Электрооборудование станций и подстанций (стр. 9 из 10)

При определении вторичной нагрузки сопротивление соединительных проводов не учитывается, так как оно мало, однако сопротивление проводов создает дополнительную потерю напряжения.

Согласно ПУЭ потери напряжения в проводах от трансформаторов напряжения к счетчикам не должны превышать –0,5%, а в проводах к щитовым измерительным приборам – 3%.

Площадь сечения проводов принимают:

1,5 мм² – медных, 2,5 мм² – алюминиевых.

Выбор и расчет токоведущих частей аппаратов, шин, проводов и кабелей

Выбор и расчет токоведущих частей аппаратов и проводников – важнейший этап проектирования любой электроустановки, от которого в значительной степени зависит надежность ее работы.

При выборе токоведущих частей необходимо обеспечить выполнение ряда требований, вытекающих из условий работы.

Аппараты и проводники должны:

1. Длительно проводить рабочие токи без чрезмерного повышения температуры;

2. Противостоять кратковременному электродинамическому и тепловому действию токов КЗ;

3. Выдерживать механические нагрузки, создаваемые собственной массой и массой связанных с ними аппаратов, а также усилия, возникающие в результате атмосферных воздействий (ветер, гололед), это требование учитывается при расчете ЛЭП и РУ;

4. Удовлетворять требованиям экономичности электроустановки;

Один из важнейших вопросов – обеспечение термической стойкости аппаратов и проводников, что является следствием потерь мощности в них.

Составляющими этих потерь являются:

1. Потери в токоведущих частях, обмотках, контактах;

2. Потери от вихревых токов в металлических частях, особенно в ферромагнитных;

3. Потери в магнитопроводах трансформаторов, электромагнитов;

4. Потери в диэлектриках.

Для аппаратов и проводников эти потери являются сложной функцией тока, напряжения и частоты. Не учитывая, что при протекании по проводника частоты и напряжение меняется незначительно, то можно считать, что потери мощности пропорциональны квадрату тока.

Различают два основных режима нагрева токоведущих частей:

· Длительный нагрев рабочим током; этот режим характеризуется тепловым равновесием, в нем проводники приобретают определенную (установившуюся температуру);

· Кратковременный нагрев током КЗ; в этом режиме температура проводника непрерывно растет, так как теплота выделяется во много раз больше, чем в нормальном режиме, она не успевает отводиться и тепловое равновесие не устанавливается.

Допустимые температуры в каждом режиме различны и определяются рядом требований;

1. Обеспечить экономически целесообразный срок службы изоляции;

2. Обеспечить надежную работу контактной системы;

3. Не допускать заметного ухудшения механически свойств металла токоведущих частей;

4. Не допускать разрушение изоляции.

Рассматривая вопрос о допустимых температурах аппаратов и проводников, необходимо определить понятия о наблюдаемых температурах и температурах в наиболее нагретых точках аппаратов (машин).

Под наблюдаемыми температурами понимают температуры, найденные простым измерением. Они на 5…15 ⁰С отличаются от температуры, в наиболее нагретых точках.

Для кабелей длительно допустимые температуры определены в зависимости от номинального напряжения и конструкции кабеля:

· Для одножильных кабелей всех напряжений и 3х жильных кабелей 3 кВ – 80⁰С; для трехжильных кабелей 6 кВ – 65⁰С; 10 кВ – 60⁰С; 20 и 35 кВ – 50⁰С;

Допустимые конечные температуры для кратковременного нагрева при КЗ значительно выше допустимых температур при длительной работе, так как износ изоляции и интенсивность окисления контактов определяются не только температурой, но и длительностью теплового воздействия. Допустимые конечные температуры ( в ⁰С) при КЗ приведены ниже:

Неизолированные части аппаратов и проводников

Из меди и латуни	300
Из алюминия	200

Силовые кабели до 10 кВ включительно с бумажной изоляцией и эмалями:

Из меди	250
Из алюминия	200

Силовые кабели 20…35 кВ с бумажной изоляцией175

Силовые кабели с резиновой изоляцией, а так же провода

С резиновой и полихлорвиниловой изоляцией200

Таким образом, исходя из рабочего режима, токоведущие элементы выбирают по условиям рабочего режима и проверяют на термическую и электродинамическую стойкость при токах КЗ.

При выборе токоведущих частей по условиям рабочего режима учитываются два фактора:

· Нагрев проводника длительным рабочим током;

· требования экономичности установки.

Допустимая температура нагрева шин – 70⁰С;

Температура окружающей среды – 25⁰С; Превышение температуры шин над температурой окружающего воздуха – 45⁰С.

Теплоотдача шин пропорциональна превышению ее температуры над температурой воздуха, а потеря энергии пропорциональна квадрату тока

где - нормированное и принимаемое превышение температуры шины над температурой воздуха.

Для шин прямоугольного сечения шириной до 60 мм, расположенных плашмя, допустимый ток снижается по сравнению с табличным значением на 5%, и шириной больше 60 мм – 8%. Для кабелей таблицы длительно допустимого тока составлены в расчете на одиночный кабель, проложенный в земле при температуре почвы +15⁰С или на воздухе при температуре +25⁰С. При других условиях необходимо вводить поправочные коэффициенты на температуру почвы, воздуха (К1) и на число кабелей в траншее (к₂) [23, 59], то есть

I_ДОП=К₁×К₂×I_ДОП.

Кабели отходящих линий (к потребителям) прокладываются обычно в земле в траншеях. Кабели генераторных, трансформаторных цепей, РУ и линии к двигателям собственных нужд, как правило, имеют небольшую длину и прокладываются в кабельных каналах, туннелях, открытых шахтах, и их выбор по условиям длительного нагрева производится, как для кабелей, проложенных на открытом воздухе. Для кабелей прокладываемых к механизмам собственных нужд в котельном и турбинному цехах, следует учитывать высокую температуру воздуха в этих цехах.

При выборе сечения проводников, учитывающих условия рабочего режима, необходимо также учитывать расход проводникового материала и потери энергии в проводниках. При заданном рабочем токе увеличение площади сечения проводника связано с увеличением затрат на сооружение РУ, шинной или кабельной линий и соответствующих отчислений на амортизацию и ремонт. Но одновременно уменьшаются потери энергии, стоимость которых входит в суммарные эксплуатационные расходы. Последние являются, таким образом, функцией сечения проводника: из минимум определяет экономичное сечение проводника.

Плотность тока, соответствующую минимуму суммарных эксплуатационных расходов называют экономической плотностью тока, которое является функцией многих величин, из которых главными является стоимость проводникового материала, стоимость энергии и продолжительность использования максимальной нагрузки T_MAX установки.

«Экономическая плотность тока, А/мм²» Таблица 10.

Проводник	ТМАХ, час
	До 3000	3000-5000	Свыше 5000
Неизолированные провода и шины
Из меди	2,5	2,1	1,8
Из алюминия	1,3 (1,5)	11 (1,4)	1,0 (1,3)
Кабели с бумажной, провода с резиновой изоляцией и жилами
Из меди	3,0	2,5	2,0
Из алюминия	1,6 (1,8)	1,4 (1,6)	1,2 (1,5)
Кабель с резиновой и пластмассовой изоляцией и жилами:
Из меди	3,5	3,1	2,7
Из алюминия	1,9 (2,2)	1,7 (2,0)	1,6 (1,9)

Примечание. Числа без скобок относятся к Европейской части, Дальнему востоку. В скобках к Центральной Сибири.

В курсовом проекте при выборе кабелей к потребителям на генераторном напряжении можно принимать Т_МАХ =3000…5000ч. Для шин связи генераторов и трансформаторов на ТЭС и АЭС Т_МАХ³5000, на ГЭС - Т_МАХ<3000 ч.

Таким образом по условиям рабочего режима определяется 2е площади сечения проводников: S_ЭК, при которой обеспечивается минимум эксплуатационных расходов;

S_ДОП – при которой температура проводника не превышает допустимой при длительной работе. Однако определяются эти две площади по разным рабочим токам. Первая – по рабочему току нормального режима.

вторая – по току утяжеленного режима, то есть S_ДОП определяется из условия I’_ДОП³I_{РАБ.УТЖ.}

Принимается большая площадь сечения.

Под нормальным рабочим режимом установки или ее части понимают режим, предусматривающий план эксплуатации, при котором все элементы рассматриваемой установки находятся в рабочем состоянии. Утяжеленным называется режим при вынужденном присоединении вследствие их повреждения или в связи с профилактическим ремонтом. При этом рабочие токи других присоединений могут заметно увеличиваться и значительно превышать рабочие токи нормального рабочего режима. При отключении одной из двух параллельных ВЛ и КЛ или одного из 2х параллельно включенных трансформаторов нагрузка второй линии ли второго трансформатора увеличивается вдвое против ее нормального значения. Такой режим допускается в течении ограниченного времени (до нескольких суток) необходимого для восстановления нормального режима. Пропускную мощность линии, номинальную мощность трансформаторов выбирают с учетом таких режимов. При этом может быть использована перегрузочная способность силовых трансформаторов, кабелей 6-10 кВ и некоторых других элементов. Рабочие токи в шинах и проводах РУ в утяжеленном режиме не должны превышать номинальных значений во избежание повреждения контактных соединений и аппаратов, к которым они примыкают.