V.3. Электродинамические усилия возникающие в п при протекании в них токов кз

V.3.1.Общие замечания.

При протекании по П токов появляются электродинамические силы. Эпюры сил, возникающих при взаимодействии проводников с токами показаны на рис. V.1.

а)	б)
в)	г)
Рис. V.1. Эпюры сил, возникающих при взаимодействие проводников с токами:а) взаимодействие тонких параллельных проводников; б) взаимодействие тонких перпендикулярных проводников; в) взаимодействие П-образных проводников; г) силы в кольцевом проводнике.

Из рис. V.1 следует, что:

- опорные изоляторы проводников, установленные на сгибах, испытывают на себе влияние больших электродинамических сил, чем изоляторы на прямом участке токоведущей части.

- при протекании тока КЗ через обмотки трансформаторов, токоограничивающих реакторов электродинамические силы стараются увеличить диаметр витков обмоток.

V.3.2. Электродинамическая стойкость

Под электродинамической стойкостью П и А понимают их способность противостоять кратковременному (в течение нескольких периодов) электродинамическому (механическому) действию токов КЗ без повреждений, препятствующих их дальнейшей исправной работе.

Заводы-изготовители характеризуют электродинамическую стойкость электрооборудования номинальным током электродинамической стойкости, установленным расчетом или типовыми испытаниями, а именно действующим значением (I_{дин.ном}) и мгновенным (i_{дин.ном}).

При проверке оборудования по электродинамической стойкости следует сопоставлять номинальные значения токов с соответствующими расчетными значениями токов трехфазного КЗ ( и ).

,

VI. Токоведущие части, контактные соединения и электрические аппараты

VI.1. Токоведущие части (твч).

VI.1.1. Классификация (рис. VI.1)

Рис. VI.1. Классификация токоведущих частей

VI.1.2. Конструкции твч

а). Жесткие провода.

Они по конструкции подразделяются на однополосные, двухполосные, шины коробчатого сечения и шины трубчатого сечения (см. рис. VI.2):

а). Однополосные шины

б). Двухполосные шины

в). Шины коробчатого сечения

г). Шины трубчатого сечения

Рис. VI.2. Классификация токоведущих частей (1 – шина прямоугольного сечения;2 – изолятор; 3 – изоляционные распорки; 4 – швеллер; 5 – шина-полутруба; 6 – сварной шов)

При расположении шин «плашмя» ухудшается их охлаждение воздухом окружающей среды , поэтому допустимые токи таких ТВЧ уменьшаются на 5 – 8 % по сравнению с допустимыми токами шин , расположенных «на ребро», но при этом электродинамическая стойкость первых шин выше (согнуть и поломать вертикально расположенные шины легче).

На подстанциях соединение силового трансформатора с РУ 6—10 кВ может выполняться шинным мостом (рис.VI.3). Жесткие шины крепятся на штыревых изоляторах, установленных на металлических или железобе­тонных конструкциях. Расстояния между фазами и изоляторами принимаются по расчету, обычно для установок 6—10 кВ расстояния между фазами 0,6 — 0,8 м, между изоляторами 1 — 1,5 м. Достоинство такого соединения — простота, а при небольшой длине — надежность и экономичность. С увеличением длины шинного моста увеличивается количество изоляторов, возрастает стоимость и снижается надежность, так как более вероятно перекрытие по изоляторам, особенно при их загрязнении. Это привело к тому, что на тепловых электростанциях открытые шинные мосты обычно не применяют.

При протекании по жестким шинам тока, они испытывают температурные расширения. Для компенсации этого явления, которое может привести к поломке изолятора, применяют компенсаторы температурных расширений жестких шин. Известно два их вида (рис. VI.3): — компенсатор в виде гибкой связи и компенсатор в виде более длинного отверстия под крепежный болт.

а). Шинный мост между трансформатором и ЗРУ 6—10 кВ: 1 — шины; 2— компенсатор в виде гибкой связи

б). Компенсатор в виде более длинного отверстия под крепежный болт, чем диаметр самого болта (1 – жесткая шина; 2 – крепежный болт; 3 – отверстие под болт)

Рис. VI.3. Виды компенсаторов температурных расширений жестких шин

б). Гибкие провода.

Гибкие провода по конструкции подразделяются на сталеалюминиевые, полые алюминиевые (рис. VI.4) и гибкие подвесные токопроводы (рис. VI.5).

1). Сталеалюминиевые провода (тип АС).

Рис. VI.4. Поперечное сечение сталеалюминиевого провода типа АС

Стальные проводники – несущие элементы, а алюминиевые – токопроводящие элементы.

Свойство гибкости достигается за счет того, что данные провода состоят из мелких проводников.

2) Гибкий подвесной токопровод.

Электрическое соединение генераторов и трансформаторов с распреде­лительным устройством 6-10 кВ может быть выполнено гибким токопроводом. Такие токопроводы состоят из пучков алюминиевых проводов, равномерно распределенных по окружности, для чего их закрепляют в кольцах-обоймах. Кольца с токоведущими проводами крепятся к сталеалюминевым проводам, воспринимающим механическую нагрузку. Число проводов определяется расчетом с учетом экономической плотности тока (рис. VI.5).

Рис. VI.5. Гибкие подвесные токопроводы:

а - гибкий токопровод от генераторного распределительного устройства (ГРУ) до трансформатора связи; б - гибкий токопровод от машинного зала до ГРУ

Несущие провода подвешены на натяжных гирляндах к стене главного корпуса и к опорам. Расстояние между кольцами-обоймами принимается 1 м. Переход от гибких проводов к линейным выводам в стене главного корпуса и ГРУ выполняется с помощью специальной концевой разделки. Расстояние между фазами гибкого подвесного токопровода 3 м. Гибкие токопроводы надежны в работе, просты в изготовлении и имеют небольшую стоимость. Это привело к широкому применению их на ТЭЦ.

Примечание : влияние поверхностного эффекта на форму поперечного сечения ТВЧ показано на рис. VI.6.

Рис. VI.6. Эффект вытеснения на поверхность ТВЧ круглого сечения вихревыми токами (J) переменного тока от внешнего источника (I) (d – толщина слоя, в котором сосредоточена основная доля плотности переменного тока)

Так как активное сечение ТВЧ для переменного тока меньше, чем для постоянного тока , то отношение сопротивлений на постоянном и переменном токах, которое называется коэффициентом поверхностного эффекта () будут обратно пропорциональны отношению активных сечений:

.

в). Кабели (на примере трехфазного кабеля с поясной изоляцией).

Отличие кабеля от электропровода.

По ГОСТ 15845-80 \"Изделия кабельные\" (термины и определения): КАБЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ - электротехническое изделие, предназначенное для передачи по нему электрической энергии, электрических сигналов информации или служащее для изготовления обмоток электрических устройств, отличающееся гибкостью.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ (Кабель) - кабельное изделие, содержащее одну или более изолированных жил (проводников), заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров, в который может входить броня, и пригодное, в частности, для прокладки в земле и под водой.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОД (Провод) - кабельное изделие, содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка из волокнистых материалов или проволоки, и не предназначенное, как правило, для прокладки в земле.

Конструкция кабеля на примере трехфазного кабеля с поясной изоляцией типа ААБ) представлена на рис. VI.7.

Рис. VI.7. Кабель с поясной изоляцией марки ААБ (1 – три алюминиевых однопроволочных либо многопроволочных жилы, секторной формы); 2 – междуфазная изоляция жилы из маслопропитанной бумаги; 3 – поясная изоляция из маслопропитанной бумаги; 4 – лента электропроводящей бумаги (экран); 5 – алюминиевая оболочка; 6- - защитный подушка из крепированной бумаги, пленки ПВХ и битума; 7- две стальные ленты; 8 – наружный покров из стеклопряжи

ААБ – кабель с алюминиевыми жилами (А), алюминиевым экраном (А), наличие брони (Б);

Стальная броня защищает кабель от механических повреждений, а защитный подушкаа - от попадания влаги внутрь кабеля. Алюминиевая оболочка всегда заземляется и вместе с экраном служат для уменьшения величина тангенциальной составляющей напряженности электрического поля, которая вызывает частичные разряды в слоях бумажной изоляции, что приводит к нагреву бумаги и ухудшению ее изоляционных свойств.

г). Закрытые токопроводы.

Они подразделяются на однофазные и трехфазные.

1). Однофазные (на примере токопровода ТЭКН – токопровод экранированный, комплектный непрерывный).

Его конструкция приведена на рис. VI.8.

а)

б)

Рис. VI.8. Закрытый однофазный токопровод типа ТЭКН: а) вид сверху; б) паперечный разрез (1 – изолятор; 2 – защитный и экранирующий магнитное поле кожух (алюминий или сталь); 3 – токоведущая жила (алюминий); 4 – крышка изолятора)

Токопроводы типа ТЭКН применяются в цепях мощных генераторов с номинальной мощностью Р_н ≥ 100 МВт. Кожух предназначен для защиты изоляторов от внешних неблагоприятных воздейтсвий (инея, дождя, снега, грязи и т. п.), а также для экранирования электромагнитного поля. В результате экранирования резко снижается величина магнитной индукции внешнего магнитного поля (снаружи кожуха). При этом :

– резко снижаются электродинамические усилия на фазах токопровода при протекании токов короткого замыкания;

– уменьшается температура металлических предметов, расположенных вблизи токопровода;

– величина магнитного поля перестает оказывать пагубное влияние на здоровье человека.

Эффект экранирования внешнего магнитного поля кожухами фаз токопровода типа ТЭКН показан на рис. VI.9.

Ток I_{а ,} протекающий по шине трубчатого сечения в фазе а, наводит как внутри , так и снаружи токопровода этой фазы магнитное поле с магнитной индукцией , которая пересекает замкнутые контуры (первый контур: кожух фазы a – алюминиевая закоротка – кожух фазы в – алюминиевая закоротка; второй контур: кожух фазы a – алюминиевая закоротка – алюминиевая закоротка – кожух фазы с – алюминиевая закоротка – алюминиевая закоротка). При этом в кожухах фаз в и с будут наводиться контурные токи J_в и J_с. Они наведут во внешнем пространстве токопровода свои магнитные поля с магнитнами индукциями и , которые будут напрвлены встречно магнитному полю, генерируемое током I_а. При этом суммарная магнитная индукция внешнего магнитного поля резко уменьшается.

Рис. VI.9. Эффект экранирования внешнего магнитного поля кожухами фаз токопровода типа ТЭКН (1 – токоведущая шина трубчатого сечения; 2 – защитный и экранирующий кожух; 3 – алюминиевая закоротка, соединяющая кожухи вместе; Г – генератор; БТ – блочный трансформатор)

2) Трехфазные.

Наибольшее распространение нашли токопроводы типа ТЗК (токопровод закрытый комплектный) и КЗШ . комплектный , закрытый, шинный (рис. VI.10).

а). Поперечный разрез токопровода ТЗК

б). Вил токопровода ТЗК

в). Поперекчный разрез токопровода КЗШ

Рис. VI.10. Закрытых трехфазных токопроводов типа ТЗК (ТЗКР) и КЗШ (1 – токоведущая жесткая шина (алюминий); 2 – изолятор;

3 – защитный кожух (алюминий или сталь); 4 – разделительная перегородка из изолятора (для токопровода типа ТЗКР)