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

шины, определяемый по соответствующим табличным кривым в зависимости от отношения bjh и а—blb + h, где b — ширина шины, h — высота, а выбирается по таблицам в зависимости от номиналь­ ного напряжения установки. (Если а— bjb + h ^ 2 , то Лф=1.)

Будем считать, что шина при действии на нее равномерно рас­ пределенной нагрузки от тока короткого замыкания изгибается в направлении этой нагрузки и работает аналогично многопролетной балке, свободно лежащей на опорах. Как известно, наибольший изгибающий момент, действующий на шину при числе пролетов, равном двум, равен M = Fl/ 8 кг-см, а при числе пролетов более двух — M = Fl/ 10 кг-см, тогда напряжение в материале шины а = =MlW кг/см2, где W — момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы, см3.

При изгибе прямоугольной шины высотой h и толщиной Ь, см, установленной на изоляторе на ребро или плашмя, при расположе­

расчетное напряжение в ее материале будет меньше или равно до­

прочность усложняется, так как каждая полоса изгибается под действием суммы сил: силы взаимодействия между полосами паке­ та и силы взаимодействия между фазами. В этом случае опреде­ ляют усилие и момент между фазами и по моменту сопротивления, который должен быть увеличен пропорционально числу шин (по­ лос) в пакете, определяют напряжение на изгиб Оф. Если полосы в пакете соединены же'стко, то конструкцию уподобляют составной балке, и формула для определения момента сопротивления для наименее выгодного расположения шин будет W= 1,44 b2h, а для наивыгоднейшего расположения 1К=1,44 bh2.

Для определения напряжений от сил взаимодействия между

Максимальный изгибающий момент может быть определен по фор­ муле M\=Fil2 l\ 2 , где I — расстояние между осями прокладок, ко­

= b2 h/6 . Тогда напряжение на изгиб G\=M\IW\. Ш ины будут устой­ чивы, еСЛИ Оф + СП=0расч:==~Одоп-

142

Механический расчет шинной конструкции коробчатого сечения несколько сложнее.

§ 33. СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ

Силовые кабели используют для передачи и распределения эле­ ктрической энергии. С помощью кабелей можно соединять транс­ форматоры на подстанциях или генераторы на станциях со сборны­ ми шинами распределительных устройств. Кабели широко приме­ няются также для питания собственных нужд электрических станций и подстанций, для подключения к источнику питания эле­ ктродвигателей основных и вспомогательных насосов насосных станций и т. д.

В трехпроводных установках трехфазного тока широко исполь­ зуются трехжильные кабели с медными или алюминиевыми жила­ ми, выпускаемые на напряжение не более 35 кВ. При напряжениях

143

позволяющая создать более компактную конструкцию меньшего диаметра, благодаря чему экономится изоляция и металл на внеш­ нее покрытие. Каждая жила составлена из отдельных проволок небольшого сечения, что придает кабелю большую гибкость. Жилы изолированы кабельной бумагой 7, пропитанной специальным /изолирующим составом. Все три жилы скрущены вместе и" на них наложена из специаль­ ной пропитанной кабельной бумаги так назы­ ваемая поясная изоляция 5, которая дополни­ тельно изолирует жилы от заземленной свин­ цовой опрессованной оболочки 4. Пустоты между жилами и поясной изоляцией заполне­ ны жгутиками 6 из пряжи. Оболочка 4 служит также для защиты кабеля от влаги и сохране-

дия пропиточного состава. Для защиты от механических повреж­ дений поверх свинцовой оболочки кабеля навиты две стальные оцинкованные ленты 2. Между свинцовой оболочкой и броней по­ мещен защитный покров из пропитанной бумажной ленты, навитой на свинцовую оболочку по слою битумного состава и слоя пряжи 3. Этот покров предохраняет свинцовую оболочку от повреждения стальной броней и от химических воздействий окружающей среды. Благодаря совершенной электрической и механической защите та­ кие кабели могут быть проложены в каналах, туннелях, в земле,

S44

на открытом воздухе. При прокладке в земле кабель дополняют защитным покровом 1 из битумного состава, пряжи и мела, кото­ рый предохраняет броню от коррозии. Если нет опасности механи­ ческих повреждений, для прокладки на воздухе и в земле применя­ ют кабели без брони. В этом случае могут использоваться также кабели с алюминиевой оболочкой вместо более дорогостоящей свинцовой. Кабель рассмотренной конструкции достаточно рас­ пространен. Однако существует множество кабелей других конст­ руктивных исполнений, учитывающих специфические условия их ра­ боты и прокладки, например кабели с резиновой изоляцией в полихлорвиниловой оболочке (до 1000 В), газонаполненные (на 10 или 35 кВ), маслонаполненные (на ПО кВ и более) и т. п.

Для герметичности кабель на концах снабжен специальными концевыми воронками или муфтами, залитыми кабельной массой. При разделке кабеля в открытых установках, а также в установках с агрессивными средами применяют концевые чугунные муфты. В закрытых распределительных устройствах до 10 кВ используют более простые и'дешевые стальные воронки (рис. 94). В сухих за­ крытых помещениях при напряжении до 10 кВ в последние годы принята сухая разделка кабелей (рис. 95), а также разделка с применением эпоксидного компаунда. Эти способы разделок наибо­ лее просты, надежны и дешевы.

§ 34. ПРОКЛАДКА КАБЕЛЯ И ЕГО ВЫБОР

Прокладка кабеля. Рассмотрим прокладку кабелей в земле. Она может быть выполнена в специальных каналах, туннелях, транше­ ях, блоках, шахтах и т. п. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки и применяется в зависимости от усло­ вий, но в любом случае кабель должен быть предохранен от меха­ нических и других воздействий, которые могут привести к его по­ вреждению.

Один из наиболее распространенных способов — прокладка ка­ беля в земляной траншее. Он прост, причем укорачивается протя­ женность прокладки (трассы) кабеля, так как траншею часто мож­ но прорыть по кратчайшему расстоянию, и наиболее экономичен. Недостаток этого способа — возможность механических поврежде­ ний при раскопке, трудность проведения ремонтных работ, вредное химическое воздействие почвы.

На рис. 96, а показана схема прокладки трех кабелей в обычной земляной траншее. Для защиты от механических повреждений сверху (по ходу кабелей) уложены кирпичи. Если в одной траншее прокладывают кабели различных напряжений, то между ними де­ лают перегородки из кирпича или бетонных плит. Размеры траншеи зависят от числа прокладываемых в ней кабелей. Расстояние меж­ ду кабелями (в свету) берется по норме.

На рис. 96, б доказана прокладка в блоках, а на рис. 96, в — в туннеле. Эти способы наиболее совершенны: удобны эксплуатация, дополнительная прокладка, ремонт. Кабели надежно защищены от

145

механических воздействий. Недостаток этих способов — высокая стоимость сооружения и его сложность. Кроме того, при прокладке кабелей в блоках неблагоприятны условия их охлаждения и прихо-

а)

в)

Рис. 96. Способы прокладки кабелей:

а — в траншее, б — в блоках, в — в туннеле; 1 — просеяйная земля, 2— кирпич

дится снижать значение тока, допускаемого на кабель, что вызыва­ ет необходимость повышать его сечение. Поэтому кабели проклады­ вают в блоках только в тех случаях, когда другие способы проклад­ ки неприемлемы.

Прокладка в туннелях применима только при большом числе ка­ белей, прокладываемых по одной и той же трассе, поскольку соору­ жение туннелей очень дорого. Для улучшения теплового режима работы кабелей иногда применяют искусственную вентиляцию тун­ неля.

Кабели внутри помещений могут быть проложены по стенам (на скобах или на кронштейнах), под потолком (на кронштейнах) в полу (в закрытых ка­ налах) и специальных стеллажах. На рис. 97 показана схема прокладки в кабельных ка­ налах в полу. Размер канала зависит от числа прокладываемых в нем кабелей, рас­ стояние между кабелями (в свету) 50 мм, глубина 200 мм и более. Кабели в канале

Рис. 97. Схема проклад­ могут быть проложены на кронштейнах или ки кабелей в каналах по дну (последнее предпочтительнее). Про-

146

кладка в каналах часто практикуется на электростанциях внутри машинного зала, а также на насосных станциях, в распределитель­ ных устройствах и т. п. Во избежание попадания пыли, грязи и вла­ ги каналы должны быть сверху тщательно закрыты.

Выбор кабеля. Рассмотрим выбор сечения кабеля по экономи­ ческой плотности тока и по нагреву с последующей проверкой на термическую устойчивость при коротких замыканиях. Так же, как и при выборе шин, определяем экономически целесообразное сече­ ние жил кабеля (q) по формуле q = Iмакс. раб//э-

Максимальный рабочий ток кабеля определяем с учетом коэф­

роприемника, присоединенного к кабелю, a rj — его к. п. д. Если по кабелю подается питание только к одному потребителю, то выраже­

ние Д Л Я /макс.раб упрощается И будет иметь В И Д /макс.раб= /СоАз/ном-

(В общем выражении для определения /макс.раб принимается ариф­ метическая сумма токов в предположении, что коэффициенты мощ­ ности потребителей, получающих питание по данному кабелю, при­ мерно равны.)

Определяем по справочной таблице в зависимости от продолжи­ тельности использования максимальной нагрузки кабеля (Гмакс.ч) экономическую плотность тока /э (Глане, ч может быть задана в за­ висимости от условий выбора кабеля либо определяется расчетно по графику его годовой нагрузки).

Имея значение /э, определяем экономическое сечение жил кабе­ ля q = / Раб//э> мм2. Выбираем ближайшее к полученному экономиче­ скому сечению стандартное сечение жил — qСТанд- Проверяем выбранное сечение дСтанд по нагреву, для чего необходимо воспользо­ ваться таблицей справочника, в которой приведены значения дли­ тельно допустимых токов нагрузки на силовые кабели (/Д(Ш) и се­ чения их жил при выбранном способе прокладки и стандартной тем­ пературе окружающей среды. Найдя 1яоп, определяем /'доп с учетом действительных условий прокладки /'доп^допЮ/Сг, где К\ — коэф­ фициент поправки на число рядом лежащих в земле кабелей (сни­ жает допустимую нагрузку), Ki — поправочный коэффициент на температуру почвы. Кабель соответствует условиям нагрева, если соблюдено условие / '

§ 35. ПРОВЕРКА КАБЕЛЯ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

На термическую устойчивость кабель проверяют в соответствии с указаниями, приведенными в разделе о термическом действии то­

147

ков короткого замыкания (стр. 80). Исходными данными служат материал и сечение жил кабеля, допустимая температура нагрева в нормальном (номинальном) режиме (0 'н = '0 'Доп), значения тока трехфазного короткого замыкания — начальное (/"<з)) и установив­

предварительно определив коэффициент P"=/"(3V/m). Зная р", под­ считываем значение ^ф.а. По кривым фиктивного времени (см. рис. 39) при найденном значении р" определяем значение фиктив­ ного времени для периодической составляющей тока короткого за­ мыкания (^ф.п). Определяем полное значение фиктивного времени ^Ф= ^Ф.а + ^Ф.п- По кривым нагрева токоведущих частей током ко­ роткого замыкания (см. рис. 40) для заданного материала жилы кабеля при заданном значении -Он находим значение абсциссы Ан, а затем — абсциссы Ак:

Имея значение абсциссы Ак по кривым нагрева (см. рис. 40) для заданного материала жилы, находим его температуру нагрева ■Ок под действием тока короткого замыкания. Сравниваем найден­ ное значение О’к с допустимым значением температуры нагрева дан­ ного материала током короткого замыкания Фк.максЕсли =^0 'к.макс, значит кабель при коротком замыкании термически ус­

тойчив. Если же окажется, что 'в,к>'вк.мако т. е. кабель при корот­ ком замыкании недостаточно термически устойчив, то следует либо взять следующее большее стандартное сечение жил кабеля и вновь провести расчет, т. е. действовать путем последовательного подбо­ ра того минимального сечения жил, которое было бы достаточно тер­ мически устойчиво при коротких замыканиях, либо определить его по формуле

По найденному значению 5 Мин подбирают ближайшее большее стандартное сечение жил кабеля. На динамическую устойчивость кабель не проверяют, так как он представляет собой механически весьма прочную конструкцию.

Выбор и проверка на устойчивость токоведущих частей и аппа­ ратуры в конкретных условиях. П р и м е р . Выбрать и проверить на

148

устойчивость при коротких замыканиях сборные шины, разъедини­ тели, выключатели и кабели распределительного устройства круп­ ной насосной станции. Однолинейная схема распределительного устройства показана на рис. 98.

Шины должны быть выбраны на ток нагрузки /ном= 2200 А. На­ пряжение установки 10,5 кВ. Токи короткого замыкания, вычислен-

Рис. 98. Однолинейная схема распределительного устройства насосной станции

ные с учетом подпитывания точек к. з. током, генерируемым синх­ ронными двигателями основных насосов станции: для точки К- 1

(см. рис. 98). /"(3)=50 000 А; /1^ = 40 000 А; для точки К-2 Г'@)=

= 46 150 А; /£> = 38 520 А (максимальные значения токов короткого замыкания, протекающих через разъединители и масляные выклю­ чатели). Продолжительность действия защиты шин ^ = 3,5 с. Вык­ лючатели линий, питающих шины, обычного типа (4 = 0,15 с). Рас­ положение шин, исходя из удобств компоновки, следует взять по рис. 90, в. Ток нагрузки отходящих от сборных шин кабелей Люм.каб—550 А. Кабели служат для питания двигателей основных насосов станции, они проложены к каждому двигателю в канале. Продолжительность действия защиты кабельной линии /р= 2 с, выключателей двигателей основных насосов 4 = 0,15 с. Продолжи­ тельность использования максимальной нагрузки кабеля 7'макс.ч= = 4800 ч.

Выбор шин. Так как выбирают сборные шины распределитель­ ного устройства, то по экономической плотности тока их не рассчи­ тывают.

149

Прежде всего выберем материал шин и их форму. В качестве материала для шин возьмем наиболее распространенный в настоя­ щее время — алюминий. Форму шин в соответствии с рекомендация­ ми примем прямоугольную. Прямоугольные шины лучше охлаж­ даются, их легко собирать в пакеты и крепить.

По таблице длительно допустимых токов нагрузки на голые ши­ ны (при допустимой температуре нагрева шины 70° С и расчетной температуре воздуха 25° С) подбираем окрашенные алюминиевые шины прямоугольного сечения. Как это видно из таблицы, при мак­ симальном стандартном сечении одной полосы 5=1200 мм2, ее дли­ тельно допустимый ток /доп= 2070 А, номинальный же ток выбирае­ мых шин / НОм . ш = 2200 А. Следовательно, установка одной такой полосы на фазу недостаточна. Берем две полосы на фазу сечением каждая 5=100X 8 = 800 мм2 и объединяем их в пакет. Это дает возможность для длительного протекания тока, равного 2390 А; таким образом, выбранное сечение нас вполне удовлетворяет.

Проверяем выбранные шины на термическую устойчивость при коротком замыкании (точка К-1)- Длительность действия тока ко­ роткого замыкания на шины t = tp+ t3 = 3,5 + 0,15 = 3,65 с. Определя­ ем фиктивное время действия тока короткого замыкания.

ны не учитываем; следовательно /ф= /ф.п=3 , 1 5 с. По кривым для определения температуры нагрева токоведущих частей при корот­ ком замыкания (для алюминия) для { 1 н = ' в ’д о п = 7 0 ° С. Находим зна­ чение абсциссы Лн = 0 , 5 - 1 0 4.

+ 0,5-104 ~ 0,7• 104. По той же кривой нагрева для алюминия по зна­ чению абсциссы Лк определяем температуру нагрева шин при ко­ ротком замыкании тЭ-к = Ю0° С, что вполне допустимо, так как для

аЛЮМИНИЯ 'Ок.макс= 200° С.

Проверяем шинную конструкцию на электродинамическую ус­ тойчивость (механическую прочность) при коротком замыкании. Определяем электродинамическое усилие, действующее между дву­

150

Л = ■ 8qrioo~^ Toe = ° ’0 7 4 ’ т = 7оо= 0,08и^ф’ 0ПРеделенный

по соответствующей кривой, равен примерно 0,28, т. е. /Сф = 0,28. Тогда

Рассчитаем напряжение материала шин в зависимости от силы взаимодействия между фазами сгф, для чего определим сначала силу взаимодействия между фазами

Определяем наибольший изгибающий момент, действующий на

151