Трансформаторные подстанции высочайшего качества

с нами приходит энергия

develop@websor.ru

Выбор сечения шинопроводов

При прохождении тока по проводнику последний нагревается. Количество энергии, выделенное неизменным током, определяется из выражения:

где — количество выделенного тепла, Вт⋅с; I — ток в проводнике, A; R — сопротивление проводника, Ом; t — время прохождения тока, с.
Часть выделяемого тепла идет на повышение температуры проводника, а часть отдается в окружающую среду.
Находящиеся в воздухе шины охлаждаются главным образом путем конвекции, обусловленной движением воздуха вблизи поверхности проводника. Отвод тепла путем лучеиспускания невелик вследствие сравнительно малых температур нагрева проводника. Отвод тепла за счет теплопроводности ничтожен из-за малой теплопроводности воздуха.
Температура токопровода при прохождении тока повышается до наступления теплового равновесия, когда тепло, выделяемое в проводнике, оказывается равным теплу, отводимому с его поверхности в окружающую среду. Превышение температуры проводника над температурой окружающей среды пропорционально количеству выделяемого тепла, а следовательно, квадрату длительно проходящего но проводнику тока и зависит от условий прокладки шин.

Задача расчета шин на нагревание обычно сводится к определению тока, при котором температура проводника не превышает допустимого значения. При этом должны быть известны допустимая температура нагрева проводника, условия его охлаждения и температура окружающей среды. Предельно допустимая температура нагрева шин при длительной работе равна 70°С. Такая температура в основном принята для обеспечения удовлетворительной работа болтовых контактов, как правило, имеющихся в ошиновках. При кратковременном нагреве, например, токами к. з. допустимы предельные температуры для медных шин 300°С, для алюминиевых 200°С. Длительная работа шин при температуре, превышающей 110°С, приводит к значительному снижению их механической прочности вследствие отжига. Расчетная температура окружающей среды для голых проводников по действующим ПУЭ принята 25°С.
Нагрузочная способность проводника характеризуется длительно допустимым током нагрузки, определенным из условий нагрева его при заданных разностях температур проводника
и окружающей среды .
Рассмотрим определение нагрузочной способности однородных неизолированных проводников. При тепловом равновесии количество тепла, выделяемое за единицу времени током
I в проводе сопротивлением R, равно количеству тепла, отводимому в окружающую среду за то же время:



где
— коэффициент теплоотдачи путем конвекции и лучеиспускания (теплопроводность воздуха мала), равный количеству тепла, отводимому в окружающую среду с поверхности проводника при разности температур между проводником и окружающей средой ; F — поверхность охлаждения проводника, ; — температуры проводника и окружающей среды, °С.
Если температуру нагрева проводника приравнять длительно допустимой
и принять расчетную температуру окружающей среды , то из условия (10-22) можно определить длительно допустимый ток:

Таким образом, при заданных температурных условиях нагрузочная способность проводника возрастает с увеличением его поверхности охлаждения F, коэффициента теплоотдачи и уменьшением его электрического сопротивления .
Вычисление длительно допустимых токов по указанным формулам достаточно сложно, поэтому в практических расчетах электросетей используют готовые таблицы длительно допустимых токов нагрузки на шины из разных материалов и при разных условиях прокладки, определенных при длительно допустимой температуре окружающей среды. В связи с этим проверка шинопроводов на нагревание сводится к проверке выполнения условия



где — максимальный рабочий ток цепи, в которую включен проводник; — длительно допустимый из условий нагрева тока нагрузки шинопровода.
Наличие явления поверхностного эффекта приводит к тому, что при переменном токе активное сопротивление всегда несколько больше, чем при постоянном. Поэтому согласно формуле (10-23) при прочих равных условиях допустимый ток нагрузки проводника при переменном токе несколько меньше, чем при постоянном. Наиболее существенно это явление сказывается при сплошном сечении шинопровода, например шинопровода прямоугольного сечения.
Иногда применяют шинопроводы трубчатого сечения. В неразрезанных трубах используется металл, расположенный только по поверхности сечения, в результате чего повышение сопротивления от поверхностного эффекта невелико и допустимые нагрузки при постоянном и переменном токах примерно одинаковы.
В установках всех напряжений жесткие шины окрашивают цветными эмалевыми красками. Помимо того, что это облегчает ориентировку и предотвращает коррозию шин, окраска также влияет на нагрузочную способность шин. Постоянное лучеиспускание окрашенных шин значительно больше, чем неокрашенных, поэтому охлаждение шин путем лучеиспускания улучшается, а это в свою очередь приводит к увеличению нагрузочной способности шин. При неизменных температурных условиях допустимый ток нагрузки окрашенных шин на 12—15% больше, чем неокрашенных.

Наибольшая алюминиевая шина прямоугольного сечения 120х10 мм кв. имеет длительно допустимый ток при переменном токе, равный 2070 А. При большем токе нагрузки применяют на фазу несколько полос, собранных в общий пакет и укрепленных совместно на опорных изоляторах. Расстояние между полосами в пакете нормально составляет толщину одной полосы, что необходимо для охлаждения шины в пакете. С увеличением числа полос на фазу допустимая нагрузка возрастает непропорционально числу полос в пакете. При переменном токе, кроме того, еще сказывается эффект близости (подробнее см. раздел). Все это приводит к тому, что нагрузочная способность пакета из нескольких шин меньше, чем суммарная нагрузочная способность того же количества одинаковых шин таких же размере.
Для того чтобы в условиях эксплуатации не имело места превышение допустимых потерь напряжения, шинопроводы рассчитываются по потерям напряжения, как изложено в разделе.

ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ НЕИЗОЛИРОВАННЫХ ШИН

Допустимые длительные токи для окрашенных шин приведены в таблицах ниже. Они приняты из расчета допустимой температуры их нагрева + 70 °С при температуре воздуха +25 °С.
При расположении шин прямоугольного сечения плашмя токи, приведенные в таблице для шин прямоугольного сечении, должны быть уменьшены на 5 % для шин с шириной полос до 60 мм и на 8 % для шин с шириной полос более 60 мм.
При выборе шин больших сечений необходимо выбирать наиболее экономичные но условиям пропускной способности конструктивные решения, обеспечивающие наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и эффекта близости и наилучшие условия охлаждения (уменьшение количества полос в пакете, рациональная конструкция пакета, применение профильных шин и т.п.).

Допустимый длительный ток для шин круглого и трубчатого сечений
Диаметр, ммКруглые шиныМедные трубыАлюминиевые трубыСтальные трубы
Ток*, АВнутрен- ний и наруж- ный диаметры, ммТок, АВнутре-нний и наруж-ный диаметры, ммТок, АУсловный проход, ммТолщина стенки, ммНаружный диаметр, ммПеременный ток, А
медныеалюминиевыебез разрезас продо- льным разре- зом
6155/155120/12012/1534013/1629582,813,5-
7195/195150/15014/1846017/20345102,81790-
8235/235180/18016/2050518/22425153,221,3118-
10320/320245/24518/2255527/30500203,226,8145-
12415/415320/32020/2460026/30575254,033,5180-
14505/505390/39022/2665025/30640324,042,3220-
15565/565435/43525/3083036/40765404,048255-
16610/615475/47529/3492535/40850504,560320-
1S720/725560/56035/40110040/45935654,575,5390-
19780/785605/61040/45120045/501040804,588,5455-
20835/840650/65545/50133050/5511501005,0114670770
21900/905695/70049/55158054/6013401255,5140800890
22955/965740/74553/60186064/7015451505,51659001000
251140/1165885/90062/70229574/801770-----
271270/1290980/100072/80261072/802035-----
281325/13601025/105075/85307075/852400-----
301450/14901120/115590/95246090/951925-----
351770/18651370/145095/100306090/1002840-----
381960/21001510/1620---------
402080/22601610/1750---------
422200/24301700/1870---------
452380/26701850/2060---------

* В числителе приведены нагрузки при переменном токе, в знаменателе — при постоянном

Допустимый длительный ток для шин прямоугольного сечения
Разме- ры, ммМедные шиныАлюминиевые шиныСтальные шнны
Ток*, А, прк количестве полос на полюс или фазуРазмеры, ммТок*, А
12341234
15x3210---165--16x2,555/70
20x3275---215--20x2,560/90
25x3340---265--25x2,575/110
30x4475---365/370--20x365/100
40x4625-/1090--480-/855-25x580/120
40x5700/705-/1250--540/545-/965-30x395/140
50x5860/870-/1525-/1895-665/670-/1180-/1470-40x5125/190
50x6955/960-/1700-/2145-740/745-/1315-/1655-50x3155/230
60x61125/11451740/19902240/2495-870/8801350/15551720/1940-60x5185/290
80x61480/15102110/26302720/3220-1150/11701630/20552100/2460-70x3215/320
100x61810/18752470/32453170/3940-1425/14551935/25152500/3040-75x3230/345
60x81320/13452160/24852790/3020-1025/10401680/18402180/2330-80x3245/365
80x81690/17552620/30953370/3850-1320/15552040/24002620/2975-90x3275/410
100x82080/21803060/38103930/4690-1625/16902390/29453050/3620-100x3305/460
120x82400/26003400/44004540/5600-1900/20402650/33503580/4250-20x470/115
60x101475/15252560/27253300/3530-1155/11802010/21102650/2720-22x475/125
80x101900/19903100/35103990/4450-1480/15402410/27353100/3440-25x485/140
100x102310/24703610/43254650/53855300/60601820/19102860/33503650/41604150/440030x4100/165
120x102650/29504100/50005200/62505900/68002070/23003200/39004100/48604650/520040x4130/220
50x4165/270
60x4195/325
70x4225/375
80x4260/430
90x4290/480
100x4325/535

* В числителе приведены значения переменного тока, в знаменателе — постоянного

Допустимый длительный ток для четырехполосных шин с расположением полос по сторонам квадрата («полый пакет»)
Размеры, ммПоперечное сечение четырехполосной шины, мм2Ток, А. на пакет шин
hbh1Hмедныхалюминиевых
808140157256057504550
8010144160320064005100
1008160185320070005550
10010164188400077006200
120101S4216480090507300
Допустимый длительный ток для шин коробчатого сечения
Размеры, ммПоперечное сечение одной шины, мм2Ток, А на две шины
аbсrмедныеалюминиевые
7535465202730-
75355,5669532502670
100454,5877536202820
1004568101043003500
125556,510137055004640
1506571017857005650
17580812244085506430
200901014343599007550
2009012164040105008830
22510512,51648801250010300
25011512,5165450-10800