6.2 Вибір жорстких шин

Токопроводи РП напругою 6-35 кВ звичайно виконують із алюмінієвих труб або шин прямокутного чи коробчатого перерізу. Переріз шин обирають з умови нагріва шин у тривалому режимі, за який приймають режим аварійного перевантаження. Вибрані шини перевіряють на термічну та механічну стійкість при короткому замиканні. Кількість опор розраховують з умови, щоб власна частота коливань шин була більше 200 Гц. Для вибору ізоляторів розраховують сили, що діють на опори.

Визначаємо номінальний струм трансформатора на низькій стороні, А:

= = 40∙10³/(2∙1,73∙10)= 1156. (6.5)

Визначаємо максимальний струм трансформатора на низькій стороні з урахуванням можливого перевантаження, А (6.1):

=1618

Із умови вибираємо алюмінієві шини з двох смуг =2 прямокутного перерізу з табл. А.9б.

Розмір смуги: h_см - 10 мм - висота, b_см - 60 мм – ширина;

= 1680 А - припустимий тривалий струм шини;

= 600 мм² - переріз однієї смуги;

m=1,62 - питома маса однієї смуги.

Розташування шин приймаємо навзнаки (див. рис.6.1). Тоді розмір смуги по горизонталі b_см=60 мм, а розмір смуги по вертикалі h_см =10 мм.

Перевіряємо шини по допустимому струму, А :

,

1618 1680.

Умова вибору шин за нагрівом виконується.

Перевіряємо шини за термічною стійкістю за формулою (5.5) – це мінімальний переріз шини якій здатний видержувати тепловий імпульс короткого замикання у точці К2, мм²,

=(64,37∙10⁶)^0,5/89=90, 15,

де = 64,37 кА² (див. формулу 4.19)

,

90,15 600

Умова вибору шин за термічною стійкістю виконується.

Якщо шини на ізоляторах розміщені навзнаки (плашмя – рос.), то момент інерції визначається по формулі (6.6), м⁴:

= м⁴, (6.6)

Таблиця 6.5.

Формули для визначення моменту інерції J і моменту опору W поперечних перетинів шин

Переріз шин	Розрахункові формули
	J, м4	W, м3

Розрахункову частоту власних коливань шини (f₁) в герцах слід визначати по формулі

(6.7)

де Е - модуль пружності матеріалу шини, по табл.6.8

для алюмінію =7∙10¹⁰, Па;

J - момент інерції поперечного перерізу шини, м⁴;

- параметр основної частоти власних коливань шини. Значення цього параметра залежать від типу шинної конструкції і представлені в табл. 6.6.

Приймаємо схему шинних конструкції №3, =4,73.

Таблиця 6.6

Розрахункова схема шинних конструкцій

Номер схеми	Розрахункова схема	Тип балки і опори	Коефіцієнти
					r1
1		Однопрольотна, А і B - ізолятори-опори	8	1	3,14
2		Балка з двома прольотами	8	1,25	3,93
3		Балка з трьома і більш прольотами	10* 12**	1,13 1	4,73
* Для крайніх прольотів ** Для середніх прольотів.

Таблиця 6.7

Основні характеристики матеріалів шин

Матеріал шини	Марка	Тимчасовий опір розриву, МПа		Допустима напруга, МПа		Модуль пружності, 1010 Па
		матеріалу	у області зварного з'єднання	матеріалу	у області зварного з'єднання
1 Алюміній	А0, А АД0	118 59-69	118 59-69	82 41-48	82 41-48	7 7
2 Алюмінієвий сплав	АД31Т	127	120	89	84	7
	АД31Т1	196	120	137	84	7
	АВТ1	304	152	213	106	7
	1915T	353	318	247	223	7
3 Мідь	МГМ	245-255	-	171,5-178	-	10
	МГТ	245-294	-	171,5-206	-	10

Визначаємо довжину прольоту , м, за умови, що частота власних коливань буде більше 200 Гц

=

=(4,73²/(2∙3,14∙200)∙(7∙10¹⁰∙0,36∙10^–6/(1,62))^0,5) ^0,5=1,49 м.

Приймаємо прольоти довжиною = 1,4 м.

Приймаємо відстань між фазами α = 0,8 м, рис. 30-7 [7].

Визначаємо найбільше значення електродинамічної сили, яка має місце при ударному струмі КЗ, що діє в трифазній системі провідників на розрахункову фазу при трифазному КЗ, Н:

(6.8)

де - ударний струм трифазного КЗ, А;

а- відстань між осями провідників, м;

- довжина прольоту, м;

- коефіцієнт, залежний від взаємного розташування провідників. При розміщенні трьох фаз в одній площині приймають =1 [7]. Згідно рис.6.1 приймаємо = 1.

- коефіцієнт форми. Він залежить від розмірів та взаємного положення провідників. Для провідників круглого сплошного або кільцевого перерізу =1. Для провідників прямокутного перерізу його значення визначають по кривим рис.6.2. в залежності від відношення (а-b)/(h+b), де h, b – розміри смуги, а - відстань між шинами. Якщо відношення (а-b)/(h+b)≥2, з достатньою точністю можна приймати =1. В нашому випадку (а-b)/(h+b)=(80-6)/(1+6)=10,57. Тому приймаємо =1.

Рис. 6.1. Схема взаємного розташування шин

Рис. 6.2. Коефіцієнт форми для шин прямокутного перетину

=1,73∙10^–7∙1,4·(20,42∙10³)²∙1∙1/0,8=126,2 Н.

(6.9)

Напруга в матеріалі шини, що виникає при впливі згинаючого моменту від міжфазних сил, МПа:

, (6.10)

де –довжина прольоту шин, м;

W- момент опору поперечного перетину шини, м³, формули для його

розрахунку приведені табл.6.5;

 - коефіцієнт, залежний від умови того, що спирається (закріплення) шин, а також числа прольотів конструкції з нерозрізними шинами (табл.6.6). Приймаємо =10.

Момент опору шини відносно вісі , перпендикулярній дії зусилля, яке діє у горизонтальній площині, cм³:

W = =2∙1∙6²/6=12.

Напруга в матеріалі шини МПа:

=126,2∙1,4/10∙12=1,47.

Рис. 6.3. Розміщення прокладок у двохсмуговій шині

Якщо кожна фаза виконується з двох або більшого числа смуг (рис.6.3), то виникають зусилля між смугами однієї фази, що треба врахувати при вирішенні питання механічної надійності шин. Крім того ці зусилля можуть привести до небажаного зіткнення смуг.

Щоб уникнути зіткнення смуг під дією згинаючого моменту, між ними встановлюються прокладки, як це показано на рис.6.3. Звичайно товщина прокладок така ж як й товщина смуги. Проліт між прокладками вибирається так, щоб електродинамічні сили, що виникають при к.з. не викликали зіткнення смуг, м:

=

=0,216∙(2∙1/(20,42∙10³ /2))^0,5∙(7∙10¹⁰∙6∙1³/(12∙0,5))^0,25=1,0. (6.11)

де =0,5, тому що: (2h-h)/(b+h)=(2∙1-1)/(6+1)=0,11; h/b=1/7=0,114;

n_см=2 кількість смуг у шині.

Крім того потрібно врахувати частоту власних коливань, щоб не відбулося різкого збільшення зусилля внаслідок механічного резонансу. Виходячи з цього відстань між прокладками вибирається ще по одній умові, м:

=0,133∙10^–2∙(7∙10¹⁰∙6∙1³/(12∙1,62))^0,25=0,33. (6.12)

Враховується менша з двох величин

Приймаємо =0,33.

Кількість прокладок в прольоті, шт.:

=1,4/0,33=4,24. (6.13)

Приймаємо =4, розрахунковий проліт, м:

=1,4/4=0,35.

Механічну напругу в смузі від міжсмугової сили розраховуємо наступним чином. Визначаємо найбільше значення електродинамічної сили, яка має місце при ударному струмі КЗ, що діє між смугами шини, Н

=

=1,73∙10^–7∙0,35 (20,42∙10³/2)²∙0,5∙1/1=3,2 Н. (6.14)

Момент опору смуги відносно вісі , перпендикулярній дії зусилля, cм³:

= =6∙1²/6=1 .

Напруга в матеріалі смуги від міжсмугової сили, МПа:

=3,2∙0,35/(10∙1)=0,12

Сумарна напруга в матеріалі шини, МПа:

=1,47+0,12=1,59 =82 [7],

де =1,47 МПа (див. формулу 6.10).

Таким чином, шини механічно надійні.