Расчет шинопроводов

В распределительных щитах СЭЭС применяются в основном шинопроводы, изготовленные из меди, поскольку алюминиевые имеют низкую механическую прочность и пожароопасны из-за окисления и чрезмерного нагревания контактных соединений.

Расчет шинопроводов осуществляется в следующем порядке:

1. определяется длительно протекающий по ним рабочий ток.

2. производится предварительный выбор их сечения по рабочему току.

3. проверяется динамическая и термическая стойкость по токам к.з.

Рабочий ток для предварительного выбора сечения шин щита определяют, предполагая, что по ним передается мощность всех потребителей, питающихся от щита, с учетом коэффициента одновременности их работы, или половина мощности генераторов электростанции.

Сечение шин выбирают по таблицам, которые содержат значения допустимых токов нагрузки шин различного сечения при температуре окружающей среды 45°С и перегреве 45°С. Таблицы (см. приложение, табл. 9) составлены в предположении нахождения шин в свободном пространстве судовых помещений. Однако в действительности шины щитов всегда заключены в оболочку, которая определяет исполнение щита (защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное). При этом окружающая температура шин всегда выше наружной.

Учет данного явления производится снижением допустимых токов нагрузки шин в соответствии с формулой

,

где I - допустимый ток нагрузки шины при окружающей температуре Jокр;

I₄₅ – допустимый ток нагрузки шин при окружающей температуре 45°С;

Jmax – максимально допустимая длительная температура нагрева шин, принимаемая равной 90°С.

Снижение допустимого тока нагрузки приводит к увеличению сечения шин щита иногда в 1,5 - 2 раза.

Окружающая температура шин ГРЩ принимается равной температуре воздуха судового помещения.

……………………………………..

Рис. 4.1 Кривые для определения коэффициента формы шин К_ф

………………………………………..

Проверка шин на электродинамическую стойкость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, возникающим при коротких замыканиях. Для выполнения этого необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых напряжений.

Сила взаимодействия между шинами при протекании по ним тока короткого замыкания i_max может быть выражена следующей формулой (Н):

где К = 1,76 – для случая трехфазного к.з. в электросистемах переменного тока;

К=2,04 – для случая двухфазного к.з. в электросистемах постоянного тока;

К_ф – коэффициент, учитывающий форму сечения шин (определяется по рис. 4.1)

l – расстояние между опорами;

а – расстояние между осями.

Если принять силу F равномерно распределенной по длине, то сила, приложенная к единице длины, будет равна (Н/см)

Каждую шину можно представить как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по формулам (Н м):

при одном и двух пролетах

при числе пролетов больше двух

М = fl²,

где l – длина пролета, см.

Максимальное расчетное напряжение в шине находят по формуле (Н/см²):

где W – момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, см³.

Момент сопротивления для шин прямоугольного сечения вычисляют по формулам:

при расположении шин на ребро

при расположении шин плашмя

где b, h – размеры шин, см.

Расчетное напряжение шин не должно превосходить допустимое:

s_расч £ s_доп.

Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/см², для алюминия 7000 Н/см².

При невыполнении этого условия, необходимо уменьшить величину пролета крепления шин и вновь произвести поверочный расчет.

Чтобы избежать подобных повторных расчетов, можно сразу определить наибольший допускаемый пролет по формулам:

при одном или двух пролетах

при числе пролетов больше двух

При использовании пакетов шин, собранных из отдельных полос, механическое напряжение в каждой полосе складывается из двух напряжений: от взаимодействия между пакетами шин различных полюсов (фаз) и от взаимодействия между полосами шин одного пакета. Расчет динамической стойкости шин в этом случае более сложен и производится по формулам, которые можно найти в справочниках.

Если по проводнику протекает ток к.з., температура проводника быстро повышается и, несмотря на кратковременность процесса, может достигнуть больших значений. Целью проверки шин (кабелей и других проводников) на термическую стойкость является определение температуры нагревания их током к.з. и сравнение действительной температуры нагревания J_к.з с максимально допустимой. Необходимо, чтобы соблюдалось условие

J_к.з £ J_max.

Максимально допустимую кратковременную температуру обычно принимают равной:

для медных шин J_max = +300°С;

для алюминиевых J_max = +200°С:

для кабелей с резиновой изоляцией J_max = +200°С.

Действительное значение температуры нагревания проводника переменным током к.з. определяют по кривым рис.4.2 в зависимости от величины А_{J к.з}, которую находят из уравнения

где А_Jном – величина, определяемая по кривым в соответствии с номинальной температурой нагрева проводника до короткого замыкания;

I_¥ - установившийся ток к.з.;

S – площадь поперечного сечения проводника;

t_ф - фиктивное время, отражающее длительность короткого замыкания.

За номинальную температуру нагревания проводников до короткого замыкания при определении величины А_J принимают J_ном = 90°С – для шин и J_ном = 65°С – для кабелей с резиновой изоляцией

................................................

Рис. 4.2

Зависимость температуры шин и кабелей от значения величины А_J (А² с /мм²)

1 – для алюминия, 2 – для меди

График для определения фиктивного времени

……………………………….

Поясним несколько подробнее понятие фиктивного времени. Ток к.з. в электроэнергетических системах как переменного, так и постоянного тока является величиной не постоянной, а затухающей с течением времени. Количество тепла, которое выделяется в проводнике за время короткого замыкания t_к.з пропорционально квадрату тока I²_к.з, умноженному на время t_к.з, т.е. пропорционально площади ОАБВ (рис. 4.2).

Результаты теплового расчета не изменятся, если площадь ОАБВ, которая ограничивается участком кривой АБ с переменными величинами квадрата тока к.з. за действительное время короткого замыкания, заменить на равновеликую площадь прямоугольника ОГДЕ, одна сторона которого равна квадрату установившегося тока I_¥², а другая – фиктивному времени t_ф.

В электроэнергетических системах переменного тока значение фиктивного времени находят отдельно для периодической и апериодической составляющих тока к.з.

Значение фиктивного времени t_ф.п для периодической составляющей тока к.з. определяют по кривым рис. 4.3 в зависимости от отношения

где I₀ – начальный (для t = 0) ток к.з.

Значение фиктивного времени t_ф.а для апериодической составляющей тока к.з. находят по формуле

где (r, x – активное и реактивное сопротивление короткозамкнутой цепи, w=2pf).

Общее фиктивное время равно

t_ф = t_ф.п + t_ф.а.

В электроэнергетических системах постоянного тока фиктивное время принимают равным действительному времени короткого замыкания: t_ф = t_к.з. При этом площадь ОАБВ заменяют площадью прямоугольника ОЗЖВ.

Значение среднего тока принимают равным

I_ср = 0,7 I_max,

где I_max – максимальное значение тока к.з., протекающего по проводнику.

Действительное значение температуры нагревания проводника постоянным током к.з. определяют по кривой рис. 4.3 в зависимости от величины

В заключение отметим, что динамическую стойкость шин проверяют во всех случаях. Проверку шин на термическую стойкость производят только для тех щитов, которые отключаются при коротком замыкании с выдержкой времени не менее 0,5 – 0,7с.

Проверка термической стойкости кабелей целесообразна при времени отключения короткого замыкания не менее 0,25с.

Рис. 4.3 Кривые для определения фиктивного времени периодической составляющей тока к.з. в зависимости от значения величины b

´ - при частоте 50Гц, ´´ - при частоте 400Гц

Поиск по сайту: