Стальные шины прямоугольного сечения
Обновлено: 10.05.2024
Стальные шины в распределительных устройствах распространены сравнительно мало вследствие очень слабой их электропроводности, значительных потерь электроэнергии в них при переменном токе, а также значительной коррозии. Стальные шины применяют в установках высокого напряжения малой мощности при силе тока до 200 айв установках низкого напряжения с рабочим током до 275 - 300 а для нагрузки третьей категории. [1]
Стальные шины при токах до 200 а - включительно и алюминиевые шины при токах до 600 а присоединяются к плоским контактам выводов аппаратов непосредственно. Алюминиевые шины при токах свыше 600 а - через медные или медно-алюминиевые пластины. При затяжке болтовых соединений на аппаратах должны применяться гайки и контргайки. При непосредственном присоединении к плоскому выводу ширина шины в месте присоединения должна быть не меньше ширины контактных выводов аппаратов. Если ширина вывода аппарата равна или меньше 60 % ширины присоединяемой алюминиевой шины, рекомедуется это присоединение выполнять с помощью дополнительной алюминиевой накладки, устанавливаемой с противоположной стороны при - соединяемой шины, или через медно-алюминиевую переходную пластину. [3]
Стальные шины и провода применяют также для устройства сетей рабочего и защитного заземления м молниезащиты. [4]
Стальные шины обычно применяют в маломощных установках напряжением выше 1 000 в, а также в групповых и распределительных щитках и тому подобных устройствах переменного тока напряжением до 1 000 з при рабочем токе обычно до 200 - 300 а и редко при больших. В установках постоянного тока применяют стальные шины и на большие рабочие токи. [5]
Стальные шины соединяются приваренной накладкой, причем расстояние между концами шин оставляется не менее 1 см; необходимо обеспечивать хорошее качество сварки выводных штырей с шинами, В случае применения шинодержателей и клеммных панелей из асбоцемента они должны быть тщательно высушены и пропитаны. При текущем ремонте 2-го вида их сушка и пропитка производится не реже 1 раза в 2 года. Асбоцементные детали пропитываются каменноугольной смолой при 220 С или льняным маслом при комнатной температуре в течение суток, а затем сушатся при 135 - 145 С в течение суток. [6]
Стальные шины прямоугольного сечения 90x3 мм находятся под током 320 а. Максимальная температура шины при температуре воздуха 20 С не должна превышать 75 С. Определить также, каким должен быть коэффициент теплоотдачи с поверхности шины, чтобы температура ее не превышала 75 С. [7]
Данные стальных шин трубчатого сечения приведены в табл. 15 для допустимых нагрузок, соответствующих предельной температуре шин 70 С. [9]
Применение стальных шин допускается при силе тока до 300 а в установках до 1000 в и до 200 а в установках выше 1000 в. Это объясняется тем, что в стальных шинах при переменном токе возникают значительные потери электроэнергии, вызванные явлением гистерезиса и вихревым током. [10]
Применение стальных шин при переменном токе ограничивается значительными потерями электроэнергии, вызванными гистерезисом и вихревыми токами. [11]
Выбор стальных шин для длинных участков сети ( более 10 - 15 м) ведется по потере напряжения и проверяется по току нагрузки согласно изложенному в ыше. [12]
Толщина стальных шин для установок на переменном токе обычно не превышает б мм. [13]
Отрезки стальных шин , соединяющих магистраль заземления здания с заземлителем, и места присоединения к нему ( места сварки) целесообразно покрывать битумом для защиты от коррозии. [14]
Для алюминиевых и стальных шин необходима герметизация контактного соединения. [15]
Выбор сечения шинопроводов
При прохождении тока по проводнику последний нагревается. Количество энергии, выделенное неизменным током, определяется из выражения:
где 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 .
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 поверхности проводника при разности температур между проводником и окружающей средой ; Если температуру нагрева проводника приравнять длительно допустимой , 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 .
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 — 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.).
Шины распределительных устройств
Одним из главных элементов распределительного устройства являются шины, которые делятся на главные (сборные) и ответвительные и изготовляются из меди, алюминия или его сплавов и стали. Шины выполняют плоскими и устанавливают плашмя или на ребро. Сечение шин выбирают в зависимости от тока нагрузки с проверкой устойчивости току к. з. Учитывают также способ крепления шин. Так, в распределительном пункте, рассчитанном на мощность до 7600 кВА при напряжении 6 кВ и до 12000 кВА при напряжении 10 кВ, размер сборных шин из алюминия должен быть не менее 60 х 8 мм, в трансформаторной подстанции — 40 х 4 мм.
Соединения шин между собой и с выводами аппаратов могут быть разборными и неразборными. К разборным относят болтовые, винтовые и соединения, сжимаемые накладками (допускающие разборку без разрушения отдельных частей), к неразборным — цельнометаллические соединения, выполненные сваркой, пайкой или опрессовкой. Линейные соединения шин, как правило, выполняют неразборными.
В распределительных устройствах городских электрических сетей в основном применяют алюминиевые шины, для их соединения которых используют электросварку — в среде инертного газа (аргонно-дуговая сварка).
Установившаяся температура нагрева контактных и цельнометаллических соединений выводов аппаратов с внешними проводниками из меди, алюминия и их сплавов при номинальном режиме не должна быть выше 95 °С в установках на напряжение до 1 кВ и 80 °С в установках напряжением выше 1 кВ. При покрытии контактной поверхности кадмием, оловом, никелем или цинкооловянистым сплавом допускается повышение температуры на 10 °С. При прохождении токов к. з. температура нагрева не должна превышать 200 °С у соединений алюминиевых проводников и алюминиевых проводников с медными и 300 °С — у соединений медных проводников.
Электрическое сопротивление сварных и паяных контактных соединений должно оставаться неизменным; для разборного контакта в условиях эксплуатации допускается увеличение сопротивления в 1,5 раза по сравнению с начальным.
Однополосные шины устанавливают обычно плашмя и закрепляют непосредственно на головке опорного изолятора с условием свободного перемещения полос вдоль их оси при нагреве токами нагрузки и к. з. В однополосных шинах отверстия для крепежных болтов в пролете и торцах делают овальными, а под головки болтов подкладывают пружинящие шайбы.
Выводы аппаратов изготовляют из меди, алюминия и их сплавов; при токе до 40 А они могут быть стальными. Контактные соединения в зависимости от области применения подразделяются на три класса. К 1-му классу относят контактные соединения цепей, сечение проводников которых выбирают по длительно допустимому току, к 2-му классу — контактные соединения цепей, сечение проводников которых выбирают по механической прочности, потере и отклонению напряжения (цепи управления, сигнализации, измерения), к 3-му классу — контактные соединения цепей с электротехническими устройствами, работа которых связана с выделением большого количества теплоты (резисторы, нагревательные элементы).
Контактные соединения силовых цепей выполняют 1-го класса. В зависимости от материала соединяемых проводников и климатического исполнения, а также категории размещения электрооборудования разборные контактные соединения выполняют с применением средств стабилизации электрического сопротивления и без них.
Неразборные контактные соединения шин с плоскими выводами показаны на рис. 1 а, а со штыревыми выводами — на рис. 2 а.
Разборные контактные соединения шин с плоскими выводами выполняют: без средств стабилизации электрического сопротивления с помощью стальных крепежных изделий (рис. 1 6, в); со средствами стабилизации электрического сопротивления с помощью крепежных изделий из цветного металла (рис. 1, г, д) или стальными крепежными изделиями с использованием тарельчатых пружин (рис. 1 е) либо с применением переходных деталей — медно-алюминиевых пластин МА (рис. 1, ж) или пластин из твердого алюминиевого сплава. В переходных деталях соединение меди с алюминием осуществляют цельнометаллическим способом, т. е. сваркой или пайкой.
Разборные контактные соединения шин со штыревыми выводами выполняют с помощью гаек — стальных, медных или латунных (рис. 2 6, в, г) и с применением переходных деталей — медно-алюминиевых пластин МА (рис. 2 д) либо пластин из твердого алюминиевого сплава.
Разборные контактные соединения шин из меди и ее сплавов, твердого алюминиевого сплава с плоскими выводами, изготовленными из тех же материалов, что и шины, для всех значений рабочих токов выполняют с помощью стальных крепежных изделий (см. рис. 1 6, в), со штыревыми выводами из меди или латуни с помощью стальных, медных или латунных гаек (рис. 2 6, в, г).
Разборные контактные соединения шин из алюминия с плоскими выводами из меди и ее сплавов, твердого алюминиевого сплава или алюминия выполняют в соответствии с рис. 1 г — ж для всех значений рабочих токов, а со штыревыми выводами из меди или латуни — в соответствии с рис. 2 6, в, г для рабочих токов до 630 А и с рис. 2 д для рабочих токов более 630 А.
Рис. 1. Контактные соединения проводников с плоскими выводами аппаратов
а - сварное, б - с контргайкой, в - с пружинной шайбой, г - с крепежом из цветного металла и контргайкой, д - с крепежом из цветного металла и пружинной шайбой, е - с тарельчатой пружиной, ж - с переходной медно-алюминиевой пластиной; 1 -вывод, 2 - шина (наконечник), 3, 6, 9, 11-шайбы (стальная, пружинная разрезная, из цветного металла и стальная увеличенная), 4, 7 - болты (стальной и из цветного металла), 5, 8 - гайки (стальная и из цветного металла), 10 - тарельчатая пружина, 12 - медно-алюминиевая пластина
Рис. 2. Соединения проводников со штыревыми выводами аппаратов
а - сварное, б, в, г, д - контактные (б - из меди или твердого алюминиевого сплава, в, г - из алюминия, д - из алюминия через переходную медно-алюминиевую пластину); 1 - шина (наконечник) из алюминия, 2, 3, 7, 9 - выводы (штыревой, из меди или латуни, из меди и из латуни), 4, 6 - гайки (стальная и из меди или латуни), 5 - шина (наконечник) из меди или твердого алюминиевого сплава, 8 - стальная шайба, 10 - медно-алюминиевая пластина
Болты, гайки, шайбы и пружины, изготовляемые из стали и применяемые для крепления контактных соединений, имеют антикоррозионное покрытие кадмием или цинком. При выполнении соединений заводские отверстия в выводах аппаратов нельзя рассверливать.
Шины в распределительных устройствах окрашивают для защиты от окисления (коррозии), облегчения распознавания отдельных фаз шин и улучшения их охлаждения. Болтовые контактные соединения и участки шин, предназначенные для присоединения временного заземления, не окрашивают. Фазы шин РУ должны соответствовать фазам трансформатора или генератора центра питания. Так, фаза L1 в РУ должна быть присоединена через кабели к выводу фазы L1 генератора и трансформатора центра питания, так же должны быть присоединены фазы L2 и L3. Порядок чередования фаз в распределительном устройстве называют фазированием РУ.
Правилами устройства электроустановок предусмотрено определенное расположение и окрашивание сборных шин в РУ. При вертикальном расположении верхнюю шину L1 окрашивают в желтый, среднюю L2 — в зеленый, нижнюю L3 — в красный цвет, при горизонтальном расположении шину L1 наиболее удаленную от персонала, — в желтый, среднюю L2 — в зеленый, а ближайшую к персоналу L3 — в красный цвет; ответвления от сборных шин окрашивают: левое — в желтый, среднее — в зеленый, правое — в красный цвет.
Ремонт шин
Ремонт шин заключается во внешнем осмотре шин и проверке контактных соединений.
При болтовом соединении шин проверяют: затяжку болтов (гаечным ключом от руки, без дополнительных рычагов); плотность прилегания контактных поверхностей (щупом толщиной 0,02 мм и шириной 10 мм, который не должен проходить на глубину более 5 — 6 мм). При обнаружении поврежденного контакта его поверхности обрабатывают грубым напильником, зачищают стальной щеткой и надежно сболчивают.
Сварные соединения шин или соединения, выполненные давлением, простукивают молотком, после чего просматривают, не появились ли трещины в местах соединений. Проверка контактных соединений заключается также в контроле за температурой контакта в процессе эксплуатации. Контроль осуществляется с помощью термопленочных указателей, термосвечой или пирометра. Наибольшая допустимая температура нагрева шин 70 °С, контактных соединений 80 °С.
Выбор токоведущих шин распределительных устройств
Сечение шин выбирают по рекомендуемой экономической плотности тока для нормального рабочего режима и нагреву длительным током в случае рабочего форсированного режима.При к. з. шины проверяют на механическую прочность и термическую устойчивость.
Условия выбора шин даны в табл. 39-8.
Длительно допускаемые токи При горизонтальной прокладке шин прямоугольного сечения плашмя
При больших рабочих токах При выборе сечения следует применять экономическую плотность тока.
Для обеспечения механической прочности шин при токах к. з. расчетное напряжение в шине не должно превосходить допускаемого напряжение для данного материала (табл. 39-9).
| Таблица 39-8 Условия выбора шин и кабелей | |
|---|---|
| Номинальные данные | Условия выбора |
| Номинальное напряжение (для кабелей) | |
| Длительный допускаемый ток | |
| Экономическое сечение | |
| Допускаемое напряжение в материале (для шин) при коротком замыкании | |
| Максимальная допускаемая температура при кратковременном нагреве | |
| Таблица 39-9 Допускаемая механическая прочность шин | |
|---|---|
| Материал и марка | |
| Медь (МТ) | 140 |
| Алюминий (AT) | 70 |
| Алюминий (АТТ) | 90 |
| Сталь | 160 |
Рис. 39-5. Размещение прокладок при двухполосной шине.
Максимальное расчетное напряжение в шине определяется по следующим формулам:
а) Однополосные шины
где f — максимальное усилие, приходящееся на 1 см длины шины, от взаимодействия между токами фаз, H /м; l — расстояние (пролет) между осями изоляторов вдоль фазы рис. 39-5, м; W — момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной направлению действия усилия, м3.
Формулы для подсчета момента сопротивления даны в табл. 39-10.
Усилие при расположении шин в одной плоскости
где| Таблица 39-10 Моменты сопротивления шин | |
|---|---|
| Эскиз расположения шин и форма их сечений | Момент сопротивления W, м3 |
б) Многополосные шины.
При выполнении шин в виде пакетов, собранных из отдельных полос, суммарные механические напряжения в полосе шины складываются из двух напряжений: от взаимодействия фаз , т. е.
где — расстояние между прокладками пакета, м (рис. 39-5).
Усилие
где d определяется по кривым рис. 39-6.
Для обеспечения термической устойчивости шин и кабелей при к. з. необходимо, чтобы протекающий по ним ток не вызывал повышения температуры сверх максимально допускаемой при кратковременном нагреве, приведенной в табл. 39-11.
Читайте также: