Пофазно-экранированные токопроводы

Комплектным токопроводом называется токопровод с жесткими неизолированными проводниками и металлическим кожухом, изготовленный специализированным заводом по техническим условиям, согласованным с заказчиком, и поставляемый к месту установки частями, размеры и масса которых удобны для транспорта. Изоляцией в комплектных токопроводах служит обычно воздух; при высоких напряжениях – элегаз.

В пофазно-экранированных токопроводах проводники каждой фазы вместе с опорными изоляторами охвачены проводящими заземленными экранами – кожухами, назначение которых заключается в следующем: 1) обеспечить безопасность обслуживания; 2) защитить проводники, изоляторы от пыли, влаги, случайного попадания посторонних предметов; 3) исключить возможность междуфазных замыканий в пределах токопровода; 4) уменьшить электродинамические силы взаимодействия между проводниками при внешних КЗ; 5) устранить нагревание индуктированными токами стальных несущих конструкций, арматуры железобетонных стен и перекрытий.

Пофазно екранований струмопровід

Последние два требования могут быть выполнены, если внешнее магнитное поле (вне кожухов) будет возможно полнее компенсировано токами, индуктированными в кожухах. Это и имеет место в токопроводах с непрерывной замкнутой системой кожухов типа ТЭН (токопровод экранированный, непрерывный).

1 – місце зварювання, 2 – алюмінієві перемички, 3 – поперечні балки

Как видно из схемы рис., секции кожухов каждой фазы соединены между собой сваркой. По концам токопровода кожухи трех фаз соединены с помощью приваренных алюминиевых перемычек в виде плит или труб. Заземляют экраны в одной точке, для чего одну из перемычек присоединяют к контуру заземления электростанции.

Таким образом, кожухи образуют замкнутую трехфазную систему. В рабочем режиме в них индуктируются токи, приблизительно равные токам в проводниках, но направленные противоположно. Они проходят вдоль кожухов, распределяясь равномерно по периметру, и переходят из одного кожуха в два других по концам токопровода. Геометрическая сумма их равна нулю. Эти токи в дальнейшем называются циркулирующими в отличие, от вихревых токов, замыкающихся в пределах кожуха каждой фазы (подробнее ниже). Циркулирующие токи уменьшают внешнее магнитное поле токопровода. Если бы токи в кожухах в точности соответствовали токам в проводниках и находились с ними в фазе, то внешнее магнитное поле отсутствовало бы. Однако кожухи обладают активным сопротивлением. Вследствие этого токи в кожухах не точно совпадают по фазе с токами в проводниках и внешнее магнитное поле компенсируется не полностью. Однако в рабочем режиме индукция внешнего поля настолько мала, что опасность нагревания стальных конструкций индуктированными в них вихревыми токами практически отсутствует. Рассмотрим экранирующее действие непрерывной системы кожухов на электродинамические силы, действующие на проводники и кожухи при КЗ. Известно, что электродинамическая сила, действующая на единицу длины проводника, равна произведению его тока и индукции магнитного поля (около рассматриваемого проводника), создаваемого токами соседних проводников. Следовательно, для определения сил, действующих на проводники токопровода, необходимо прежде всего определить магнитную индукцию внутри кожухов при КЗ. Токи, индуктируемые в кожухах, уменьшают магнитную индукцию. Это уменьшение не одинаково для магнитных потоков от периодической и апериодической составляющих тока КЗ.

Экранирующее действие непрерывной системы кожухов удобно проследить на примере однофазного (двухпроводного) токопровода. Допустим, что ток І_А в проводнике фазы А) соответствует периодической составляющей тока КЗ с постоянной амплитудой. Требуется определить индукцию внутри кожуха фазы В. В кожухе фазы А индуктируется циркулирующий ток І'_А близкий по значению к току 1_А, но сдвинутый по фазе на некоторый угол вследствие влияния активного сопротивления кожуха. Этот угол невелик, поскольку активное сопротивление кожуха значительно меньше индуктивного сопротивления. Ток І'_А замыкается через кожух фазы В (на рисунке не показано). Магнитный поток, охватывающий кожух фазы А, определяется геометрической суммой токов І_А и - І'_А, или так называемым остаточным током, не превышающим 0,1І_А. Следовательно, магнитная индукция вокруг кожуха фазы А от периодической составляющей тока КЗ не превышает 0,1 соответствующего значения при отсутствии кожуха. Этот уменьшенный магнитный поток индуктирует в кожухе фазы В периодические вихревые токи, замыкающиеся у пределах кожуха. В одной половине кожуха они направлены так же, как в проводнике фазы А, в другой половине – в противоположную сторону. Вихревые токи значительно меньше циркулирующих токов, однако они достаточны, чтобы препятствовать проникновению магнитного поля в кожух. В результате магнитная индукция около проводника В не превышает 0,01 соответствующей индукции при отсутствии кожухов: она уменьшается в 10 раз циркулирующим током в кожухе фазы А и еще в 10 раз вихревыми токами в кожухе фазы В. Соответственно уменьшается (т. е. практически исчезает) электродинамическая сила на проводник В, обусловленная периодической составляющей тока КЗ.

В переходном режиме ток КЗ содержит не только периодическую, но и апериодическую составляющую, затухающую с постоянной времени Т_а. Поэтому при КЗ токи, индуктируемые в кожухах, также содержат апериодические составляющие, уменьшающие апериодическую составляющую индукции внешнего магнитного поля, а также поля в кожухах. Эти токи -затухают с постоянными времени, значительно меньшими постоянной Т_а (значение последней принято здесь 0,4 с). В начальный момент апериодическая составляющая индукции вокруг кожуха А равна нулю, поскольку она полностью компенсируется апериодической составляющей циркулирующего тока, возникающего в кожухе.

Из изложенного следует, что непрерывная замкнутая система кожухов, охватывающая проводники с током, обеспечивает в рабочем режиме почти полную компенсацию внешнего магнитного поля токопровода. Следовательно, в окружающих стальных конструкциях не возникают сколько-нибудь заметные потери мощности от индуктированных токов и перемагничивания. При КЗ экранирующее действие кожухов также весьма заметно. Электродинамические силы на проводники обусловлены в основном апериодической составляющей тока КЗ. Они в несколько раз меньше электродинамических сил на проводники при отсутствии кожухов. Электродинамические силы на кожухи еще меньше. Эти положительные качества экранированных токопроводов приобретены за счет значительного увеличения расхода цветного металла, дополнительных потерь энергии в кожухах и ухудшенных условий теплоотдачи от проводников в окружающую среду. Последнее объясняется тем, что нагретый кожух представляет собой барьер, препятствующий передаче тепла от проводников в окружающую среду. Чтобы обеспечить отвод тепла от проводников, температура их должна быть выше температуры кожухов. Номинальная температура для проводников в продолжительном режиме установлена равной 120°С, т.е. значительно выше соответствующей температуры для неэкранированных шин. Такая температура может быть допущена при условии, что большая часть электрических соединений выполнена сваркой, а контактные поверхности болтовых соединений покрыты слоем серебра. Номинальная температура для кожухов установлена равной 80 °С при температуре воздуха 35 °С.

В кожухах токопровода индуктируется ЭДС, равная произведению тока в проводниках и взаимного индуктивного сопротивления между проводником и кожухом. Эта ЭДС составляет приблизительно 3 – 4 мВ на 1 м длины кожуха и на 1000 А рабочего тока и не представляет опасности для обслуживающею персонала.

Дата добавления: 2014-01-06