ВЫБОР ГИБКИХ ШИН И ТОКОПРОВОДОВ

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов с РУ 6-10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка – сталеалюминиевые – несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода – алюминиевые – являются только токоведущими. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм²), так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.

Гибкие провода применяются для соединения блочных трансформаторов с ОРУ.

Провода линий электропередач напряжением более 35 кВ, провода длинных связей блочных трансформаторов с ОРУ, гибкие токопроводы генераторного напряжения проверяются по экономической плотности тока

, (3.14)

где I_норм – ток нормального режима (без перегрузок);

J_э – нормированная плотность тока, А/мм².

Сечение, найденное по (3.14), округляется до ближайшего стандартного.

Проверке по экономической плотности тока не подлежат:

- сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при Т_max до 5000 ч;

- ответвления к отдельным электроприемникам U < 1 кВ, а также осветительные сети;

- сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений;

- сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.

Проверка сечения на нагрев (по допустимому току) производится по (3.10)

.

Выбранное сечение проверяется на термическое действие тока КЗ по (3.13)

; .

При проверке на термическую стойкость проводников линий, оборудованных устройствами быстродействующего АПВ, должно учитываться повышение нагрева из-за увеличения продолжительности прохождения тока КЗ. Расщепленные провода ВЛ при проверке на нагрев в условиях КЗ рассматриваются как один провод суммарного сечения.

На электродинамическое действие тока КЗ проверяются гибкие шины РУ при и провода ВЛ при .

При больших токах КЗ провода в фазах в результате динамического взаимодействия могут настолько сблизиться, что произойдет схлестывание или пробой между фазами.

Наибольшее сближение фаз наблюдается при двухфазном КЗ между соседними фазами, когда провода сначала отбрасываются в противоположные, а затем после отключения тока КЗ движутся навстречу друг другу. Их сближение будет тем больше, чем меньше расстояние между фазами, чем больше стрела провеса и чем больше длительность протекания и значение тока КЗ. Сближение гибких токопроводов при протекании токов КЗ может быть определено по следующей методике.

Определяется усилие от длительного протекания тока двухфазного КЗ, Н/м,

,

где а – расстояние между фазами, м (для ОРУ расстояние между фазами принято обозначать буквой D);

I⁽²⁾ – среднеквадратичное значение (за время прохождения) тока двухфазного КЗ.

С достаточной точностью для расчетов можно принять

.

Подставляя эти величины, получаем усилие, Н/м:

. (3.15)

Определяют силу тяжести 1 м токопровода с учетом внутрифазных распорок, Н/м

,

где m – масса 1 м токопровода, кг.

Определяют отношение , где h – максимальная расчетная стрела провеса провода в каждом пролете при максимальной расчетной температуре, м; t_эк – эквивалентное по импульсу время действия быстродействующей защиты, с. Для цепей генераторов и трансформаторов в среднем

,

где t_з – действительная выдержка времени защиты от токов КЗ;

0,05 – учитывает влияние апериодической составляющей.

По диаграмме (рис. 3.8) в зависимости от f/g и определяют отклонение провода b, м, и угол a.

Найденное значение b сравнивают с максимально допустимым:

, (3.16)

где d – диаметр токопровода;

а_доп – наименьшее допустимое расстояние в свету между соседними фазами в момент их наибольшего сближения.

 

Для токопроводов генераторного напряжения а_доп = 0,2 м, для ОРУ согласно ПУЭ при 110 кВ – 0,45 м; 150 кВ – 0,6 м; 220 кВ – 0,95 м; 330 кВ – 1,4 м; 500 кВ – 2 м.

Если окажется, что b > b_доп, то необходимо уменьшить стрелу провеса или увеличить расстояние между фазами. В гибких подвесных токопроводах уменьшение стрелы провеса может привести к значительному увеличению механических напряжений в проводе, а увеличение расстояния между фазами ведет к увеличению размеров ОРУ. Поэтому в некоторых случаях устанавливают поперечные распорки, присоединяемые к вазам через изоляторы, что позволяет не увеличивать расстояние между фазами и не уменьшать стрелу провеса. Когда все же необходимо уменьшение стрелы провеса, устанавливают дополнительные опоры, т.е. фактически уменьшают пролет, чтобы сохранить механическое напряжение в проводах в допустимых пределах (механический расчет проводов рассматривается в курсе «Электрические сети»).

Гибкие токопроводы с расщепленными фазами проверяются также по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. Расчет производится в следующем порядке.

Усилие на каждый провод от взаимодействия со всеми остальными n-1 проводами составляет, Н/м,

, (3.17)

где n – число проводов в фазе;

d – диаметр фазы, м;

– действующее значение тока трехфазного КЗ, А.

Под действием импульсных усилий f_ц проводники фазы стремятся приблизиться к центру. Для фиксации проводов и уменьшения импульсных усилий в них устанавливают внутрифазовые (дистанционные) распорки.

Расстояние между распорками должно быть, м,

, (3.18)

где k = 1,8 – коэффициент допустимого увеличения механического напряжения в проводе при КЗ;

s_max – максимальное напряжение в проводе при нормальном режиме, МПа (при температуре 40°С или при гололеде и температуре -5°С);

b – коэффициент упругого удлинения материала провода (для алюминия b = 159 × 10^-13 м²/Н);

g₁ – удельная нагрузка от собственной массы провода, МПа/м;

g_к – удельная нагрузка от сил взаимодействия при КЗ, МПа/м:

,

(q – сечение провода, мм²);

,

(Т_ф,max – максимальное тяжение на фазу в нормальном режиме, Н).

Максимальное тяжение на фазу определяется при механическом расчете проводов гибкой связи одновременно с определением максимальной стрелы провеса.

На участках токопровода вблизи источников питания расстояние между дистанционными распорками может составлять всего 3-5 м, а на удаленных пролетах по мере уменьшения токов КЗ это расстояние возрастает. Если по условию электродинамической стойкости дистанционных распорок не требуется, их устанавливают через 15 м для фиксации проводов расщепленной фазы.

Проверка по условиям короны необходима для гибких проводников при напряжении 35 кВ и выше. Разряд в виде короны возникает около провода при высоких напряженностях электрического поля и сопровождается потрескиванием и свечением. Процессы ионизации воздуха вокруг провода приводят к дополнительным потерям энергии, к возникновению электромагнитных колебаний, создающих радиопомехи, и к образованию озона, вредно влияющего на поверхности контактных соединений. Правильный выбор проводников должен обеспечить уменьшение действия короны до допустимых значений. Подробно явления коронного разряда изучаются в курсе «Техника высоких напряжений». Рассмотрим порядок расчета для выбора сечения проводов по условиям короны.

Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см,

, (3.19)

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

r₀ – радиус провода, см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению

, (3.20)

где U – линейное напряжение, кВ;

D_ср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

При горизонтальном расположении фаз

,

где D – расстояние между соседними фазами, см.

В распределительных устройствах 330 кВ и выше каждая фаза для уменьшения коронирования выполняется двумя, тремя или четырьмя проводами, т.е. применяются расщепленные провода (рис. 3.9). В отдельных случаях расщепленные провода применяются также на линиях 220 кВ. напряженность электрического поля (максимальное значение) вокруг расщепленных проводов, кВ/см,

, (3.21)

где k – коэффициент, учитывающий число проводов n в фазе;

r_эк – эквивалентный радиус расщепленных проводов (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Значения k и r_эк

 

Данные	Число проводов в фазе n
Коэффициент k
Эквивалентный радиус rэк, см

 

Расстояние между проводами в расщепленной фазе a принимается в установках 220 кВ 20-30 см, в установках 330-750 кВ – 40 см.

При горизонтальном расположении проводов напряженность на среднем проводе примерно на 7 % больше величин, определенных по (3.19) и (3.21).

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9Е₀. Таким образом, условие образования короны можно записать в виде

. (3.22)