ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Наиважнейшие методические пособия / Учебное пособие_Производство электроэнергии_2012 г

Условие выбора: Iраб утяж ≤ I′доп.

Кабели отходящих потребительских линий обычно прокладывают в земляных траншеях. Кабели генераторных, трансформаторных цепей, РУ и линий к двигателям СН, как правило, имеют небольшую длину и прокладываются в кабельных каналах, туннелях и открытых шахтах, и их выбор по условиям длительного нагрева производится так же, как для кабелей, проложенных на открытом воздухе.

Экономическое сечение кабеля определяют по формуле:

Sэк = Iном/ jэк,

где jэк — экономическая плотность тока, А/мм2, значения которой приведены в табл. 8

В курсовом проекте при выборе кабелей к потребителям на генераторном напряжении Тмакс можно принимать в пределах 3000– 5000 ч. Для кабельной связи генераторов и трансформаторов

Тмакс > 5000 ч.

Минимальное сечение кабеля по условиям термической стойкости (мм2)

где Aн доп — величина, характеризующая тепловое состояние проводника в нормальном режиме при температуре Θн доп; Aк доп —

величина, характеризующая допустимое тепловое состояние проводников в конце короткого замыкания при температуре Θк доп; С — функция, значения которой приведены ниже [5]:

А.с1/2/мм2

Шины алюминиевые…………………………………………………...90 медные…………………………………………………………170

Кабели до 10 кВ с бумажной изоляцией и жилами:

из меди…………………………………………………………140 из алюминия……………………………………………………90

71

Т а б ли ц а 8

Экономическая плотность тока

Из полученных сечений S доп , S эк, Sмин выбирают большее.

Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена [4, 6,], дается допустимый односекундный ток к. з., и проверка на термическую стойкость производится так же, как и для коммутационных аппаратов: Вк ≤ Iт2·tт или рассчитывают Iк.з.доп = Iт /√ tоткл и сравнивают

сполученным значением тока к. з.

3.6Выбор шин

Взакрытых РУ 6–10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми проводниками. Медные шины из-за высокой их стоимости применяют в электроустановках при мощности генераторов не менее 100 МВт и при соответствующем обосновании. При токах до 3000 А используют одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения. Сборные

72

шины и ответвления от них к аппаратам 6–10 кВ крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Эскизы различных способов расположения шин приведены на рис. 30.

Шины распределительных устройств стандартизованы. Данные длительно допустимых токов Iдоп шин стандартного сечения приводятся в [5]. При составлении таблиц принята допустимая температура нагрева проводников 700С, температура окружающего воздуха +250С.

Для шин прямоугольного сечения, расположенных плашмя, величина длительно допустимого тока снижается по сравнению с табличным значением на 5% для шин шириной до 60 мм, на 8% — для шин шириной больше 60 мм.

По условию длительно допустимого нагрева в рабочем режиме выбираем сечение шин Sдоп так, чтобы Iдоп ≥ Iраб утяж. Затем по термической стойкости определяем Sмин (см. 3.5). Согласно ПУЭ [9] сборные шины и ошиновка в пределах ОРУ и ЗРУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются. Большее из двух сечений и будет расчетным Sрасч .

Рис. 30

73

где W — момент сопротивления шины, м3, относительно оси, перпендикулярной действию усилия. При расчете шин (рис.30, б) в формулу подставляем Wy= b2h / 6, а согласно рис. 30, а — Wx=bh2/ 6/.

Значения σдоп для различных материалов составляют (МПа): медь МГТ — 170; алюминиевый сплав АДЗIТ — 90, АДЗIТI — 137 [3].

Выбор изоляторов ведут параллельно с выбором шин. Величина нагрузки, приходящаяся на опорный изолятор от междуфазного усилия, Fмакс = fмакс∙l, не должна превышать допустимой для данного типа Fдоп [3, 5]. Опорные изоляторы для внутренней установки делят на группы механической прочности, в каталогах для них задана разрушающая нагрузка Fразр (Н). При расчетах допустимую нагрузку на опорные изоляторы принимают 0,6 F разр.

Вмногополосных шинах, когда в пакет входят две или три полосы, возникают электродинамические усилия между фазами и между полосами внутри пакета. В двухполосном пакете полное напряжение

вматериале шины складывается из напряжения от взаимодействия полос в пакете и фаз: σрасч=σф +σп.

Напряжение σф определяют в этом случае так же, как и для однополосных шин, усилия внутри пакета — иначе.

Вдвухполосном пакете (рис. 30, в, г) шины удалены друг от друга на небольшое расстояние, равное толщине шины b, так как в каждой из полос протекает половина тока фазы, то при к. з возникают большие силы притяжения. Для придания пакету жесткости и предупреждения схлестывания между полосами через 0,3…0,5 м устанавливают прокладки из материала шины.

Момент сопротивления такого пакета относительно оси х-х Wxп=2bh2 /6 =b·h2 /3,

и относительно оси у –у

Wyп =1,44b2 ·h.

Эти значения необходимы при вычислении σф. Для определения σп рассчитывают силу взаимодействия полос в пакете, Н/м:

75

где kф— коэффициент формы [1].

При взаимодействии полос в пакете шину рассматривают как балку с защемленными концами и равномерно распределенной нагрузкой. Максимальный изгибающий момент от действия силы fп определяют по формуле (Н∙м): Mп= fп·l2п/12,

где lп — расстояние (пролет) между осями прокладок, м.

Усилие fп при любом расположении двухполосного пакета действует на широкую сторону полосы, и момент сопротивления ее (м3): W=b2h/6, а напряжение (МПа): σп=Mп / Wш.

Уравнение для изгибающего момента можно решить относительно lп и найти максимальный допустимый пролет между прокладками, подставив в формулу σп доп =σдоп-σф:

Окончательно величину lп принимают из конструктивных соображений (l должно быть кратно lп).

Механический расчет шин коробчатого сечения производят так же, как и двухполосных шин. Моменты сопротивления шин коробчатого сечения приведены в [3, 5].

При вычислении σф необходимо учесть следующее:

а) если шины расположены в горизонтальной плоскости (рис. 30, д) и швеллеры жестко соединены между собой приваренными прокладками, то W расч = Wy0-y0;

б) при отсутствии жесткого соединения Wрасч=2Wy-y ; в) в случае установки шин в вертикальной плоскости

Wрасч=2Wx-x.

При определении силы взаимодействия между швеллерами, составляющими шину коробчатого сечения, принимают kф = 1, расстояние между осями проводников равным размеру шины h , и тогда fп=0,5i2у. 10-7/h, расчетный момент сопротивления Wш = Wx.

76

Максимальное напряжение в материале шин от взаимодействия проводников в вершинах прямоугольного треугольника (МПа):

Расчетное изгибающее усилие для выбора опорных изоляторов

При использовании проходных изоляторов расчетное усилие должно быть уменьшено в два раза.

Комплектные экранированные токопроводы

Для соединения выводов мощных турбогенераторов с повышающими силовыми трансформаторами в настоящее время применяются комплектные экранированные токопроводы (КЭT), каждая фаза которых заключена в защитный металлический (алюминиевый) кожух.

Согласно нормам технологического проектирования применение экранированных токопроводов обязательно для всех турбогенераторов 160 МВт и выше.

Рекомендуется использовать также КЭТ в блоках с турбогенераторами 60 и 100 МВт в пределах машинного зала и на открытой части в тех случаях, если повышающий трансформатор удален от машинного зала на расстояние не более 15 м.

При больших расстояниях рекомендуется применять на открытой части гибкие связи, а в пределах машинного зала — комплектные экранированные токопроводы. Характеристики разных типов токопроводов приведены в [5] и Приложении 9.

Токопроводы выбирают по номинальным параметрам генератора и проверяют на электродинамическую стойкость по расчетному ударному току к. з. в точке между генератором и трансформатором а также на термическую стойкость (если даны ток и время термической стойкости).

77

В П9 рассмотрены новые типы пофазноизолированных литых токопроводов на напряжения до 24 кВ и номинальные токи до 14 кА, предназначенные для использования в цепях генератор — трансформатор и в цепях СН электростанций, для соединения трансформаторов и РУ НН или трансформаторов и реакторов на подстанциях, поставляемые фирмой «РТК-Электро», даны электротехнические характеристики этих токопроводов.

Гибкие шины и токопроводы

В РУ 35 кВ и выше сборные шины, присоединения от трансформаторов к шинам выполняются аналогично линиям электропередачи, т.е. многопроволочными гибкими сталеалюминевыми проводами, при напряжениях 500 и 750 кВ также используются полые провода марки ПА. Данные различных проводов типа АС имеются в [5]. Для проводов ПА данные следующие:

ПА 500 I доп=1340 А, радиус провода R =45/2=22.5 мм,

ПА 640 I доп =1680А, R=59/2 =29.5 мм Выбор производится по условиям:

Определяется сечение провода по длительно допустимому току Sдоп из таблиц стандартных сечений так, чтобы Iдоп ≥ Iраб утяж.

Рассчитывается экономическое сечение проводника Sэк. Необходимо отметить, что по экономической плотности тока сборные шины РУ не проверяются (проверяются только провода линий электропередачи и соединения от трансформаторов до РУ при значительной длине).

Выбранное сечение должно быть термически стойким: Sрасч ≥

≥ Sмин. Шины, расположенные на открытом воздухе, на термическую стойкость можно не проверять.

Гибкие шины РУ при I(3)п0 ≥ 20 кА и провода ВЛ при i(3)у ≥ 50 кА требуют проверки на электродинамическое действие токов к. з. (в учебном проектировании проверку обычно не производят).

78

В установках напряжением 35 кВ и выше также необходим выбор проводников по условиям короны. Порядок расчета изложен в [3].

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

E = 30,3m(1 + 0,299) ,

r0

где m - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных поводов m = 0,82), r0 – радиус провода, см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:

E = 0,354U ,

Dср

r0 lg r0

где U – линейное напряжение, кВ, Dср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см, Dср = 1,26D. Расстояние между фазами (D) зависит от напряжения и конструктивного выполнения РУ. Рекомендуем принимать:

Uном, кВ 110 220 330 500 750

D, см 300 400 450 600 1200

В РУ 330 кВ и выше (иногда и при напряжении 220 кВ) для уменьшения коронирования применяют расщепление проводов (два, три, четыре провода в фазе). Расстояние между проводами в расщепленной фазе a принимается в установках 220 кВ 20 – 30 см, а при напряжении 330 -750 кВ – 40 см. В этом случае Е определяется по формуле, кВ/см

E = k 0,354U ,

nr0 lg Dср

rэк

79

где k - коэффициент, учитывающий число проводов n в фазе, rэк – эквивалентный радиус (дан в таблице ):

При горизонтальном расположении проводов напряженность на среднем проводе примерно на 7 % больше определяемых по формулам величин. Провода не будут коронировать, если Е не более 0,9Ео. Таким образом, условие проверки на корону можно записать в виде

1,07Е ≤ 0,9Ео .

Для соединения генераторов и трансформаторов с РУ 6–10 кВ, между генератором и трансформатором блока также применяют гибкие токопроводы, особенно при больших расстояниях на открытых площадках. Такие токопроводы выполняются пучком проводов. Два провода из пучка (сталеалюминевые) являются несущими, остальные (алюминиевые) токоведущими. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм2), т.к. это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.

Условия выбора гибких токопроводов такие же, как и гибких шин, но не требуется проверка на корону, так как напряжение установки < 35 кВ.

3.7. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Режим работы оборудования электрических станций и подстанций контролируют с помощью многофункциональных измерительных приборов (МИП), подключаемых к измерительным трансформаторам тока и напряжения (ИТТ и ИТН).

80