2.5 Расчетные условия и выбор токоведущих частей электрических соединений подстанции

Гибкие шины применяются для соединения электрических аппаратов в РУ. В РУ 35кВ и выше она выполняется неизолированными проводами марки АС. Для соединения генератора и трансформатора с РУ 6-10кВ гибкий шинопровод выполняется пучком проводов. Два провода из пучка сталеалюминевые, они несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода алюминиевые и являются только токоведущими, их сечение рекомендуется выбирать большими, так как это уменьшает число проводов и стоимость шинопровода.

Расчет гибкой ошиновки заключается в определении числа и сечения проводников.

Выбираем гибкую ошиновку для соединения аппаратов на напряжении 110 кВ. Определяем сечение по экономической плотности тока, ,мм²:

(30)

где J_эк – экономическая плотность тока [1], принимаемая в зависимости от характеристики и часов использования максимума нагрузки, принимаем равным 1 А/мм².

Тогда сечение должно быть не меньше:

мм²

Принимаем в соответствии с ТКП339-2011 по механической прочности и по условиям коронирования [1] сталеалюминевый провод АС-70 с радиусом0,585см, I_доп=265А;

Проверяем по допустимому току:

I_допI_утяж

265>47,17

Проверяем на термическую устойчивость:

F_min = (31)

где C – коэффициент выделения тепла, соответствующий разности тепла после и до короткого замыкания, принимается по [1] в зависимости от материала проводника и конструкции, принимаем равным 91.

По формуле (31) определяем минимальное сечение:

мм²

70мм²>13,92мм²

Провод термически устойчив.

Проверяем провода на коронирование:

1,07Е<0,9Е_о (32)

где Е – напряженность электрического поля у проводника, кВ/см;

Е_о – максимальное значение начальной критической напряженности, кВ/см.

Е= (33)

где U – линейное напряжение, кВ

D_ср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см

D_ср=1,26·D (34)

где D – расстояние между соседними фазами равное 200см, т.к. U =110кВ, [1]

Е_o= (35)

где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m=0,82).

δ – относительная плотность воздуха (δ=1,04-1,05)

По формуле (34) находим среднее геометрическое расстояние между проводами фаз:

D_ср =1,26*200=252см

По формуле (33) находим Е:

Е =

По формуле (35) находим Е_o:

Е_o =

Проверяем провода на коронирование:

Таким образом, провод АС-70 по условиям короны проходит.

Выбор гибкой ошиновки для соединения трансформаторов с распределительным устройством напряжения 6 кВ.

По формуле (30) рассчитываем сечение гибкой ошиновки. j =1, т.к. T_max=5500ч, [1]:

F_э = мм²

Сечение несущих сталеалюминевых проводов должно быть не меньше:

F_э.са = (36)

F_э.са = мм²

Принимаем два несущих сталеалюминевых провода АС 70 с I_доп = 265 А и диаметром 11мм.

Находим сечение алюминиевого провода по формуле:

F_э.а =F_э – F_э.са (37)

F_э.а =412,32-2∙70=272,32 мм²

Принимаем три алюминиевых провода АС70 с I_доп = 265 А.

Проверяем на термическую устойчивость:

По формуле (31) определяем минимальное сечение:

мм²

F_cт ≥ F_min

2∙70 +3∙70 > 122

350мм²>122мм²

Провод термически устойчив.

Проверяем по допустимому току:

848,9 < 2∙265+3∙265

848,9<1325

Выбранная гибкая ошиновка 2xАС70+3xАС70 удовлетворяет всем требованиям выбора.

Выбор сечения жестких сборных шин в комплектном распределительном устройстве напряжением 6кВ производится по нагреву:

I_утяж≤ I_доп

848,9<870

Принимаем по [1] однополосную алюминиевую шину 60х6 с I_доп=870А, типа АТТ с допустимым механическим напряжением σ_доп=85МПа, поперечное сечение шины q=6,4 см².

Проверяем шину на термическую стойкость по условию:

F_minF _ст

122< 640

Шина термически устойчива.

Проверяем шину на динамическую устойчивость. Для этого определяем наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании по формуле, Н/м:

(38)

где К_ф— коэффициент формы шин, принимается в зависимости от соотношения размеров шины, К_ф =1

а — расстояние между шинами, м, а=240 мм=0,24м, [1]

Момент сопротивления при расположении шины плашмя, м³:

(39)

гдеb — ширина шины, м

h — высота шины, м

Момент инерции поперечного сечения шины, см⁴

(40)

J = см⁴,

Изгибающий момент определяется по формуле:

(41)

где L – принятая к расчету длина пролета, определяемая по формуле:

L = (42)

L = м

Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента, МПа:

(43)

Шины механически прочны, если:

σ_расч≤ σ_доп (44)

44,45 МПа<85 МПа

Выбранная шина удовлетворяет всем условиям.

Выбор изоляторов.

В РУ шины устанавливаются на опорных, проходных и подвесных изоляторах. Жесткие шины устанавливаются на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

1. по номинальному напряжению:

(45)

2. по допустимой нагрузке:

(46)

где F_расч – сила действующая на изолятор;

F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, Н

(47)

где F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, кг·с

Сила, действующая на изолятор, определяется по формуле:

F_расч= (48)

где К_n – поправочный коэффициент на высоту шины, если шина расположена плашмя, К_n=1.

Выбираем по [6] опорный изолятор ИОР-6-375У3. Данные сводим в таблицу№14.

Таблица №14 Номинальные данные

Тип изолятора	Uн, кВ	Fизг, кН	Высота, мм	Масса,кг
ИОР-10-375	6	3,75	120	1,5

Определяем допустимую нагрузку на головку изолятора по формуле (47):

Н

Находим силу, действующую на изолятор по формуле (48):

F_расч = Н

864,42Н < 2250Н

Изолятор удовлетворяет условиям, поэтому принимает к установке опорный изолятор ИОР-6-375У3.

Проходной изолятор выбирается по тем же условиям что и опорный, а также по максимальному рабочему току:

(49)

Сила, действующая на изолятор, определяется по формуле:

F_расч= (50)

Выбираем по [6]проходной изолятор ИП-6/1600-7500 УХЛ2. Данные сводим в таблицу № 15.

Таблица №15 Номинальные данные

Тип изолятора	Uн, кВ	Pизг, кН	Fдоп, Н	Iн, А
ИО-6-3000	6	3,0	4500	3200

Находим силу, действующую на изолятор по формуле (50):

F_расч = Н

Определяем допустимую нагрузку на головку изолятора по формуле (47):

Н

Изолятор удовлетворяет условиям, поэтому принимает к установке проходной изолятор ИП-6/1600-7500 УХЛ2.

Кабели выбирают по:

1. по напряжению установки

2. по конструкции

3. по экономической плотности тока J_эк

₍₅₁₎

где J_эк = 1,6А\мм² [1 ]

4. по допустимому току

I_max≤ I_доп

где I_доп-длительно допустимый ток, А, с учетом поправки на число рядом проложенных в земле кабелей К₁ (принимается равным 1) и на температуру окружающей среды К₂ (принимается равным 1), с учетом коэффициента перегрузки в послеаварийном режимеК_ав(принимается равным 1,23)

(52)

5. по термической стойкости

F_minF _cт

Производим выбор кабеля:

Выбираем для всех отходящих линий кабель с алюминиевыми жилами с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Проверяем по напряжению:

6кВ=6кВ

Производим расчет сечения кабеля по формуле (51):

мм²

Выбираем по [6] два кабеля с алюминиевыми жилами с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение U=6кВ, сечением F=185мм², I_{доп.ном}=345А для прокладки в земле типа АП_ВП.

Проверяем по допустимому току (52):

I_доп=345·1·1·1,23=424,3А

302 А<424,3А

По формуле (31) определяем минимальное сечение:

F_min =

По термической стойкости:

18,92мм²<188,7мм²

Выбранный кабель удовлетворяет всем условиям.