше (1,92 вместо 1,47 А / мм²).

Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) 6—10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Шинодержатели, с помощью которых шины закреплены на изоляторах, допускают продольное смещение шин при их удлинении вследствие нагрева. При большой длине шин устанавливаются компенсаторы из тонких полосок того же материала, что и шины Концы шин на изоляторе имеют скользящее крепление через овальные продольные отверстия и шпильку с пружинящей шайбой. В местах присоединения к аппаратам изгибают шины или устанавливают компенсаторы, чтобы усилие, возникающее при температурных удлинениях шин, не передавалось на аппарат. Соединение шин по длине обычно осуществляется сваркой.

Присоединение алюминиевых шин к медным (латунным) зажимам аппаратов производится с помощью переходных зажимов, предотвращающих образование электролитической пары медь-алюминий.

Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации шины окрашивают при переменном токе фаза А в желтый, фаза В — зеленый и фаза С — крас­ный цвет; при постоянном токе положительная шина в красный, отрица­тельная — синий цвет.

Согласно §1.3.28 ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

Выбор сечения шин производится по нагреву (по допустимому току). При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин. Условие выбора

,

где I_доп — допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (_о,ном = 25°С). В последнем случае

Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято _доп = 70°С; _о,доп = 25°С тогда

где I_{доп,ном} — допустимый ток по таблицам при температуре воздуха _{0, ном} = 25°С; ₀ — действительная температура воздуха; _доп — допустимая температура нагрева продолжительного режима (по § 1.3.22 ПУЭ для шин принято +70°С).

Проверка шин на термическую стойкость при КЗ производится по условию

_к ≤ _{к, доп} или q_min ≤ q,

где _к — температура шин при нагреве током КЗ; _к,доп — допустимая температура нагрева шин при КЗ; q_min — минимальное сечение по термической стойкости; q — выбранное сечение.

Проверка шин на электродинамическую стойкость.

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой дина­мическую колебательную систему, находящуюся под воздействием элек­тродинамических сил. В такой системе возникают колебания, частота которых зависит от массы и жесткости конструкций. Электродинамические силы, возникающие при КЗ, имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц.

Электродинамическая стойкость шин обеспечивается при выполнении условия

_доп ≥ _расч

Для многополосных шин

_расч = _ф + _n МПа,

Сила взаимодействия между полосами

,

Напряжение в материале полос

,

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз

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 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 плотности тока

,

где I_норм — ток нормального режима (без перегрузок); J_э — нормированная плотность тока, А / мм².

Найденное сечение округляется до ближайшего стандартного.

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_k⁽³⁾  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.

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.

Таким образом, условие образования короны можно записать в виде :

1,07∙Е ≤ 0,9∙E₀

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9∙Е₀.