СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
2.8.2 ВЫБОР ШИН И ИЗОЛЯТОРОВ
Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам, соответствующим нормальному режиму и условиям окружающей среды, и проверяют на режим короткого замыкания.
В качестве сборных шин выбираем медные шины прямоугольного сечения размером 100x6 мм. Из ПУЭ длительно допустимый ток при одной полосе на фазу составляет Iдоп = 1810 А. Условие выбора:
Iрасч ≤ Iдоп
А ≤ 1810 А
При прохождении токов КЗ в шинах и других токоведущих частях возникают электродинамические усилия, которые создают изгибающие моменты и напряжения в металле. Критериями электродинамической стойкости или механической прочности шин являются максимальные напряжения, которые не должны превышать допустимых для данного материала значений. Проверим шины на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.
Шину, закрепленную на изоляторах можно рассматривать как многопролетную балку.
Наибольшее напряжение в металле при изгибе:
M W
(2.52)
где М - изгибающий момент, создаваемый ударным током КЗ, Н м; W - момент сопротивления, м3.
Изгибающий момент для равномерно нагруженной многопролетной балки равен:
M F 
10 (2.53)
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
где F - сила взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока КЗ, Н;
- расстояние между опорными изоляторами, 1 м. Момент сопротивления при расположении шин плашмя:
|
b h |
|
2 |
W |
6 |
|
(2.54)
где b,h - соответственно узкая и широкая стороны шины, м.
|
6 10 3 |
1002 |
10 6 |
|
W |
|
|
|
10 10 6 |
|
|
|
||
|
|
6 |
|
м3 |
Наибольшее электродинамическое усилие:
F 1,76 |
|
i |
2 |
10 |
7 |
|||
a |
уд |
(2.55) |
||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
а |
- расстояние между токоведущими шинами, |
||||||
|
||||||||
а
= 0,3 м;
F 1,76 |
1 |
49,2 |
2 |
10 |
6 |
10 |
7 |
1420 |
0,3 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда изгибающий момент для многопролетной балки определим по
Н
равномерно нагруженной формуле:
M |
1420 1 |
142 |
|
10 |
|||
|
|
Н·м
Тогда наибольшее напряжение в металле при изгибе:
|
142 |
|
|
10 10 |
6 |
||
|
|||
|
|
14,2
МПа
Допустимое напряжение при изгибе для медных шин 170 МПа.
σ = 14,2МПа ≤ σдоп = 170 МПа
Следовательно, выбранные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.
При расчёте электродинамической стойкости шин необходимо учитывать возможность появления резонанса между гармонически меняющимися электродинамическими усилиями и собственными механическими колебаниями шин. В случае, когда эти частоты равны или
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
близки, даже при сравнительно небольших усилиях возможны разрушения опорных изоляторов вследствие явления резонанса. Частоту собственных колебаний многопролётных шин, расположенных в одной плоскости, определяют по формуле:
f |
|
|
3,56 |
|
E J |
|
0 |
2 |
m |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
(2.56)
где |
|
|
- пролет шины, |
=1 м; |
E |
|
|
|
||||||||||
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
- модуль упругости материала шин, для меди =10 10 |
10 |
2 |
; |
||||||||||||
|
|
|
|
Н/м |
||||||||||||||
m |
- масса единицы длины шины, m = 0,43 кг/м; |
|
|
|
|
|||||||||||||
J |
- момент инерции сечения шин относительно оси изгиба. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
b h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
J |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
12 |
|
(2.57) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0,01 0,12 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
J |
1.44 10 |
6 |
м |
4 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
3,56 |
|
|
10 |
1.44 |
10 |
6 |
|
|
|
|
||||
f |
|
|
|
10 10 |
|
578 |
|
|
|
|
||||||||
0 |
|
2 |
|
|
|
0,43 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т.к. |
f |
0 |
> 200 Гц, то явление резонанса не учитываем. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Таким образом, выбранные сборные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.
Для соблюдения условий термической стойкости шин необходимо, чтобы проходящий по ним ток КЗ не вызывал повышение температуры свыше предельно допустимой. Проверку шин на термическую стойкость производят по установившемуся току КЗ и приведённому времени действия этого тока. Проверим шины на термическую стойкость к токам КЗ.
Минимально допустимое сечение медных шин определим по формуле
(2.46):
FI 
tпр
Кт
где I - периодическая составляющая тока КЗ в точке КЗ; tпр - приведенное время КЗ.
tпр tпр.п tпр.а
СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru
где |
tпр.а |
- время действия апериодической составляющей времени КЗ; |
|||||
|
|
||||||
tпр.п |
- время действия периодической составляющей времени КЗ. |
||||||
|
|
||||||
Для времени отключения КЗ |
tоткл 1,0 |
с. |
и β" = 1: |
||||
|
|
||||||
|
|
|
2 |
0,005 c. |
|
|
|
tпр.а 0,005 β |
|
|
|
||||
tпр.п 0.8 c. |
|
|
|
|
|||
Отсюда термически стойкое сечение шин:
FT
|
19,3 |
0,805 |
|
165 |
|||
|
|||
105
мм2
Выбранные шины удовлетворяют условиям термической стойкости,
т.к. Fш Fт, или 100 60 = 600 мм2 105мм2.
Опорные изоляторы выбирают по номинальному напряжению и току, а затем проверяют на механическую нагрузку при коротких замыканиях.
Для шин, имеющих частоту собственных колебаний fо > 200 Гц, расчетная сила, действующая на головку изолятора при КЗ:
F |
1,76 |
l |
i |
2 |
К |
|
10 |
7 |
|
|
|||||||
|
уд |
ф |
|
|||||
расч |
|
a |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.58)
где l - расстояние между изоляторами вдоль шин, а - расстояние между осями шин соседних фаз, kф - коэффициент формы проводника
iуд - ударный ток КЗ;
F |
1,76 |
1 |
49,2 |
2 |
10 |
6 |
1,1 10 |
7 |
1562Н |
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||
расч |
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Допустимая нагрузка на головку изолятора:
F |
0,6 F |
доп |
разр |
(2.59)
Условие выбора:
F |
|
расч |
|
Тогда
Fдоп
, Fрасч 0,6 Fразр
Fразр 2603