2.3. Розрахунок жорстких шин

2.3.1. Загальні умови вибору перерізу шин

В закритих розподільчих пристроях 6...10 кВ жорстке ошинування виконується алюмінієвими шинами. Мідні шини через їх високу вартість майже не застосовуються. При струмах до 3000 А застосовуються одноштабові та двоштабові шини. При більших струмах рекомендуються шини коробчатого перерізу, оскільки вони забезпечують менші втрати від ефекту близькості та поверхневого ефекту, а також мають кращі умови охолодження.

Згідно з ПУЕ збірні шини електроустановок і ошинування в межах закритих і відкритих розподільчих злагод всіх напруг за економічною густиною струму не перевіряються.

Загальні умови вибору та перевірки.

1. Вибір перерізу за допустимим струмом.

, (2.48)

де - максимальний струм післяаварійного чи ремонтного режиму, А; - допустимий струм на шини вибраного перерізу з урахуванням поправки при розташуванні прямокутних шин пластом (табл. Д.15, Д.16 та Д.17 ) або при температурі повітря, яка відрізняється від прийнятої в таблицях ( ), А. В останньому випадку

, (2.49)

де - допустимий струм за таблицями Д.15, Д.16 або Д.17) при температурі , А; - дійсна температура повітря ; - допустима температура нагрівання тривалого режиму, .

2. Перевірка шин на термічну стійкість при КЗ.

або (2.50)

, (2.51)

де - температура шин при нагріванні струмом КЗ, ; - допустима температура нагрівання шин при КЗ (табл. Д.9), ; - мінімальний переріз за термічною стійкістю, ; - вибраний переріз, .

3. Перевірка шин на електродинамічну стійкість.

Частота власних коливань коливальної системи „шини-ізолятори” повинна бути рівною 30 Гц і менше або 200 Гц і більше. Інакше безпечний діапазон частот можна подати у вигляді

Гц або Гц (2.52)

4. Перевірка на допустимість механічних напружень в матеріалі шин (механічний розрахунок).

Вибрані шини будуть механічно міцними, якщо

, (2.53)

де - розрахункове напруження в матеріалі шин, МПА; - допустиме механічне напруження в матеріалі шин (табл. Д.14), МПА.

При розрахунку шин обов’язково проводиться вибір опорних і прохідних ізоляторів. Відповідна методика подана в п. 2.3.8.

Виконання вказаних умов забезпечить стійкість шинної конструкції в усіх можливих режимах роботи мережі.

2.3.2. Перевірка на термічну стійкість

Попередньо визначається повний імпульс квадратичного струму КЗ. Коли точка короткого замикання є віддаленою, тобто періодична складова струму є незатухаючою в часі тепловий імпульс КЗ можна визначити за формулою

, (2.54)

де - початкове значення періодичної складової трифазного струму КЗ, кА; - час вимкнення (час дії струму КЗ), сек.; - час дії основного релейного захисту даного кола (допускається приймати сек.); - повний час вимкнення вимикача, що комутує дане коло (приймається за каталогом), сек.; - постійна часу затухання аперіодичної складової, сек. (у випадку відсутності інформації про результуючі опори короткозамкнутого кола користуються усередненими даними табл. Д.20).

Формула 2.54 рекомендується при визначенні імпульсу квадратичного струму КЗ в колах понижувальних підстанцій (виключення складають КЗ на шинах 3...10 кВ підстанцій, до яких під’єднані потужні електродвигуни або синхронні компенсатори, в колах генераторної напруги електростанцій, якщо місце КЗ знаходиться за реактором).

Далі визначають температуру провідника в режимі, що передував короткому замиканню

, (2.55)

де - температура довкілля, ; - тривало допустима температура провідника, ; - номінальна температура довкілля (згідно ПУЕ для повітря, - для землі та води); - максимальний струм навантаження, А; - тривало допустимий струм провідника, А.

Використовуючи графік залежності (рис. Д.2) та величину , проводять визначення початкового значення складної функції температури .

Значення функції (в кінцевий момент КЗ) визначають за формулою

, (2.56)

де - коефіцієнт, який враховує питомий опір та ефективну теплоємність провідника (табл. Д.10), .

За графіком рис. Д.2, використовуючи величину , знаходять значення кінцевої температури провідника в режимі КЗ . Провідник буде термічно стійким, якщо виконуватиметься умова (2.50).

Для спрощення аналізу термічної стійкості провідників часто використовується поняття мінімального перерізу провідника .

, (2.57)

де та слід визначати за кривою рис. Д.2 для відповідних температур і .

При наближених розрахунках мінімальний переріз провідника, що відповідає вимозі його термічної стійкості при КЗ можна визначити за формулою

, (2.58)

де - функція, значення якої подані в таблиці Д.11, .

Провідник буде термічно стійким, якщо виконуватиметься умова (2.51).