40. Определение допустимого тока проводников по нагреванию. Выбор проводов линий по условию нагревания

Все проводники линий электропередачи должны выбираться (или прове­ряться) по условию нагревания (т.к. для ВЛ и КЛ устанавливаются определенные дли­тельно допустимые температуры ). При чрезмерном нагреве проводника и после­дующем охлаждении он может потерять свои механические свойства. В ВЛ при нагреве проводов происходит увеличение их длины в пролете => увеличивается стрела провеса=> уменьшение расстояния проводов до земли и инженерных сооружений.

На воздушных линиях всегда имеются вдоль длины соединения про­водов, а также места присоединения проводов к концевым устройствам на под­станциях. Контактные соединения со временем окисляются, причем тем больше, чем выше их температура. Следствием этого является увеличение их сопротивле­ний с последующим их нагреванием, приводящим к разрушению. Для сталеалюминевых проводов может быть допущена температура 120°С. Однако с учетом возможного окисления контактов при выборе площади сечения проводников она принимается равной 70°С.

Длительно допустимый ток I_ДОП можно найти из уравнения теплового балан­са провода в установившемся режиме:

где R_t — сопротивление провода при эксплуатационной температуре, Ом/м; Q_p__

теплота, поглощенная проводом от действия солнечной радиации, Вт/м; ω_к, ω_л — коэффициенты теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/(м°С); Т_П — до­пустимая температура провода; Т_В — расчетная температура воздуха.

В кабельных линиях при протекании тока нагреваются жилы кабеля и со­ответственно, изоляция жил. Допустимую температуру устанавливают с учетом старения изоляции кабеля, которая в зависимости от типа кабеля, вида изоляции и номинального напряжения находится в пределах от 50 до 80°С.

Допустимые токи для стандартных марок проводов ВЛ и площадей сечений различных типов кабелей приводятся в справочнике при расчетной температуре окружающей среды, для проводников, прокладываемых в воздухе - 25°С, а в земле или в воде — 15°С. Если фактическая температура отличается от расчетной, то вводится поправочный коэффициент k_t, а допустимый ток определяется по формуле

В условиях проектирования обычно принимают k_t = 1.

Для кабельных линий применяют также поправочный коэффициент, учиты­вающий прокладку нескольких рядом расположенных кабелей, т. к. они оказыва­ют тепловое влияние друг на друга.

На рис. 12.12 приведена зависимость длительно допустимого тока от пло­щади сечения алюминиевых проводов воздушных линий, которая не является ли­нейной. Это означает, что с увеличением площади сечения эффективность ее ис­пользования для пропускания тока снижается, что иллюстрирует зависимость плотности тока J_ДОП.

При выборе (проверке) проводников по условию нагревания следует при­нимать такую наименьшую площадь сечения, при которой наибольший рабочий ток I_НБ не более допустимого

(12.61)

В качестве I_НБ принимают наибольший средний получасовой ток суточного графика нагрузки.

Вместо допустимого тока иногда используют понятие допустимой мощно­сти по условию нагревания

Допустимая плотность тока по ус­ловию нагревания всегда выше нормативной экономической плотности тока J_ДОП > J_Э. Поэтому в разомкнутых сетях площади сечения проводников, выбранные по норма­тивной экономической плотности тока, выше, чем выбранные по допустимому току. В таких случаях наибольший ток совпадает с расчетным I_НБ. Следовательно, нет не­обходимости проверять площади сечения по нагреванию.

Если же площади сечения проводников выбраны по другим критериям, то в разомкнутых сетях их надо проверять дополнительно по I_ДОП.

(не знаю, нужен ли этот абзац)

В случаях замкнутой сети или состоящей из нескольких параллельных линий наибольшие токи возни­кают чаще всего в послеаварийных и ремонтных режимах. Так, при двух парал­лельных линиях (рис.12.13, а) наибольший ток одной из линий будет иметь место при отключении другой линии. В замкнутой сети (рис. 12.13, б) следует рассмат­ривать послеаварийные режимы, приведенные на рис. 12.13, в, г. д, для случаев поочередного отключения одной из линий. При этом очевидно, что наибольший ток в линии 12 будет при отключении линии 13 (I_2НБ+ I_3НБ)> а в линии 13 при от­ключении линии 12 (также I_2НБ+ I_3НБ). Что касается линии 23, то наибольший ток будет при отключении линии 12, если I_2НБ > I_3НБ, и при отключении линии 13, если I_3НБ > I_2НБ. В нормальном режиме, когда ни одна из линий не отключена, ток в ли­нии 23 будет меньше, чем в наихудшем режиме из двух предыдущих. Что касается режима по рис.12.13. д, то он в данном случае является избыточным, т. к. токи в нем по линиям 12 и 13 будут меньшими, чем соответственно в режимах по 12.13, г и 12.13, в Таким образом, применительно к каждой конкретной схеме сети следует на основе анализа предварительно наметить послеаварийные режи­мы, в которых могут возникать наибольшие токи той или иной линии.

Рис. 12.12. Зависимость допустимого тока I_ДОП и допустимой плотности тока J_ДОП от площади сечения провода воздушной линии

Рис.12.13. Схема сети: а — из двух параллельных линий;

б — замкнутой сети в нормальном режиме; в, г, д — замкнутой сети в послеаварийных режимах

41. Выбор выключателей на подстанциях.

Аппараты должны удовлетворять условиям длительной номинальной работы, режиму перегрузки (форсированный режим) и режиму возможных коротких замыканий. Аппараты должны также соответствовать условиям окружающей среды (виду установки – открытая или закрытая, температуре, запыленности, влажности и другим показателям). Как правило, все элементы системы электроснабжения выбирают по номинальным параметрам и перенапряжениям.

Номинальное напряжение аппарата соответствует классу его изоляции. Всегда имеется определенный запас электрической прочности, оговариваемый техническими условиями на изготовление и позволяющий аппарату работать длительное время при напряжении на 10-15% выше номинального (максимальное рабочее напряжение аппарата). Отклонение напряжения на практике обычно не превышает указанных величин. Поэтому при выборе аппарата достаточно соблюсти условие

U_{ном. а} > U_{ном. эл}

где U_{ном. а} – номинальное напряжение аппарата; U_{ном. эл} – номинальное напряжение электроустановки, в которой используется аппарат.

Повышению высоты установки аппарата над уровнем моря соответствует снижение применяемого напряжения. При высоте установки аппарата до 1000 м допускается максимальные рабочие напряжения. При больших высотах над уровнем моря напряжение на аппарате не должно превышать номинального значения.

При протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды аппарат может работать неопределенно долго без недопустимого перегрева. Поэтому аппарат надлежит выбирать так, чтобы максимальный рабочий ток цепи не превышал номинального тока, указанного в паспорте аппарата. Так как расчетная температура окружающей среды принята +35 ^оC, то при другой физической температуре окружающей среды t_о.ср следует вычислять длительно допустимый ток аппарата

где t_доп – температура наименьшая из допустимых для отдельных частей аппарата

Аппараты, выбранные по номинальному напряжению и номинальному току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкость при токах короткого замыкания, на отключающую способность. Измерительные трансформаторы, кроме того, проверяют на соответствие их работы требуемому классу точности.

Индуктивное сопротивление токоограничивающих реакторов в зависимости от их назначения выбирают по требуемому снижению тока короткого замыкания за реактором (для снижения необходимой отключающей способности выключателей или для использования кабелей меньшего сечения), по минимальному допустимому напряжению на шинах (для обеспечения самозапуска асинхронных двигателей).

Выбор высоковольтных выключателей

Все высоковольтные потребители подстанций, питающиеся от 5УР и 4УР (цеховые трансформаторы, высоковольтные двигатели, батареи конденсаторов), подсоединяют посредством высоковольтных выключателей (ячеек). Выбор высоковольтных выключателей производят по:

1. Напряжению электроустановки

U_{ном. а} > U_{ном. эл}

где U_{ном. а} – номинальное напряжение аппарата; U_{ном. эл} – номинальное напряжение электроустановки, в которой используется аппарат.

2. Длительному току

I_раб(max) < I_ном

где I_раб(max) – наибольший ток утяжеленного режима; I_ном – номинальный ток выключателя;

3. Электродинамической стойкости при токах короткого замыкания

I_п0 < I_дин; i_у < I_{m дин}

где I_п0 – действующее значение периодической составляющей начального тока короткого замыкания; i_у – ударный ток короткого замыкания; I_дин – действующее значение периодической составляющей тока электродинамической стойкости выключателя; I_{m дин} – амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя;

4. Отключающей способности на возможность отключения симметричного тока

I_пτ < I_{откл.ном}

где I_пτ – периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя; I_{откл.ном} – номинальный ток отключения выключателя;

5. Отключающей способности полного тока короткого замыкания (с учётом апериодической составляющей)

где i_аτ – апериодическая составляющая тока в момент расхождения контактов выключателя; β_н – нормированное процентное содержание апериодической составляющей тока короткого замыкания (определяется по критической кривой в зависимости от τ);

6. Термической стойкости. Проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока короткого замыкания

где B_к – расчётный импульс квадратичного тока короткого замыкания (кА*с²); I_т – ток термической стойкости выключателя; t_т – длительность протекания тока термической стойкости;

_{Приближенно значение теплового импульса тока короткого замыкания} B_к можно определять по формуле