3.5 Выбор шин

Для выбора шин определим расчетный ток в шинах, при ремонте и выходе из строя одной из питающей линии и с учетом выпускной способности трансформатора.

Определим расчетный ток в шинах по формуле:

I_р=S_{н тр}/√3 * U_н (3.39)

где I_р2 - расчетный ток в шинах, А

S_{н тр} - номинальная мощность трансформатора, кА

U_н - номинальное напряжение установки, кВ

Определим длительно допустимый ток для прямоугольных шин по формуле:

I_доп=К₁*I_допш (3.40)

где I_доп - допустимый длительный ток шины, А

К₁ - поправочный коэффициент при расположении шин горизонтально (плашмя), 0,95

I_{доп ш} -длительно допустимый ток для одной полосы, А

I_доп=0,95∙ 2352,94=2235,29 А

Выбираем прямоугольные алюминиевые двухполосные шины сечением 100х8 с длительно допустимым током 2945 А.

Произведем проверку: условие I_доп I_{доп ш} выполняется 2352,94 А 2945 А, выбранные шины подходят по условию длительно допустимого тока.

Проверку шин на динамическую и термическую устойчивость произведем по окончании расчетов токов короткого замыкания.

4 Расчет токов короткого замыкания

Коротким замыканием называют замыкание между фазами, замыкание фаз на землю в сетях с глухо заземленной нейтралью, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Следствия короткого замыкания:

Протекание токов короткого замыкания приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев;

Протекание токов короткого замыкания сопровождается значительными электродинамическими усилиями между проводниками;

Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения;

Короткое замыкание сопровождается переходным процессом, при котором значение токов и напряжений, а также характер изменения их во времени, зависит от соотношения мощностей и сопротивлений источника питания в цепи, в которой произошло повреждение.

Расчет токов короткого замыкания производят для выбора и проверки параметров оборудования, а также проверки установок релейной защиты.

Последовательность расчета токов при коротком трехфазном замыкании:

По расчетной схеме составить схему замещения, выбрать токи короткого замыкания;

Рассчитать сопротивления;

Определить в каждой выбранной точке 3-фазные, 1-фазные токи короткого замыкания, заполнить «Сводную ведомость токов КЗ».

Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями, магнитные связи - электрическими. Токи КЗ выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприемнике. Токи КЗ нумеруются сверху вниз, начиная от источника.

Составим расчетную схему.

Рисунок 3.1 - Расчетная схема

Составим схему замещения.

Рисунок 3.2 - Схема замещения

Вычислим сопротивления элементов:

-Для трансформатора.

R_т=2,5 мОм; Х_т=9 мОм; Z_т=85 мОм.

-Для автоматических выключателей,

1SF: R_1SF=0,05 мОм; Х_1SF=0,06 мОм; R_П1SF=0,06 мОм.

SF1: R_SF1=0,2 мОм; Х_SF1=0,25 мОм; R_ПSF1=0,5 мОм.

SF: R_SF=0,2 мОм; Х_SF=0,25 мОм; R_ПSF=0,5 мОм.

-Для кабельных линий определим удельные активное и индуктивное сопротивление,

КЛ1: r`₀=0,194 мОм/м; х₀=0,078 мОм/м.

(3.41)

(3.42)

где r₀ и х₀– удельные активное и индуктивное сопротивления, мОм/м;

L_КЛ- протяженность линии, м.

Сопротивление приводится к НН по формуле 4.4 и 4.5:

R_кл1=R^/ ,мОм, (3.43)

Х_кл1=Х^/ ,мОм, (3.44)

где R_кл и Х_кл- сопротивления, приведенные к кабельной линии, мОм;

R_ВН и Х_ВН– сопротивление на ВН, мОм;

U_ВН и U_НН– напряжения низкое и высокое, кВ.

R_кл1=116,4 =0,52 мОм.

Х_кл1=50 =0,22 мОм.

КЛ2: r`₀=0,055 мОм/м; х₀=0,055 мОм/м.

КЛ3: r`₀=0,065 мОм/м; х₀=0,065 мОм/м.

-Для ступеней распределения,

Вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ.

Вычислим сопротивления до каждой точки КЗ, полученные данные занесем в таблицу 6.1:

, (3.45)

Определяются коэффициенты К_У и p.

Определим коэффициент действующего значения ударного тока.

(3.46)

Определяются 3-фазные токи короткого замыкания.

, (3.47)

где U_К- линейное напряжение в точке КЗ, кВ;

Z_К- полное сопротивление до точки КЗ, Ом.

(3.48)

где К_У- ударный коэффициент,

Все полученные данные сведем в таблицу 3.6.

Таблица 3.6 Сводная ведомость токов КЗ

Точка КЗ	RК, мОм	ХК, мОм	ZК, мОм		КУ	кА	кА	Zn мОм	кА
К1	18,13	9,28	20,4	1,95	1	11,3	15,93	15	5,47
К2	40,5	11,18	42	3,65	1	5,51	7,77	107,3	1,52
К3	64	34,9	72,9	1,83	1	3,2	4,51	142,5	1,36

Проверим шины на динамическую устойчивость при прохождении ударного тока короткого замыкания. При прохождении ударного тока расчетное напряжение на шинах не должно превышать допустимого значения для данного металла шин.

_доп=80 мПа

Определим момент сопротивления шин при установке их плашмя:

W=вh ²/6 (3.49)

где w - момент сопротивления, см ³

в - толщина шины, см

h - ширина шины, см

W=80* 100 ²/6=13,3 см ³

Определим расчетное напряжение в шинах по следующей формуле:

_рас=1,76* 10 ^-3* I_уд²* l ²/(a* w) (3.50)

где I_уд - ударный ток второй точки короткого замыкания, кА

l - расстояние между опорными изоляторами, см

а - расстояние между осями шин смежных фаз, см

_рас=1,76* 10 ^-3* 34,27 ²* 130 ²/(35* 13,3)=75,04 МПа

Произведем проверку: условие _{рас доп} выполняется 75,04 МПа 80МПа, выбранные шины подходят.

Проверим шины на термическую устойчивость к токам короткого замыкания. Определим температуру шин до момента короткого замыкания:

_р= _о+( _доп- _о) * (I_рас2/I_доп) ² (3.51)

где _р - расчетная температура до момента короткого замыкания, ⁰С

_о - расчетная температура окружающей среды, ⁰С

_доп- допустимая температура нагрева шин в длительном режиме (70⁰), ⁰С

I_рас2 - наибольшее число рабочего тока, А

I_доп - допустимое значение тока шин, А

_р=25+(70-25) * (2312/2945) ²=25,05 ⁰С

Определим количество теплоты, выделяемое в шинах при нормальном режиме работы. А_р=0,48*10 ⁴

Определим температуру шин в момент короткого замыкания, для этого определим количество теплоты, выделяемое в момент короткого замыкания:

А_к=(А_р+(I_к.з.2/F)²)*t_пр (3.52)

где А_к - количество теплоты, выделяемое в момент короткого замыкания, А ²* с/мм ²

F - сечение шин, мм

t_пр - приведенное время действия тока короткого замыкания, сек.

А_к= (4800+(5510/800) ²) * 0,47=2278,29 А²*с/мм²

По кривым нагрева токоведущих частей при определим температуру шин в момент короткого замыкания.

_к=65 ⁰С

Так как, расчетная температура шин меньше допустимой ( _доп=200 ⁰С), шины термически устойчивы. Таким образом, шины удовлетворяют всем условиям и могут быть приняты к установке.

Аналогично проводим расчеты для шин на ЩСУ. Результаты расчетов сносим в таблицу 3.7

Таблица 3.7 – Технические данные шин

Место уста-новки	Мате-риал	Размер, мм.	а, мм.	l, мм.	Iр Iдоп	рас доп	к доп
Секция шин	Al	100х8	350	1300	2352,94 2390	76,05 80	70 200
ЩСУ-1	Al	50х5	250	1000	377 650	17,6 80	60 200
ЩСУ-2	Al	50х5	250	1000	377 650	17,6 80	60 200
ЩСУ-3	Al	50х5	250	1000	238,77 650	17,6 80	60 200
ЩСУ-4	Al	50х6	250	1000	691,2 740	17,6 80	60 200