4.7. Выбор токоограничивающих реакторов

Реакторы предназначены для искусственного увеличения сопротивления короткозамкнутой цепи, а следовательно, для ограничения токов короткого замыкания и поддержания напряжения при повреждениях за реактором.

Реакторы выбирают:

1. По напряжению, формула (4.1).

2. По длительному току:

, (4.34)

где I_{раб. max} − максимальный рабочий ток; I_{ном. LR} – номинальный ток реактора (или ветви сдвоенного реактора).

3. По сопротивлению:

, (4.35)

где x_{расч. LR} – расчетное сопротивление реактора, %; I_{ном. LR}, U_{ном. LR} – номинальные ток и напряжение реактора; I_п0 – допустимый ток КЗ для расчетной точки (задается или принимается по каталогам для устанавливаемой высоковольтной аппаратуры); x_*б – относительное базисное сопротивление схемы замещения до точки установки реактора при токе I_б.

Реакторы проверяют:

1. На электродинамическую устойчивость:

, (4.36)

где i_дин – ток динамической стойкости реактора (по каталогу).

2. На термическую устойчивость:

, (4.37)

где I_тер, t_тер – номинальные параметры реактора (по каталогу).

3. По величине остаточного напряжения (при необходимости) на шинах 6−10 кВ при КЗ за реактором:

, (4.38)

где x_{ном. LR} – номинальное сопротивление реактора (по каталогу), выбранного по x_расч.

Для обеспечения условия самозапуска двигателей необходимо, чтобы

. (4.39)

4.8. Выбор жестких шин

В закрытых РУ 6−10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Стальные шины допустимо применять лишь при токах до 400 А. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения.

Сечение жестких шин выбирают по нагреву (по допустимому току). При этом учитывают не только нормальные, но и послеаварийные режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин. Условие выбора:

, (4.40)

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

. (4.41)

Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято °С; °С, тогда

, (4.42)

где I_{доп. ном} – допустимый ток по табл. 4.5 [11] при температуре воздуха °С; − действительная температура воздуха.

При расположении шин плашмя принятые по таблице значения допустимых токов должны быть уменьшены на 5 % для шин шириной полос до 60 мм и на 8 % для шин с шириной полос более 60 мм.

Шины проверяют:

1. На термическую устойчивость по условию

, (4.43)

где − температура шин при нагреве током КЗ; − допустимая температура нагрева шин при КЗ (табл. 4.6).

При проверке токоведущих частей на термическую устойчивость пользуются понятием приведенного времени t_п, в течение которого установившийся ток КЗ I_∞ выделяет то же количество теплоты, что и изменяющийся во времени ток КЗ, за действительное время τ_t, определяемое по (4.11).

Приведенное время определяется составляющими времени периодической и апериодической составляющих тока КЗ:

. (4.44)

Таблица 4.5

Длительно допустимый ток для шин прямоугольного сечения

Размеры, мм	Алюминиевые шины				Стальные шины
	Ток*, А, при количестве полос на полюс или фазу				Размеры, мм	Ток*, А
	1	2	3	4
15×3	165	−	−	−	16×2,5	55/70
20×3	215	−	−	−	20×2,5	60/90
25×3	265	−	−	−	25×2,5	75/110
30×4	365/370	−	−	−	20×3	65/100
40×4	480	−/855	−	−	25×3	80/120
40×5	540/545	−/965	−	−	30×3	95/140
50×5	665/670	−/1180	−/1470	−	40×3	125/190
50×6	740/745	−/1315	−/1655	−	50×3	155/230
60×6	870/880	1350/1555	1720/1940	−	60×3	185/280
80×6	1150/1170	1630/2055	2100/2460	−	70×3	215/320
100×6	1425/1455	1935/2515	2500/3040	−	75×3	230/345
60×8	1025/1040	1680/1840	2180/2330	−	80×3	245/365
80×8	1320/1355	2040/2400	2620/2975	−	90×3	275/410
100×8	1625/1690	2390/2945	3050/3620	−	100×3	305/460
120×8	1900/2040	2650/3350	3380/4250	−	20×4	70/115
60×10	1155/1180	2010/2110	2650/2720	−	22×4	75/125
80×10	1480/1540	2410/2735	3100/3440	−	25×4	/140
100×10	1820/1910	2860/3350	3650/4160	4150/4400	30×4	100/165
120×10	2070/2300	3200/3900	4100/4860	4650/5200	40×4	130/220
					50×4	165/270
					60×4	195/325
					70×4	225/375
					80×4	260/430
					90×4	290/480
					100×4	325/535

Таблица 4.6

Предельно допустимые температуры нагрева проводников

при коротких замыканиях

Вид проводника	, °С
Шины алюминиевые	200
Шины медные	300
Шины стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратами	400
Шины стальные с непосредственным присоединением к аппаратам	300
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение, кВ:
1	250
6−10	200
20−35	130
110−220	125
Кабели и изолированные провода с медными и алюминиевыми жилами и изоляцией
из поливинихлоридного пластиката	160
резины	160
полиэтилена (номинальное напряжение кабелей до 35 кВ)	130
вулканизированного (сшитого) полиэтилена (Uном кабелей до 35 кВ)	250
Медные неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2:
менее 20	250
20 и более	200
Алюминиевые неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2:
менее10	200
10 и более	160
Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов	200

Величину t_пр при действительном времени τ_t < 5 с находят по кривым зависимости , рис. 4.4, где

. (4.45)

При действительном времени τ_t > 5 c величина , где t_п5 приведенное время для τ_t = 5 с.

Приведенное время апериодической составляющей

. (4.46)

При действительном времени τ_t < 1 с величина t_па не учитывается.

Рис. 4.4. Кривые приведенного времени периодической слагающей тока при питании от генератора с АРВ	Рис. 4.5. Кривые нагрева токоведущих частей при коротких замыканиях

Токоведущие части рассчитывают на термическую устойчивость по кривым нагрева металлов, представляющих зависимость (рис. 4.5).

2. На электродинамическую устойчивость шины по условию

, (4.47)

где σ_расч – расчетное напряжение на изгиб, возникающее в материале шин при протекании ударного тока трехфазного КЗ; σ_доп – допустимое напряжение на изгиб материала шин (табл. 4.7) [9].

Таблица 4.7

Допустимые для шин изгибающие напряжения

Материал шины	Допустимое напряжение σдоп, МПа
Медь МТ Алюминий АТ Алюминий АТТ Сталь	140 70 90 160

Для определения σ_расч однополосных шин прямоугольного сечения необходимо:

а) вычислить наибольшую силу F⁽³⁾, Н, действующую на шины при протекании по ним ударного тока трехфазного КЗ:

, (4.48)

где k_ф – коэффициент формы шин; i_у⁽³⁾ – ударный ток трехфазного КЗ, кА; l – длина пролета, м; а – расстояние между осями шин, м (рис. 4.6).

а

б

Рис. 4.6. Расположение шин на изоляторах: а − плашмя; б − на ребро

Коэффициент k_ф, зависящий от формы, размеров шин и расстояния между ними, для прямоугольных шин находят по кривым (рис. 4.7) в зависимости от отношений и . Если отношение или шины с круглой площадью сечения, то k_ф = 1;

б) найти момент сопротивления:

если шины расположены в одной горизонтальной плоскости и установлены на ребро или они расположены в одной вертикальной плоскости и установлены плашмя,

; (4.49)

если шины расположены в одной горизонтальной плоскости и установлены плашмя или они расположены в одной вертикальной плоскости и установлены на ребро,

; (4.50)

момент сопротивления круглых шин

, (4.51)

где d – диаметр шины, м;

в) определить расчетное напряжение σ_расч, МПа, при изгибе:

при одном или двух пролетах

; (4.52)

при числе пролетов большем двух

. (4.53)

Шины открытых распределительных устройств напряжением 35 кВ и выше проверяют на коронирование. Наибольшая напряженность электрического поля Е у поверхности любого из проводников не должна быть больше 0,9Е₀ (Е ≤ 0,9Е₀), где Е₀ – начальная напряженность электрического поля у поверхности проводника, при которой появляется корона. Значения Е и Е₀, кВ/cм, определяют по формулам:

, (4.54)

, (4.55)

где U – линейное напряжение, кВ; r₀ – радиус проводника, м; D_ср – среднее геометрическое расстояние между проводниками (шинами), см; m – коэффициент негладкости проводника (для многопроволочных проводников m = 0,82; для горных условий m = 0,7−0,75); δ – относительная плотность воздуха.

При расположении шин в одной плоскости на средней шине напряженность больше на 7−10 %. Во всех случаях значение Е не должно быть больше 28 кВ /см [9].