книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

освобождающего защелку, при этом используется энергия сжатой пружины отключения. Привод имеет механизм свободного рас­ цепления.

§ 29. ИЗОЛЯТОРЫ

Изоляторы используются для крепления токоведущих частей и обеспечивают надежную их изоляцию от земли, а также изоля­ цию от других частей установки с иными потенциалами. Для на­ дежной работы изоляторы должны отличаться достаточной элект­ рической и механической прочностью, теплостойкостью и не бояться сырости.

значению— на опорные (для поддержания шин, проводов и других токоведущих частей) и проходные (для вывода токоведущих час­ тей из здания, для проведения из одного помещения в другое, для вывода из бака аппарата и т. п.).

Для установки внутри помещений применяют опорные и про­ ходные изоляторы, а для наружных установок — линейные, опор­ ные, подвесные и специальные линейные выводы. Линейные выво­ ды служат для вывода проводов воздушных линий из здания стан­ ций или подстанций.

Станционные и линейные изоляторы изготовляют из наиболее высококачественного материала — фарфора. Из дерева, бакелита, текстолита изготавливают некоторые изоляционные детали аппа­ ратов, обычно находящиеся в изоляционном масле (внутри бака трансформатора, выключателя и т. п.). Детали, работающие на воздухе, из этих материалов выполняют только для внутренних установок.

Изоляционные качества и конструкцию изоляторов выбирают в зависимости от номинальных напряжений и динамических усилий, действующих на них, а для проходных изоляторов также и от ра­ бочего (номинального) тока.

Для крепления изоляторов на опоре (стена, стальная конст­ рукция и т. п.), а также для закрепления на изоляторах токоведу­ щих частей их армируют, т. е. снабжают чугунными фланцами, колпачками, штырями.

На рис. 84 показаны изоляторы различных типов и серий, рас­ считанные на напряжение 3—35 кВ. Серии изоляторов обозначают буквами А, Б, В, Д и др. Каждая из них характеризуется опреде­ ленной механической прочностью на изгиб. В настоящее время изоляторы выпускают с разрушающей нагрузкой на изгиб 375— 6000 кг (нагрузка считается приложенной к головке изолятора).

Как видно из рисунка, каждый изолятор состоит из двух основ­ ных частей: непосредственно самого изолятора • (фарфоровой час­ ти) и металлической арматуры, соединенных с помощью специаль­ ных цементирующих замазок, а иногда (аппаратные изолятори) —■ с помощью механических приспособлений. Внешнюю поверхность

133

изоляторов для повышения их электрической прочности и улучше­ ния механических свойств покрывают глазурью. Изоляторы для наружных установок имеют поверхность усложненной формы, что обеспечивает необходимую электрическую прочность и препятст­ вует полному увлажнению их во время дождя, загрязнению и за-

Рис. 84. Изоляторы:

няемых для подвески проводов воздушных линий, а на рис. 87 — линейные выводы на 35 кВ и 600 А.

Опорные и подвесные изоляторы выбирают в зависимости от вида установки, напряжения и механической нагрузки, а проход­ ные— еще и по максимальному длительному току нагрузки (нагре­ ву). Изолятор правильно выбран по напряжению, если его конст­ рукция соответствует типу установки и соблюдено условие

Uмакс.раб.уст'^г; 1,15 t /ном .ИЗОЛ*

•134

Для обеспечения механической прочности необходимо, чтобы расчетная электродинамическая сила FP&C4, действующая на изоля­ тор средней фазы при трехфазном коротком замыкании, не превы­ шала значения, допустимого для данного изолятора, т. е.

§30. ШИННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Враспределительных устройствах тран­ сформаторных подстанций и станций токове­ дущие части выполняют в виде прямоугольных

Рис. 87. Линейный вывод на 35 кВ и 600 А:

1 — внутренняя часть, 2 — наружная часть

135

или круглых шин. Они служат для различного рода соединений, например, выключателя е разъединителем, разъединителя с пре­ дохранителем и т. д. Если к шинам, как это показано на рис. 89, присоединены источники питания (в приведенном рисунке — транс­ форматоры подстанции), а от шин по воздушным или кабельным линиям получают питание потребители, то такие шины носят на-

служить медь, алюминий или сталь. По электропроводности и ме­ ханической прочности медь является оптимальным материалом. Алюминий отличается меньшей (примерно в 1,6 раза) электро­ проводностью и значительно меньшей механической прочностью, чем медь. Сталь по электрическим свойствам — мало подходящий материал для шин, так как характеризуется низкой электропро­ водностью (в семь раз меньше, чем медь). При переменном токе в стальных шинах наблюдаются явно выраженный поверхностный эффект, а также потери на перемагничивание и потери, вызванные вихревыми токами. Механические же свойства стали самые высо­ кие по сравнению с другими материалами.

Таким образом, перечисленные свойства металлов определяют область применения выполненных из них шин. Лучшими считаются медные шины, но вследствие высокой стоимости и дефицита меди

136

применяются только в установках большой мощности, характери­ зующихся большими токами короткого замыкания. Алюминиевые шины не должны использоваться в установках, в которых возника­ ют большие электродинамические усилия при коротких замыкани­ ях и могут быть заменены шинами.из алюминиевого сплава АД-31. Предел их прочности выше, чем обычных алюминиевых шин в три раза, что значительно расширяет область их применения. Стальные шины могут применяться в распределительных устройствах высоко­ го напряжения небольшой мощности (при малых токах) и в уста­ новках низкого напряжения при токе 200—300 А для монтажа рас­ пределительных щитов. Шины прямоугольного сечения лучше охлаждаются, чем круглые, их используют в установках до 35 кВ. Для снижения поверхностного эффекта и лучшего охлаждения пря­ моугольные шины выполняются небольшой толщины (соотношение сторон 1/5—1/12 для медных и алюминиевых шин), толщина сталь­ ных шин обычно 3— -6 мм.

После окончания монтажа шины для внутренних установок ок­ рашивают в стандартные цвета. В системах трехфазного тока шины фазы А окрашивают в желтый, В — в зеленый и С — в красный цвет. При постоянном токе шины положительного полюса окрашива­ ют в красный цвет, отрицательного — в синий. Одиночные шины окрашивают полностью, а шины в пакетах — только с внешней сто­ роны. Не окрашивают болтовые соединения и места для наложения временного заземления. Окраска шин имеет существенное значение, так как защищает их от коррозии, улучшает теплоотдачу, тем са­ мым позволяя увеличивать допустимый ток нагрузки на 11—15% и помогает персоналу определять фазы установки.

Длительно допускаемая нагрузка на голые (неизолированные) медные, алюминиевые и стальные шины, окрашенные эмалевыми красками, приводится в каталогах и устанавливается исходя из ус­ ловия, что температура шин при нормальной работе и температуре окружающего воздуха 25° С должна составлять 70° С. Обычно ши­ ны и отпайки (ответвления) от них больше всего нагреваются в контактных соединениях. Для контроля нагрева контактных соеди­ нений шин в местах соединений специальным лаком наклеивают термопленки, цвет которых при повышении температуры меняется. Например, при температуре 60—70° С пленка имеет темно-вишне­ вый цвет, а при температуре 100—110° С становится черной. Такие сигнализаторы помогают быстро заметить места перегрева шин.

С увеличением сечения шины металл ее используется все менее полно. Например, для алюминиевой шины сечением 30X4 = 120 мм2 может быть допущена нагрузка 365 А, что дает допустимую плот­

ность тока до 1900/960= 1,98 А/мм2. Следовательно, во втором слу­ чае степень использования металла в 3,04/1,98=1,54 раза меньше.

В установках, рассчитанных на большие токи, однополосной ши­ ны даже максимального стандартного сечения может оказаться не­ достаточно. В этом случае вместо одной такой шины (полосы) на

137

каждом изоляторе фазы в специальных шинодержателях укрепля­ ют несколько полос, собираемых в один пакет. Расстояние между полосами в пакете для лучшего их охлаждения обычно применяется равным толщине одной полосы. С увеличением числа полос нагруз­ ка, допускаемая на пакет, возрастает не пропорционально их числу в нем, а в значительно меньшей степени. Это объясняется ухудшени­ ем охлаждения полос, помещенных в пакет, а при переменном то­ ке— возникновением так называемого эффекта близости. Сущность этого явления состоит в том, что каждая из полос пакета находится

Рис. 90. Различные случаи расположения шин в пакетах:

а, б, в — пакеты шин прямоугольного сечения, г, д — пакеты шин ко­ робчатого сечения

в переменном магнитном поле соседних полос, что вызывает пере­ распределение в них токов; токи при этом вытесняются к внешним поверхностям полос, вследствие чего их активное сопротивление повышается и для сохранения заданной температуры допускаемый ток приходится снижать. В каталогах на шины это учтено, и ток, допустимый на весь пакет, оказывается меньше, чем сумма токов, входящих в него полос при их одиночной прокладке. Учитывая эти обстоятельства, при переменном токе стараются не применять па­ кеты, в которые входит более двух полос.

В установках очень больших переменных токов более целесооб­ разно вместо пакетов с плоскими шинами использовать конструкции из шин коробчатого сечения. Это улучшает охлаждение шин, спо­ собствует уменьшению поверхностного эффекта и в итоге ведет к более полному использованию их металла.

На рис. 90 показаны различные случаи расположения шин пря­ моугольного и коробчатого сечения в пакетах и их крепления на опорных изоляторах при внутренней установке (расстояние а при проектировании шинной конструкции выбирается по каталогу в за­ висимости от Ином установки).

В установках напряжением 35 кВ и более применяются круглые шины, сплошные или полые, для внутренних установок и в виде

138

тросов (голых многожильных проводов), укрепленных на подвесных изоляторах, — для открытой части станций и подстанций.

В установках напряжением 220—750 кВ токи нагрузки сравни­ тельно невелики, но вследствие высокой напряженности электриче­ ского поля вокруг каждого фазного провода, достигающей наи­ большего значения у его поверхности, возможно возникновение так называемого коронирования. Это явление возникает тогда, когда напряженность электрического поля у поверхности провода оказы­

например в проводах воздушных линий, работающих при напряже­ нии ПО—220 кВ,— десятки киловатт на 1 км длины линии. При коронировании вокруг провода образуется фиолетовое свечение, вызванное интенсивной ионизацией окружающего воздуха, что снижает электрическую прочность воздушного промежутка между фазами и повышает возможность перекрытия изоляторов дугой. В этом случае во избежание коронирования шины выполняют в ви­ де полых медных проводов большого диаметра (увеличение диа­ метра провода уменьшает возможность возникновения короны).

При монтаже на опорных изоляторах шины крепят наглухо толь­ ко на одном, обычно среднем (по длине шины) изоляторе фазы, на остальных же изоляторах их укрепляют так, чтобы они при нагре­ вании под влиянием протекающего по ним тока могли, удлиняясь, свободно перемещаться на изоляторах. При протяженных шинных конструкциях с прямолинейными участками длиной более 15 м (для алюминиевых шин) и 20—25 м (для медных шин) устанавливают шинные компенсаторы удлинения (рис. 91).

Ответвления от шин и отдельные их участки могут быть соедине­ ны болтами, опрессовкой или сваркой. Неразъемные еоединения предпочтительно сваривать. Сваркой могут быть соединены медные, алюминиевые и стальные шины различных профилей.

К аппаратам медные и стальные шины присоединяют болтами с набором шайб и контргаек. При креплении алюминиевых шин под гайку помещают две шайбы увеличенного диаметра и пружинную. К разъединителям шины присоединяют с помощью компенсаторов. Круглые шины соединяют концентрическими зажимами, а крепят скобами.

13 9

Шины, особенно сборные, — весьма ответственный элемент в конструкциях распределительных устройств станций и подстанций

иим при эксплуатации должно уделяться большое внимание.

§31. ВЫБОР ШИННОЙ КОНСТРУКЦИИ

Врасчет шинной конструкции входит выбор шин и изоляторов. Сечение шин выбирают: по экономической плотности тока и по на­ греву при протекании максимального длительного рабочего тока. Выбранные в соответствии с этими условиями шины проверяют на термическую и динамическую устойчивость при коротких замыка­

ниях. (Сборные шины станций и подстанций всех напряжений про­ верке по экономической плотности не подлежат и их выбирают только по нагреву.)

В установках напряжением ПО кВ и более выбранный диаметр провода шины проверяют по условию коронирования. Поскольку выпускаемые промышленностью шины по сечению и форме стан­ дартизованы, задача состоит в том, чтобы подобрать стандартные шины, наиболее полно отвечающие конкретным условиям. Эконо­ мически целесообразное сечение (q) определяется из соотношения

где /макс.раб — максимальный длительный рабочий ток шины, опре­ деленный без учета возможных при эксплуатации перегрузок и уве­ личения нагрузок при авариях и ремонтах; /э— нормированное зна­ чение экономической плотности тока для заданных условий работы шины, выбираемое по соответствующей таблице. Значение, получен­ ное в результате расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения, которое также определяется по справочным таблицам. В таблицах для каждого стандартного сечения шины указаны дли­ тельно допускаемые значения нагрузки (токов) при допустимой максимальной температуре нагрева голой шины 70° С и температу­ ре воздуха 25° С.

Согласно второму условию выбора шин должно быть соблюде­ но условие /доп^Аяакс. раб, при этом надо иметь в виду, что при горизональном расположении шин допустимые значения тока, опреде­ ленные по таблице, должны быть уменьшены для полос шириной до 60 мм на 5%, а шириной свыше 60 мм — на 8 .% вследствие худ­ ших условий их охлаждения.

При температуре воздуха ниже или выше 25° С допустимая на­ грузка на шину должна быть пересчитана по формуле

(62)

где #о — действительная температура воздуха, °С; / ДОпа0 — длитель­

но допускаемая нагрузка на шину при /Ь; /доп — длительно до­ пускаемая нагрузка на шину при 70° С, определенная по таблице.

Выбранное сечение шины пр'оверяют на термическую устойчи­ вость при коротком замыкании в соответствии с указаниями о тер­

140

мическом действии токов короткого замыкания на аппаратуру и токоведущие части электроустановок (стр. 80).

§ 32. ПРОВЕРКА ШИН НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

На электродинамическую устойчивость при коротких замыкани­ ях шины проверяют в соответствии с указаниями, приведенными на стр. 80. При наиболее тяжелых электродинамических нагрузках

Рис. 92. Расположение однополосных шин на опорных изо­ ляторах:

работают жесткие шины установок 6 —10 кВ, так как в этих уста­ новках токи короткого замыкания особенно велики, а междуфазные-

расстояния относительно малы.

Рассмотрим механический расчет одной из наиболее распрост­ раненных конструкций жестких однополосных шин, расположенных в одной плоскости и закрепленных на опорных изоляторах, как по­ казано на рис. 92. При таком расположении шин наибольшее эле­ ктродинамическое усилие (в кгс), действующее на шину средней фазы В при трехфазном коротком замыкании, может быть опреде-

1 4 t