Как определяется электродинамическая устойчивость жестких шин
Обновлено: 05.07.2024
Выбор жестких полосовых (коробчатых) шин осуществляется по нагреву:
I раб.мах ≤I доп , (1)
где I раб.мах – максимальный ток, А; определяется по [1] с учетом послеаварийной и ремонтного режимов; I доп – длительно доступный ток, А; таблица П.3.4. и П.3.5.(следует учитывать укладку шин “плашмя” или на “ребро”).
Поверка на электрическую стойкость при КЗ:
где q min = √В к /с, В к – расчетный импульс среднеквадратного тока КЗ (тепловой импульс); с – функция, приведенная в таблице 3.14, ((А∙с) 1/2 )/мм 2 ; q – сечение шины мм 2 , выбранная по условию (1) (таблицы П.3.4 и П.3.5).
Проверка на электродинамическую стойкость. При КЗ шины и изоляторы образуют колебательную систему, если частота этих колебаний совпадает с основной частотой, то возникает резонанс, поэтому нужно определить собственную частоту колебаний шин:
f 0 =(173.2/1 2 )∙√(J/q) - алюминиевые шины;
f 0 =(125.2/1 2 )∙√(J/q) – медные шины.
Где 1 – длина пролета, м (расстояние между двумя опорными изоляторами); J – момент инерции шины, см 4 (таблица 4.1).
Если f 0 ≥200Гц, то согласно [3] резонанса не будет и шины будут механически прочны, поэтому целесообразнее определить длину пролета 1, при которой f 0 ≥200Гц и резонанса не будет:
Дальнейший расчет шин на электродинамическую стойкость производим по σ – напряжению, возникающему в материале шин, причем расчет производится по разному для одного – двухполосных шин, а также коробчатых.
Рассмотрим эти расчеты.
3.Определим удельное усилие от тока КЗ:
f=√3∙10 -7 ∙К ф ∙(i y 2 /a), Н/м (3)
где а – расстояние между фазами, м [ПУЭ]; i y – ударный ток КЗ, кА; К ф –коэффициент формы, К ф =1.
4.Определяем изгибающий момент:
5.Определим механическое напряжение в материале шин:
σ расч =М/W, МПа (5)
где W – момент сопротивления шин, см 3 (таблица 4.1).
6.Проверка шин на механическую прочность (электродинамическую), производится по условию:
σ доп ≥ σ расч , (6)
где σ доп – допустимое механическое напряжение в материале шин, таблица 4.2.
У таких шин есть взаимодействие не только между фазами, но и полосами.
Усилие между полосами не должно приводить к их соприкосновению, поэтому между полосами устанавливают прокладки. Пролет между прокладками 1 п можно рассчитать двояко:
а) чтобы не происходило сопротивления при КЗ:
1 п ≤0,216∙√(а п /i у )∙ 4 √((Е∙J п )/К ф ), м (7)
б) чтобы не возникло резонанса:
1 п ≤0,133∙10 -2 ∙ 4 √(( Е∙J п )/m n ), м (8)
Где а п – расстояние между осями шин в пакете, см; J п – момент инерции одной полосы, см 4 (таблица 4.1); К ф – коэффициент формы (рисунок 4.5); Е – модуль упругости, Па (таблица 4.2); m n – масса полосы на единицу длины, кг/м (таблица П.3.4).
Для дальнейшего расчета примем меньшее значение 1 п .
3.Определим усилие от действия тока КЗ между полосами:
f п =( К ф /4)∙( i у 2 /в) ∙10 -7 , (9)
4.Определим напряжение в материале от взаимодействия полос:
σ п =( f п ∙1 п 2 )∙(12∙W п ), (10)
где W п – момент сопротивления от взаимодействия фаз:
σ ф =√3∙10 -8 ∙(1 2 /(а∙ W ф ))∙ i у 2 , (11)
где W ф – момент сопротивления пакета (таблица 4.1)
6.Шины обладают электродинамической прочностью, если:
σ доп ≥ σ расч = σ ф + σ п (12)
Шины коробчатого сечения обладают значительно большим моментом инерции, т.е. частота собственных колебаний много больше 200 Гц и расчет можно производить без учета механических колебаний.
Определяем напряжение в материале шин от взаимодействия фаз:
σ ф =М/W=√3∙10 -8 ∙( i у 2 ∙1 2 )/(W∙а), (13)
где W- момент сопротивления, см 3 (таблица П.3.5), зависит от расположения шин:
В горизонтальной плоскости W=2 W у-у ;
В вертикальной плоскости W=2 W х-х ;
Если в горизонтальной плоскости и швеллеры соединены жестко собой W=2 W уо-уо
Определим силу взаимодействия между швеллерами, составляющими шину коробчатого профиля (К ф =1, а=h):
f п =0,5( i у 2 /h)∙10 -7 (14)
где h – один из размеров швеллера (таблица 3.5)
Определяем напряжение в материале шин:
σ п =( f п ∙1 п 2 )∙(12∙W п ), (15)
Если швеллеры соединены жестко по всей длине, σ п =0.
Условие проверки на прочность:
σ расч = σ ф + σ п ≥ σ доп
Выбрать жесткую ошиновку в электроустановке напряжением 20 кВ, если Р уст =40 МВт, cosφ=0,8. Из расчета токов КЗ известно: I по =15 кА, i у =20 кА, Т а =0,15 с, t отк =0,3 с.
Выбираем шины по нагреву (1);
I мах =( Р уст /(√3∙U ном ∙ cosφ))∙10 3 =(40∙ 10 3 )/(1,73∙20∙0,8)=1336,7 А.
Принимаем алюминиевые шины прямоугольного сечения 80х10 мм 2 , q=800 мм 2 , I доп =1480 А (таблица 3.4). шины расположим горизонтально с постановкой “на ребро”.
Проверим на электродинамическую стойкость (2):
q min =√В к /с=√(1,0125∙10 8 )/91=110,5 мм 2
В к =I 2 по ∙(t откл ∙Т а )=(1,5∙10 4 ) 2 ∙(0,15+0,3)=1,0125∙10 8 А 2 ∙с;
800 мм 2 >110,5 мм 2 – условие выполняется.
Проверяем выбранные шины на электродинамическую стойкость:
Определим длину пролета из условия, что резонанс не возникает
1 3 /12=(8∙1) 3 /12=0.66 см 4 (таблица 4.1)
При расположении шин “на ребро” длина пролета получилась слишком мала (40 см), понадобится очень много изоляторов. Расположим шины “плашмя” и снова произведем расчет (сразу же пересчитаем I доп , который в этом случае будет на 8 % меньше, т.е. I ׳ доп =1362 А, при током токе шины по нагреву проходят):
J=(h 3 ∙b)/12=(8 3 ∙1)/12=42,6 см 4
1 -7 ∙К ф ∙(i y 2 /a)=1,73∙10 -7 ∙1∙((20∙10 3 ) 2 /0,8)=86,5 Н/м (значение а примем 0,8 м согласно ПУЭ)
Определим изгибающий момент по (4):
М=( f∙1 2 )/10=(86,5∙1,4 2 )/10=16,95 Н∙м
Определим напряжение в материале шин согласно (5):
σ расч =М/W=16,95/10,66=1,59 МПа
W=(b∙h 2 )/6=(1∙8 2 )/6=10.66 см 3 (таблица 4.1)
Проверим шины на электродинамическую стойкость (6):
σ доп =40 МПа (таблица 4.2)
Выбранные шины отвечают всем проверочным условиям.
Выбрать сборные шины напряжением 10,5 кВ в цепи генератора ТВС-32, cosφ=0,8. Из расчета токов КЗ известно: i у =28 кА; I по =20 кА; t отк =0,3 с; Т а =0,18 с. Расстояние между фазами принять а=0,8 м.
Выбираем шины по нагреву (1):
I мах =( Р гом /(√3∙U ном ∙0,95∙ cosφ))=32000/(1,73∙ 10,5∙0,8∙0,95)=2318 А.
Примем двухполосные шины 120х8 мм 2 ,b=8мм, h=120 мм, q=2∙960=1920 мм 2 , I доп =2650 А (“на ребро”), I доп =2438 А (“плашмя”).
Проверим на электродинамическую стойкость (2):
q min =(√В к )/с=[√(I 2 по ∙(t откл ∙Т а ))]/с=[√((2,8∙10 4 ) 2 ∙(0,3+0,18))]/91=(1,81∙10 4 )/91=198 мм 2
Проверим на электродинамическую стойкость:
а) Определим пролет из условия, что резонанс не возникает: 1 3 ∙b)/6=(12 3 ∙0,8)/6=230,4 см 3
Примем расстояние между изоляторами (пролет) L=1,7 м.
б) Определим пролет между прокладками, стоящими между полосами по условию (7), исключающему соприкосновение при КЗ и (8) – отсутствие резонанса:
1 п ≤0,216∙√(а п /i у )∙ 4 √((Е∙J п )/К ф )=0,216∙√(1,6/2,8∙10 4 )∙ 4 √(7∙10∙115,2/0,25)
а п =2∙b=2∙8=16 мм=16см; К ф =0,25 (рисунок 4.5)
J=(h 3 ∙b)/12=(12 3 ∙0,8)/12=115,2 см 4 ; Е=7∙10 10 Па (таблица 4.2)
1 п ≤0,133∙10 -2 ∙ 4 √(( Е∙J п )/m n )= 0,133∙10 -2 ∙ 4 √(( 7∙10 10 ∙0,23)/2,6)=0,45 м
m n =2,6 кг/м (таблица 3.4)
Примем меньшее значение пролета 1 n =0,45 м и определим число прокладок в пролете:
Примем n=3 и определим уточнено 1 п :
Для дальнейших расчетов примем 1 п =0,43 м.
в) Определим усилие от действия тока КЗ между полосами по (9):
f п =( К ф /4)∙( i у 2 /в) ∙10 -7 = (0,25/4)∙((28∙10 3 ) 2 /0,008)∙10 -7 =5880 Н/м
г) Определим напряжение в материале шин, возникающей от взаимодействия полос (10):
σ п =( f п ∙1 п 2 )∙(12∙W п )=(5880∙0,43 2 )/(12∙19,2)=4,71 МПа
W п =(b∙h 2 )/6=(0,8∙12 2 )/6=19,2 см 3
д) Определим напряжение от взаимодействия фаз (11):
σ ф =√3∙10 -8 ∙(1 2 /(а∙ W ф ))∙ i у 2 =1,73∙10 -8 ∙(1,7∙(28∙10 3 ) 2 /(0,8∙38,4))=0,75 МПа
W ф =(b∙h 2 )/3=(0,8∙12 2 )/3=38,4 см 3
е) Проверим шины на электродинамическую стойкость (12):
σ доп ≥ σ расч = σ ф + σ п =0,75+4,71=5,46 МПа
Выбранные шины обладают электродинамической стойкостью.
Выбрать сборные шины для электроустановки напряжением 10,5 кВ, если Р мах =43 МВт; cosφ=0,9; I по =20 кА; i у =31 кА; а=0,8 м; t отк =0,4 с; Т а =0,175 с.
Выбираем шины из условия допустимого нагрева (1):
I раб.мах = Р гом /(√3∙U ном ∙0,95∙ cosφ)=(43∙10 3 )/(1,73∙ 0,9∙10,5)=2630 А.
Примем шины коробчатого сечения из алюминия 2(100х45х4,5) мм 2 100-h; 45-b; 4,5-с.
Сечением q=2x775 мм 2 , I доп =2820 А, W хх =22,2 см 2 , W у-у =4,51 см 3 , для двух сращенных шин W уо-уо =48,6 см 3
J хх =111 см 4 ; J уу =14,5 см 4 ; J уо-уо =243 см 4
Данные взяты из таблице П.3.5.
Проверяем на термическую стойкость (2):
q min =[√(I 2 по ∙(t откл ∙Т а ))]/с=[√((2∙10 4 ) 2 ∙(0,4+0,175))]/91=166 мм 2
Проверяем на электродинамическую стойкость:
а) Определяем напряжение в материале шин от взаимодействия фаз (13):
σ ф =М/W=√3∙10 -8 ∙( i у 2 ∙1 2 )/(W∙а)=1,73∙10 -8 ∙(31∙10 3 ) 2 /(2∙4,51∙0,8)=2,3 МПа
примем 1=1 м и расположение в горизонтальной плоскости.
б) определим силу взаимодействия между швеллерами (14):
f п =0,5( i у 2 /h)∙10 -7 =0,5∙((31∙10 3 ) 2 /0,1)∙10 -7 =480,5 Н/м
в) Определяем напряжение в материале шин от взаимодействия швеллеров (15):
σ п =( f п ∙1 п 2 )∙(12∙W п )=(480,5∙1 2 )/(12∙4,51)=8,88 МПа
1 п =1=1 м; W п =W у-у =4,51 см 3
г) проверяем шины на электродинамическую стойкость:
σ доп ≥ σ расч ≥ σ ф + σ п =2,3+8,88=11,2 МПа
40 МПа>11,2 МПа – условие выполняется
Выбор гибких токопроводов.
В качестве гибкой ошиновки используются голые сталеалюминевые провода, выбор которых осуществляется в следующем порядке:
Выбираем провод из условия допустимого нагрева (1):
I доп и марку провода принимаем по таблице П.3.3. Подбирая сечение провода, целесообразно помнить, что согласно ПУЭ при U ном =110 кВ сечение по условию коронирования следует завышать до 70 мм 2 , а при U ном ≥220 кВ до 240 мм 2 .
Проверка на электродинамическую стойкость производится по (2):
расчет выполняется аналогичножесткой ошиновке. Гибкие провода, монтируемые на открытом воздухе можно не проверять.
На электродинамическую стойкость гибкие шины не проверяются, но при I к (3) ≥20 кА выполняется проверка на схлестывание. Расщепленную фазу нужно проверять на взаимодействие между проводами в фазе.
При напряжении ≥35 кВ нужно провод проверить по условию короны в следующем порядке:
а) Определяем начальную критическую напряженность электрического поля, кВ/см:
Е 0 =30,3∙m(1+(0,299/√r 0 )), (16)
Где m =0,82 – коэффициент шероховатости провода; r 0 – радиус провода, см (таблица П.3.3.).
б) Определяем напряженность электрического поля нерасщепленного провода:
Е=(0,354∙U)/(r 0 ∙1g(Д ср /r 0 )), (17)
Где U – линейное напряжение, кВ; Д ср – среднегеометрическое расстояние между фазами, см (Д ср =1,26Д); Д – расстояние между фазами (ПУЭ).
Чтобы снизить потери на корону при напряжении>220 кВ фазу расщепляют на 2, 3 и более проводов.
в) напряженность электрического поля расщепленной фазы определяются:
Е=k(0,354∙U)/(n∙r 0 ∙1g(Д ср /r э )), (18)
Где k – коэффициент, учитывающий число проводов (n) в фазе, r э – эквивалентный радиус расщепленной фазы, см (таблица 4.6).
г) Короны не возникнет, если:
Выбрать ошиновку ячейки линии в пределах ОРУ напряжением 330 кВ, нагрузка линии S max =220 МВА; I по (3) =10 кА; i у =20 кА; Д=5 м.
Выбираем ошиновку по допустимому нагреву (1):
I мах = S max /(√3∙ U ном )=(250∙10 3 )/(1,73∙330)=473 А
Принимаем провод АС – 240/39, I доп =610 А, r 0 =10,8 мм (таблица П.3.3).
Сечение провода завышает на открытом воздухе.
Проверку на электродинамическую стойкость не производим, так как ошиновка выполняется на открытом воздухе.
Проверку на схлестывание не производим, так как I по (3) 0 =30,3∙m(1+(0,299/√r 0 ))=30,3∙0,82(1+(0,299/1,08))=31,99 кВ/см
б) Определим напряженность поля вокруг провода (17):
Е=(0,354∙U)/(r 0 ∙1g(Д ср /r 0 ))=(0,354∙330)/(1,08∙1g(630/1,08))=39,1 кВ/см
Д ср =1,26∙Д=1,26∙500=630 см
в) Проверяем условие возникновения короны (19):
Условие не выполняется, произведем расщепление фаз на 2 провода (n=2).
г) Определим напряженность электрического поля расщепленного провода (18):
Е=k(0,354∙U)/(n∙r 0 ∙1g(Д ср /r э ))=1,054(0,354∙330)/(2∙1,08∙1g(630/6,57))=28,77 кВ/см
k=1+2(r 0 /а)=1+2(1,08/40)=1,054
r э =√(r 0 /а)=√(1.08∙40)=6.57 см, (таблица 4.6)
д) проверим повторно условие (19):
Условие не выполняется, поэтому попробуем завысить сечение провода, примем АС – 300/48; r 0 =12,05 мм.
е) Определим напряженность поля вокруг провода (17):
Е 0 =30,3∙m(1+(0,299/√r 0 ))=30,3∙0,82(1+(0,299/√1,205))=31,61 кВ/см
ж) Определим напряженность поля вокруг провода (17):
Е=(0,354∙U)/(r 0 ∙1g(Д ср /r 0 ))=(0,354∙330)/(1,205∙1g(630/1,08))=35,67 кВ/см
з) Проверим условие (19):
1,07 ∙24,76 Выбор кабелей.
Кабели в электроустановках широко применяются для выполнения потребительских линий и присоединения потребителей СН к шинам СН (0,4÷10) кВ.
Выбор осуществляется в следующем порядке:
По экономической плоскости тока:
q э =I раб /j э (20)
где q э – экономически выгодное сечение, мм 2 ; I раб – рабочий ток, А; j э – экономическая плотность тока, А/мм 2 (таблица П.0).
полученное сечение округляем до стандартного и выбираем марку кабеля (таблица П.3.6; П.3.7), учитывая условия выбора 2 и 3:
По напряжению электролустановки:
По конструкции (таблица 4.7).
Внутренний кабель проверяем по длительному допустимому току нагрева (1):
Где I мах – ток максимального режима с учетом ненормальных режимов, А; I доп – допустимый ток нагрева (таблицы П.3.6, П.3.7), табличное значение I доп должно быть скорректировано с учетом поправочных коэффициентов на число рядов лежащих кабелей – k п и температуру окружающей среды – k т (таблица П.3.8):
I доп =k п ∙ k т ∙ I доп , (21)
Проверка на электродинамическую стойкость по (2):
Выбрать кабель для питания электрического двигателя СН, Р ном =600 кВт, U ном =6 кВ, cosφ=0,9, I по =156 кА, t отк =0,03 с, Т а =0,15 с, Т мах =5000 ч. Кабель положен в кабельном туннеле с t=10 ° С.
Выбираем кабель по экономической плотности тока (20):
q э =I раб /j э =64,2/1,4=45,8 мм 2
I раб = Р гом /(√3∙U ном ∙ cosφ)= 600/(1,73∙6∙ 0,9)=64,2 А
Согласно таблице 4.7 и П.3.7, а также U ном и требованиям двигателя (трехфазный) принимаем кабель типа ААГ 3х50, I доп =110 А.
I доп =k т ∙ I доп =1,17∙110=128,7 А
k т =1,17 (таблица П.3.8)
Проверяем выбранный кабель по длительно допустимому нагреву:
128,7 А≥64,2 А – условие выполняется.
Проверка на электротермическую стойкость:
q min =√(I 2 по ∙(t откл ∙Т а ))/с=√(15 2 ∙(0,03+0,15))/98=64,9 мм 2
64,9 мм 2 >50 мм 2
Условие не выполняется, поэтому принимаем ближайшее большее сечение (таблица П.3.7) ААГ – 3х70; I доп =135 А.
Похожие страницы:
Разработка оптимального варианта понизительной подстанции для электроснабжения промышленных и
. АС. В КРУН применяется жесткая ошиновка. Выбор жестких шин. Выбор всех жестких шин, кроме сборных шин, осуществляется по экономической . 12. Таблица 11 – Результаты выбора и проверки жестких шин Место установки Назначение Расчетные данные .
Проектирование узловой подстанции 220/35/10
. 11,5 проверку прошел. 5.4 Выбор гибких и жестких шин Выбор токопроводов на стороне 220 кВ . прочностью. 1) При проектировании жестких и гибких шин выбор сечений производят по допустимым . алюминиевых проводов АС 240. Выбор жестких шин на стороне 10 кВ Для .
Проектирование системы электроснабжения завода станкостроения. Электроснабжение цеха обработки корпусных деталей
. 190 225 225 Выбор жестких шин 6кВ Согласно ПУЭ 1.3.28 жесткие шины в пределах . ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за их . 3000А применяются одно- и двухполосные шины. Выбор шин производится по нагреву. В расчете .
Проектирование электрической части подстанций
. реактора 6.9 Выбор кабелей 7. Выбор шинных конструкций 7.1 Выбор гибких шин на стороне 110 кВ 7.2 Выбор жестких шин на стороне . 10 кВ 7.3 Выбор .
Проектирование транзитной тяговой подстанции для питания системы тяги 2 х 27,5 кВ
. короткого замыкания на шинах РУ………………………. 26 2.5 Выбор трансформатора собственных нужд . аппарат; Iн – номинальный ток аппарата. Выбор шин и токоведущих частей. Вводы и перемычка . коронирования кВ/см; кВ/см; Выбор жестких шин РУ – 10 кВ. 1. Проверка .
ГОСТ Р 52736-2007
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Короткие замыкания в электроустановках
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО
И ТЕРМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Short-circuits in electrical installations.
Calculation methods of electrodynamics and thermal effects of short-circuit current
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Филиалом ОАО "НТЦ электроэнергетики" - ВНИИЭ, Московским энергетическим институтом (Техническим университетом) (МЭИ (ТУ))
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 437 "Токи короткого замыкания"
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется ежегодно в издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на трехфазные электроустановки промышленной частоты и определяет методы расчета и проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость при коротких замыканиях (КЗ).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 687-78 Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия
ГОСТ 16442-80 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия
ГОСТ 18410-73 Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
термическое действие тока короткого замыкания в электроустановке: Изменение температуры элементов электроустановки под действием тока короткого замыкания.
электродинамическое действие тока короткого замыкания в электроустановке: Механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки.
интеграл Джоуля: Условная величина, характеризующая тепловое действие тока короткого замыкания на рассматриваемый элемент электроустановки, численно равная интегралу от квадрата тока короткого замыкания по времени, в пределах от начального момента короткого замыкания до момента его отключения.
ток термической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании (ток термической стойкости): Нормированный ток, термическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании в течение нормированного времени термической стойкости.
ток электродинамической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании (ток электродинамической стойкости): Нормированный ток, электродинамическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.
4 Общие положения
4.1 Исходные положения
4.1.1 При проверке проводников и электрических аппаратов электроустановок на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ предварительно должны быть выбраны расчетные условия КЗ, т.е. расчетная схема электроустановки, расчетный вид КЗ в электроустановке, расчетная точка КЗ, а также расчетная продолжительность КЗ в электроустановке (последнюю используют при проверке на термическую стойкость проводников и электрических аппаратов, а также при проверке на невозгораемость кабелей).
4.1.2 Расчетная схема электроустановки должна быть выбрана на основе анализа возможных электрических схем этой электроустановки при продолжительных режимах ее работы. К последним следует относить также ремонтные и послеаварийные режимы работы.
4.1.3 В качестве расчетного вида КЗ следует принимать:
- при проверке электрических аппаратов и жестких проводников с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинамическую стойкость - трехфазное КЗ;
- при проверке электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость - трех- или однофазное КЗ, а на генераторном напряжении электростанций - трех- или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействию;
- при проверке гибких проводников по условию их допустимого сближения во время КЗ - двухфазное КЗ.
4.1.4 В качестве расчетной точки КЗ следует принимать такую точку на расчетной схеме, при КЗ в которой проводник или электрический аппарат подвергается наибольшему электродинамическому или термическому воздействию.
Примечание - Исключения из этого требования допустимы лишь при учете вероятностных характеристик КЗ и должны быть обоснованы требованиями соответствующих ведомственных нормативных документов.
4.1.5 Расчетную продолжительность КЗ при проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость следует определять путем сложения времени действия основной релейной защиты, в зону которой входят проверяемые проводники и электрические аппараты, и полного времени отключения соответствующего выключателя, а при проверке кабелей на невозгораемость - путем сложения времени действия резервной релейной защиты и полного времени отключения ближайшего к месту КЗ выключателя.
При наличии устройств автоматического повторного включения (АПВ) цепи следует учитывать суммарное термическое действие тока КЗ.
4.1.6 При расчетной продолжительности КЗ до 1 с допустимо процесс нагрева проводников под действием тока КЗ считать адиабатическим, а при расчетной продолжительности КЗ более 1 с и при небыстродействующих АПВ следует учитывать теплоотдачу в окружающую среду.
5 Электродинамическое действие тока короткого замыкания
5.1 Расчет электродинамических сил взаимодействия проводников
5.1.1 Электродинамические силы взаимодействия , Н, двух параллельных проводников с токами следует определять по формуле
, (1)
где - постоянный параметр, Н/А;
- мгновенные значения токов проводников, А;
- длина проводников, м;
- расстояние между осями проводников, м;
Для проводников прямоугольного сечения коэффициент формы следует определять по кривым, приведенным на рисунке 1.
Рисунок 1 - Диаграмма для определения коэффициента формы проводников прямоугольного сечения
Для круглых проводников сплошного сечения, проводников кольцевого сечения, а также проводников (шин) корытообразного сечения с высотой профиля 0,1 м и более следует принимать =1,0.
5.1.2 Наибольшее значение электродинамической силы имеет место при ударном токе КЗ.
5.1.3 Максимальную силу , Н, (эквивалентную равномерно распределенной по длине пролета нагрузки), действующую в трехфазной системе проводников на расчетную фазу при трехфазном КЗ, следует определять по формуле
, (2)
где - длина пролета, м;
- ударный ток трехфазного КЗ, А;
- коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников.
Значения коэффициента для некоторых типов шинных конструкций (рисунок 2) указаны в таблице 1.
7.3.2.1. При проверке на электродинамическую стойкость шинной конструкции, обладающей высокой жесткостью, шину в любом пролете между изоляторами, кроме крайних, следует рассматривать как стержень (балку) с защемленными концами (табл. 7.1). Наличие ответвлений допускается не учитывать, поскольку они снижают расчетные напряжения в материале шин и нагрузки в изоляторах.
7.3.2.2. Максимальное напряжение в материале шины и нагрузку на изолятор шинной конструкции высокой жесткости при трехфазном КЗ следует определять по формулам
; (7.13)
, (7.14)
где - максимальная сила, возникающая в многопролетной балке при трехфазном КЗ, Н, и определяемая по формуле (7.10);
l - длина пролета шин, м;
W - момент сопротивления поперечного сечения шины, м 3 ; формулы для его расчета приведены в табл. 7.4;
l и b - коэффициенты, зависящие от условия опирания (закрепления) шин, а также числа пролетов конструкции с неразрезными шинами. Их значения даны в табл. 7.1.
При двухфазном КЗ
, (7.15)
, (7.16)
где - максимальная сила, возникающая в многопролетной балке при двухфазном КЗ, Н, и определяемая по формуле (7.11).
При расчете напряжений в области сварных соединений, находящихся на расстоянии Z от опорного сечения, в формулы (7.13) и (7.15) следует подставлять значения 1/l (Z), вычисленные с учетом данных табл. 7.1.
7.3.2.3. Электродинамические нагрузки на отдельные проводники составных шин (рис. 7.4) при КЗ обусловлены взаимодействием токов в проводниках разных фаз и токов отдельных проводников одной фазы. Максимальное напряжение в материале составных шин следует определять по формуле
где sф.max - максимальное напряжение в материале шины, обусловленное взаимодействием тока данного проводника с токами проводников других фаз, Па, которое следует определять в зависимости от вида КЗ по формуле (7.13) или (7.15);
sэл.max - максимальное напряжение в материале шины, обусловленное взаимодействием токов отдельных проводников одной фазы. Па, которое следует определять по формуле
, (7.18)
где lэл - длина пролета элемента шины между прокладками, м;
аэл - расстояние между осями элементов составных шин (рис. 7.4), м;
Wэл - момент сопротивления поперечного сечения элемента шины, м 3 ;
iуд - ударный ток трехфазного или двухфазного КЗ, А;
n - число составных проводников фазы.
7.3.3. Проверка шинных конструкций с жесткими опорами на электродинамическую стойкость
7.3.3.1. Шинную конструкцию, изоляторы которой обладают высокой жесткостью и неподвижны при КЗ, при расчете следует представлять как стержень с защемленными концами, имеющий основную частоту собственных колебаний.
При приближённых расчётах значение qmin можно определить по формуле:
(118)
где С—функция, значения которой для различных токоведущих частей, приведе- ны в табл. 3.14 с.192 [9].
Проверка шин на электродинамическую стойкость.
Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил. В такой системе возникают колебания, частоты которых зависит от массы и жесткости конструкций. Электродинамические силы, возникающие при к.з., име- ют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебательной системы шины — изоляторы совпадут с этими значения- ми, то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственные частоты мень- ше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает. В большинстве практически применяемых конструкций шин эти условия соблюдаются, поэтому
[1] не требует проверки на электродинамическую стойкость с учетом механичес- ких колебаний. В частных случаях, например при проектировании новых конструк ций РУ с жесткими шинами, производится определение частоты собственных коле баний для алюминиевых шин:
(119)
где l— длина пролета между изоляторами, м;
J — момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпенди- кулярной направлению изгибающей силы, см 4 ;
q — поперечное сечение шины, см 2 .
Изменяя длину пролета и форму сечения шин, добиваются того, чтобы механичес кий резонанс был исключен, т. е. fо > 200 Гц. В этом случае проверка шин на элект родинамическую стойкость производится в предположении, что шины и изолято- ры являются статической системой с нагрузкой, равной максимальной электроди- намической силе, возникающей при к.з. Если f0 2 ),сечением q=1370 мм 2 ,Iдоп,ном = 4640 А. Число часов максиму- ма нагрузки потребителей подключенных к РУСН КЭС Tмах=6092ч (согласно п.1.3 [ПЗ]).В качестве температуры окружающей среды принимаем среднемесячную температуру самого жаркого месяца v0= +20 °С (для условий Северо-западного ре- гиона России).Тогда, согласно формуле (116) допустимый ток шин составит:
Проверка сборных шин на термическую стойкость.
Согласно произведённому расчету в 2.4. [ПЗ] значение Iп,0=I ” =25,6 кА для точки к.з. К-2 (шины РУСН 35 кВ КЭС), тогда по табл.10 тепловой импульс тока к.з.:
Минимальное сечение по условию термической стойкости по формуле (118):
где С=91 А*с 1/2 /мм 2 по табл.3.14 с.192 [9] для алюминиевых шин.
что меньше выбранного сечения 2´1370мм 2 , значит, шины термически стойки.
Проверка сборных шин на механическую прочность.
Шины коробчатого сечения имеют значительно больший момент инерции, чем шины прямоугольного сечения, следовательно, в шинах коробчатого сечения час- тота собственных колебаний значительно больше, чем для шин прямоугольного сечения. Это позволяет производить расчёт без учёта механических колебаний.
Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз определяется по (120) с учётом расположения фаз:
(120 )
где iу—ударный ток трёхфазного к.з., А. Согласно расчётам в п.2.5[ПЗ] значение для точки К-2 iу=69,48 кА.
l—длина пролёта между опорными изоляторами шинной конструкции. Прини-маем значение l в соответствии с рекомендациями [9] c.229 l=2 м;
Читайте также: