Ізолятори

Забарвлення шин

Шини РУ обов'язково забарвлюють з метою:

зменшення їх корозії;

збільшення тепловіддачі і допустимого струму;

забезпечення безпеки і кодування.

При змінному трифазному струмі шини фази А забарвлюють в жовтий колір, фази В – у зелений, фази С – в червоний, нульової робочої нейтралі – у блакитний. Шини червоного кольору (фаза С) повинні розташовуватися першими на шляху можливого наближення обслуговуючого персоналу.

При постійному струмі в червоний колір фарбують позитивну шину (+), в синій – негативну (-), нульову – у блакитний. Резервну шину забарвлюють поперечними смугами кольору основної шини.

Для контролю напруги за допомогою переносних індикаторів на шинах 6-35 кВ необхідно залишати незабарвлені ділянки довжиною до 10 см на рівні людського зросту (облямовані чорною фарбою незабарвлені ділянки залишали для накладання переносних заземлень).

Ізолятори призначені для кріплення і ізолювання струмопровідних частин електричних пристроїв (шин, вимикачів тощо) від заземлених конструкцій.

Ізолятори виготовляють на певну номінальну напругу, вони повинні володіти необхідною електричною і механічною міцністю, тепло– і вологостійкістю. За функціональним призначенням ізолятори, використовувані в трансформаторних підстанціях аеропортів, можна підрозділити на опорні і прохідні.

Опорні ізолятори використовують для кріплення на них струмопровідних частин. У закритих РУ 6-10 кВ використовують опорні ізолятори типу ИО і ИОР. Букви у маркуванні позначають: И – ізолятор, О – опорний, Р – ребристий, К – для комплектних РУ. Перша після букв цифра маркує номінальну напругу (кВ), друга – мінімальне руйнуюче ізолятор зусилля F _руйн (кН). Ізолятори типу ИО і ИОР випускають зі значеннями F _руйн, рівними 2,5; 3,75; 7,5; 15; 20 і 30 кН.

Опорний ізолятор типу ИО (рис. 4.7, а) складається з фарфорового корпусу 1, покритого глазур'ю білого або коричневого кольору. Глазур при випалюванні розплавляється і, з'єднуючись з фарфором, утворює стійку до хімічних і атмосферних впливів плівку. Верхня металева вставка 2 має отвір з різьбою, що служить для кріплення струмопровідних частин. За допомогою нижньої металевої вставки 3 ізолятор кріпиться до заземленої конструкції. В ізоляторах, розрахованих на великі механічні зусилля, замість вставок використовують металеві фланці, що охоплюють корпус. З'єднання вставок і фланців з тілом ізолятора здійснюється високоякісним цементним складом 4.

Рис. 4.7. Конструкція опорного ізолятора типу ИО (а)

і кріплення шин на ребро (б)

Опорні ізолятори сприймають зусилля, що виникають в шинах і електричних апаратах при протіканні струмів КЗ. Силу, що згинає ізолятор F _зг, можна визначити за виразом

F _зг= F _д k_h, (4.12)

де F _д – електродинамічна сила, що визначається виразом (4.3);
k_h = Н/Н_из – коефіцієнт, що враховує перевищення центру шини Н, встановленої на ребро, над висотою ізолятора Н _из (рис. 4.7, б). Для шин, закріплених плазом, k_h = 1.

Максимально допустиме значення згинального зусилля для конкретного ізолятора обмежене нерівністю

F _зг ≤ 0,6 F _руйн (4.13)

Прохідні ізолятори використовують для проводу струмоведучих частин апаратів і шин через металеві корпуси, стінки та перекриття РУ.

Рис. 4.8. Конструкція прохідного ізолятора типу ІП

Для використання в закритих РУ випускають ізолятори типу ИП (П – прохідний), решта скорочення аналогічні використовуваним для опорних ізоляторів. Перша цифра в маркуванні відповідає номінальній напрузі, друга – номінальному струму ізолятора, третя – мінімальному руйнуючому зусиллю в кілоньютонах. Технічні дані прохідних ізоляторів 6-10 кВ можна знайти в довіднику [23]. На рис. 4.8 наведена конструкція прохідного ізолятора. Струмоведуча шина або стрижень 3 проходить всередині порожнього циліндричного фарфорового тіла 1. На середині ізолятора кріпиться овальний фланець 4 з двома отворами кріплення. Фланці для ізоляторів на струми до 1600 А виконують з чавуну, а на великі струми (для виключення сильного нагріву вихровими струмами і гістерезисом) з немагнітного чавуну – силуміну. З боків ізолятор закритий двома металевими шайбами 2, які мають прямокутні отвори за розміром шин.

На опорний ізолятор також діє згинаюче зусилля при протіканні струмів КЗ. Враховуючи, що плече прикладання сили дорівнює половині відстані між прохідним і найближчим опорним ізолятором, згинаючу силу можна визначити за виразом

F _зг = 0,5 F _д, (4.14)

де F _д – електродинамічна сила, що визначається виразом (4.3).

Значення сили F _зг не повинне перевищувати 0,6 F _руйн (4.13).

4.9. Шинні конструкції. Вибір шин і ізоляторів

Систему шин, встановлену на опорних ізоляторах, називають шинною конструкцією.

Залежно від компонування РУ шинні конструкції можуть закріплюватися зверху комплектних РУ (рис. 4.4), кріпитися до стіни (рис. 4.9,а) або стелі (рис. 4.9,б). Зустрічається використання стельових кутів для шинних конструкцій (рис. 4.9,в). У всіх цих випадках шини можуть розташовуватися на ізоляторі плазом (плиском) (рис. 4.4) або на ребро (рис. 4.7,б). При розташуванні шин плиском в горизонтальній площині (рис. 4.4) або на ребро у вертикальній площині (рис. 4.9,а) вони мають більшу динамічну стійкість. Шини, розташовані перпендикулярно висхідним потокам повітря (рис. 4.9,б), охолоджуються дещо гірше, що необхідно враховувати при виборі їх допустимого струму (див. приклад 1).

Рис. 4.9. Варіанти кріплення шинних конструкцій

Вид шинної конструкції вибирають при проектуванні будівельної частини та комплектуванні РУ. В аеропортах РУ виконують на основі комплектних розподільчих установок (КРУ), в яких шини розташовуються в горизонтальній площині, як правило, плазом з відстанню між осями шин а = 0,25 м при напрузі 6-10 кВ (рис. 4.4). Далі проводиться вибір шин і ізоляторів, послідовність якого покажемо на прикладі.

Приклад 1. Необхідно вибрати збірні шини і ізолятори для РУ-10 кВ аеропорту, що має секційну систему шин, укомплектовану комірками КСО-285. Робочий струм для кожної секції I _роб = 160 А, ударний і усталений струм КЗ на шинах відповідно рівні i _уд=20 кА, I_∞ =7,6 кА, час відключення живильної лінії t _в =1,5 с. Середньорічна температура в РУ υ_о =15^оС.

Вибір шин. Збірні шини згідно ПУЕ вибирають по допустимому струмовому навантаженню, виходячи з можливого максимального струму згідно виразу

I _ном ≥ I _роб.max. (4.15)

У секціонованій системі шин при ремонті однієї з секцій, робочий струм іншої секції подвоюється, отже I _роб.max=320 А. Використовуючи дані довідника [23], вибираємо алюмінієві шини 30×4 мм² (s =120 мм²), що допускають тривале протікання струму I _тр.доп = 365 А. Враховуючи, що середньорічна температура в РУ істотно відрізняється від υ_ном =25 ^оС, зробимо коректування допустимого струму за виразом

I' _{тр. доп} = k_o k_роз I_{тр . доп}, (4.16)

де k_o – коефіцієнт, що враховує відмінність середньорічної температури від номінальної і рівний

k_o=√ (υ_тр.доп- υ_о)/(υ_тр.доп- υ_ном) ≈1,14;

k_роз – коефіцієнт, що враховує вплив розташування шин на їх охолодження, що дорівнює 0,95 для шин, розташованих плиском, і рівний 1 для шин, встановлених на ребро. Тоді згідно (4.16) маємо

I' _{тр. доп} = 1,14·0,95·365=395 А,

що більше I _роб.max=320 А, тобто умова (4.15) виконується.

Далі необхідно провести перевірку обраного перетину шин на електродинамічну і термічну стійкість при струмах КЗ.

Для перевірки шин на електродинамічну стійкість визначимо за виразом (4.3) силу F _д, враховуючи, що в комірках КСО-285 відстань між опорними ізоляторами однієї фази l = 1 м, а між фазами відстань а = 0,25 м.

F _д⁽³⁾ =1,76(20·10³)²·10^-7/0,25=280 Н.

Коефіцієнт k _ф у виразі (4.3) приймаємо рівним 1, так як у відповідності з (4.2) маємо

а-b = 250-4 ˃ 2(h+b) = 2(30+4).

Узагальнюючи вирази (4.4), (4.5) і (4.6), визначимо величину внутрішнього напруження в шинах

σ_розр = M/W =(F _д⁽³· l ·6)/(10 h ² b)=(280·1·6)/(10·(0,03) ²·0,004) ≈

≈ 45·10⁶ Н/м = 45 МПа,

що менше допустимої напруги для алюмінію (див. табл. 4.1).

Перевірку обраного перерізу на термічну стійкість почнемо з визначення початкової температури шин, використовуючи формулу (4.8)

υ_поч =15+(70-25)(160/395) ² ≈ 22 ^оС.

Для розрахунку величини щільності теплового імпульсу Δ А (4.9) необхідно значення приведеного часу дії струму КЗ t_п визначити за виразом

t_п = t_п.п + t_п.а, (4.17)

де t_п.п – приведений час періодичної складової струму КЗ;

t_п.а – приведений час аперіодичної складової струму КЗ.

Припускаючи, що схема електропостачання аеропорту підключена до системи нескінченної потужності (тобто β ʺ= I_о / I_∞ =1) і пам'ятаючи, що t_в = 1,5 с, за графіком, наведеним на рис. 4.10, визначаємо періодичну складову приведеного часу t_п.п, яка дорівнює 1,2 с. У спрощених розрахунках допустимо прийняти t_п.п ≈ t_в.

Рис. 4.10. Криві для визначення періодичної складової

приведеного часу дії струму КЗ

Аперіодична складова оцінюється за виразом t_п.а =0,05(β ʺ)², однак при
t_в ˃ 1 с величиною t_п.а можна знехтувати. Таким чином, маємо t_п = 1,2 с. Підставляючи це значення у вираз (4.9), визначимо значення щільності теплового імпульсу

Δ А= I_∞ ²· t_п /s² = 7600²·1,2/120² = 0,4·10⁴ А²·с/мм⁴.

За графіком, наведеним на рис. 4.5, визначимо для алюмінієвих шин кінцеву температуру шин υ_кін, рівну 90^оС. Це нижче допустимої температури короткочасного нагрівання υ_{доп Al} = 200 ^оС (4.10).

Таким чином, обрані шини динамічно та термічно стійкі при заданому струмі КЗ.

Вибір ізоляторів. В якості опорного ізолятора виберемо ізолятор типу ИОР-10-2,5 з номінальною напругою 10 кВ, що задовольняє вимогу

U _ном ≥ U _мережі (4.18)

Перевіряємо ізолятор на згинаюче зусилля, викликане електродинамічної силою F _д⁽³⁾ = 280 Н. Узагальнюючи вирази (4.12) і (4.13) і враховуючи, що шини розташовані плиском (k _h =1), маємо

F _зг = 280·1= 280 Н < 0,6·2500=1500 Н.

Умова (4.13) витримана.

Прохідний ізолятор типу ИП-10/400-3,75 також задовольняє вимогу (4.18). Його номінальний робочий струм I _ном =400 А перевершує I _роб.max=320 А (умова (4.15).

Перевірка на механічну стійкість згідно виразам (4.14) і (4.13)

F _зг = 0,5 F _д =140 Н < 0,6 F_руйн = 0,6·3750 = 2250 Н

дає позитивний результат.

Дата добавления: 2014-01-04