Выбор сборных шин РУ-10 кВ

Сборные шины РУ-10 кВ выбираются по следующим условиям:

По допустимому току:

Расчетный ток сборных шин, А.

Расчетный ток сборных шин определяем по (8.1.3).

По номинальному напряжению:

По термической стойкости:

Выбор сборных шин 10 кВ представлен в таблице 18.

Таблица 18 - Выбор сборных шин 10 кВ

Наименование оборудования	Расчетные данные	Технические данные
Сборные шины КРУН-10 кВ (МТ-50х5)

Выбор токопровода 10 кВ

Токопроводы напряжением 6-10 кВ предназначены для электрического соединения трансформатора со шкафами комплектных распределительных устройств (КРУ), устанавливаемые в цепях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц. Токопроводы могут применятся и на других объектах энергетики, промышленности, транспорта, сельского хозяйства и т.п.

Токопроводы выбираются по следующим условиям:

По допустимому току:

где - длительно допустимый ток нагрузки шин, А;

Максимальный расчетный ток получасового максимума нагрузки, который имеет место быть при выходе из строя одной из двух цепей двухцепного токопровода и переключении всей нагрузки на оставшуюся в работе цепь, А.

Максимальный расчетный ток токопровода определяем по (8.1.3).

По номинальному напряжению:

По электродинамической стойкости:

По термической стойкости:

На стороне 10 кВ принимаем к установке закрытый трехфазный токопровод типа ТКС-10 кВ (Т - токопровод; К - круглый; С - симметричный). Производитель: ПАО "АБС ЗЭиМ Автоматизация" (г. Чебоксары).

Выбор токопровода 10 кВ представлен в таблице 19.

Таблица 19 - Выбор токопровода 10 кВ

Наименование оборудования	Расчетные данные	Технические данные
Токопровод

Выбор гибкой ошиновки ОРУ-110 и ОРУ-35 кВ и опорных изоляторов

Спуски и перемычки между оборудованием выполнены гибким неизолированным проводом марки АС.

Определим экономически целесообразное сечение проводника:

где - экономическая плотность тока, А/мм2 ;

Расчетный длительный ток сети, А.

Расчетный длительный ток сети определяется по формуле:

где: - сумма номинальной мощности потребителей, кВ;

Коэффициент распределения нагрузки на шинах (- при количестве присоединений менее пяти).

Номинальное напряжение сети, кВ.

Для стороны 110 кВ экономически целесообразное сечение проводника будет равно:

Полученное сечение округляем до ближайшего стандартного значения: . Однако, согласно ПУЭ, минимально допустимый диаметр провода для ВЛ-110 кВ по условиям короны - . Исходя из этого выбираем провод марки АС-70.

Аналогично определяем экономически целесообразное сечение проводника для стороны 35 кВ:

Полученное сечение округляем до ближайшего стандартного значения: . Выбираем один провод марки АС-50.

Гибкая ошиновка ОРУ-110 и ОРУ-35 кВ выбираются по следующим условиям:

По нагреву:

где: - допустимый ток выбранного сечения провода, А.

Для 110 кВ:

Проверка на термическую стойкость

Расчет по проверке гибкого неизолированного провода марки АС на термическую стойкость произведем согласно .

Расчет производим в следующей последовательности:

На рисунке 8.9 выбираем кривую, соответствующую материалу проверяемого проводника, и с помощью этой кривой, исходя из начальной температуры проводника, находим значение величины при этой температуре. В качестве начальной принята температура - , тогда:

Интеграл Джоуля при расчетных условиях КЗ определяем по формуле:

где: - трехфазный расчетный ток КЗ на линии, А;

Время действия релейной защиты, с;

Эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.

Определим значение величины, соответствующее конечной температуре нагрева проводника, по формуле:

где: - площадь поперечного сечения проводника,

По найденному значению величины, используя выбранную кривую на рисунке 8.9 , определим температуру нагрева проводника к моменту отключения КЗ и сравним ее с предельно допустимой температурой (для сталеалюминевого провода).

Термическая стойкость проводника обеспечивается, так как выполняется условие:

Проверка сечения на электродинамическую стойкость при КЗ

Расчет по проверке гибкого неизолированного провода марки АС на электродинамическую стойкость произведем согласно .

При проверке гибких проводников на электродинамическую стойкость расчетными величинами являются максимальное тяжение и максимальное сближение проводников при КЗ.

Электродинамическая стойкость гибких проводников обеспечивается, если выполняются условия:

где - допустимое тяжение в проводах, Н;

Расстояние между проводниками фаз, м;

Расчетное смещение проводников, м;

Наименьшее допустимое расстояние между проводниками фаз при наибольшем рабочем напряжении, м;

Радиус расщепления фазы, м.

При проверке гибких проводников на электродинамическую стойкость при КЗ, у которых провес превышает половину расстояния между фазами, определяют значение параметра:

где: - начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ, кА;

Расчетная продолжительность КЗ ();

Расстояние между фазами ();

Погонный вес провода (с учетом влияния гирлянд), Н/м;

Безразмерный коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей электродинамической силы.

График приведен в .

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.

Если выполняется условие то расчет смещения проводников можно не проводить, так как опасности их чрезмерного сближения нет:

Для 110 кВ:

Максимально возможное тяжение в проводнике следует определять, полагая, что вся энергия, накопленная проводником во время КЗ, трансформируется в потенциальную энергию деформации растяжения при падении проводника после отключения тока КЗ, поднятого электродинамическими силами над исходным равновесным положением.

При этом составляет:

где: - модуль упругости ();

Площадь поперечного сечения провода, м2;

Энергия накопленная проводником, Дж;

Тяжение (продольная сила) в проводнике до КЗ, H;

Длина пролета, м.

Энергия накопленная проводником определяется по формуле:

где: - масса провода в пролете, кг;

Расчетная электродинамическая нагрузка на проводник при двухфазном КЗ, Н.

где: - длина пролета, м.

где: - провес провода посередине пролета ();

Длина проводника в пролете, которую допускается принимать равной длине пролета, м.

Для установки выбираем подвесные изоляторы типа ЛК 70/110-III УХЛ1 минимальная разрушающая нагрузка. Допустимая нагрузка на изолятор равна:

Для установки выбираем подвесные изоляторы типа ЛК 70/35-III УХЛ1 минимальная разрушающая нагрузка. Допустимая нагрузка на изолятор равна:

Проверка по условиям короны:

где: - начальная критическая напряженность электрического поля, кВ/см;

Напряженность электрического заряда около поверхности провода, кВ/см;

Начальная критическая напряженность электрического поля определяется по формуле:

где: - коэффициент учитывающий шероховатость отверстия поверхности провода ();

Радиус провода, см;

Напряженность электрического заряда около поверхности провода определяется по формуле:

где: - линейное напряжение, кВ;

Среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

Произведем расчет для гибкого проводника 110 кВ:

Проверка:

Аналогично произведем расчет для гибкого проводника 35 кВ:

Проверка:

Исходя из выше приведенных расчетов можно сделать вывод: выбранные провода и подвесные изоляторы для гибкой ошиновки 110 и 35 кВ удовлетворяет всем условиям.

Шинные опоры гибкой ошиновки типа ШОСК 110 предназначены для изоляции и крепления проводов ошиновки в распределительных устройствах электрических станций и подстанций на номинальное напряжение до 110 кВ. В качестве изоляторов в шинных опорах применяются опорные стержневые изоляторы с цельнолитой кремнийорганической защитной оболочкой типа ОСК 110. Шинодержатели шинных опор выполнены из алюминиевого сплава. Применение шинных опор типа ШОСК позволяет избежать ошибок при подборе соответствующих изоляторов и шинодержателей. Приведенные на рисунках присоединительные размеры шинных опор являются рекомендуемыми с целью унификации и могут быть изменены по запросу в случае необходимости.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШИННЫХ ОПОР ГИБКОЙ ОШИНОВКИ НА НАПРЯЖЕНИЕ 110 кВ

Наименование параметра	значение
Номинальное напряжение, кВ
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	126
Испытательное напряжение полного грозового импульса для шинных опор 2 и 3 степени загрязнения соответственно, кВ
Испытательное переменное кратковременное напряжение в сухом состоянии, кВ
Испытательное переменное кратковременное напряжение под дождем, кВ
Уровень радиопомех, дБ, не более
Нормированная механическая разрушающая сила на изгиб, на уровне верхнего фланца, кН, не менее:
Механическая разрушающая сила при сжатии, кН, не менее	140
Допустимое тяжение проводов, кН
Максимальная масса закрепляемых проводов или узлов аппаратов с учетом гололеда по условию обеспечения сейсмостойкости 9 баллов, кг *
Степень загрязнения по ГОСТ 9920
Сейсмостойкость с номинальной и максимальной нагрузками от веса проводов и узлов аппаратов по шкале MSK-64, баллов, не менее *
Допустимая скорость ветра без гололеда, м/с
Допустимая скорость ветра при гололеде с толщиной стенки 20 мм, м/с

Примечание: *) Более подробную информацию по сейсмостойкости шинных опор при различных массах закрепленных элементов электроустановки можно посмотреть по

ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ШИННЫХ ОПОР ГИБКОЙ ОШИНОВКИ НА 110 кВ

Обозначение шинной опоры гибкой ошиновки	Колич. проводов	Сечение проводов, мм 2 , марок:		Диаметр проводов, мм	Н стр., мм	Длина пути утечки, мм, не менее	№ Рис.
		А, АКП, АН, АЖ, АНКП, АЖКП	АС, АСКС, АСКП, АСК
ШОСК 110-1-4-2 УХЛ1		150; 185; 240; 300	70/72; 95/141; 120/19; 120/27; 150/19; 150/24; 150/34; 185/24; 185/29; 185/43; 205/27; 240/32; 240/39;
ШОСК 110-1-4-3 УХЛ1
ШОСК 110-2-4-2 УХЛ1
ШОСК 110-2-4-3 УХЛ1
ШОСК 110-1-5-2 УХЛ1		350; 400; 450; 500	185/128; 240/56; 300/39; 300/48; 300/67; 330/30; 330/43; 400/18; 400/22; 400/51; 400/64; 400/93 450/56; 500/27
ШОСК 110-1-5-3 УХЛ1
ШОСК 110-2-5-2 УХЛ1
ШОСК 110-2-5-3 УХЛ1
ШОСК 110-1-6-2 УХЛ1		550; 600; 650; 700; 750	500/26; 500/64; 500/204; 550/71; 600/72; 605/79 700/86
ШОСК 110-1-6-3 УХЛ1
ШОСК 110-2-6-2 УХЛ1
ШОСК 110-2-6-3 УХЛ1

Шинные опоры изготавливаются по ТУ 3494-026-54276425-2014

По согласованию с заказчиком возможно изготовление шинных опор для трех проводов, для проводов других диаметров и для любых расстояний между проводами в фазе.

Открытое распределительное устройство (ОРУ) - распределительное

устройство, оборудование которого располагается на открытом воздухе. Все

элементы ОРУ размещаются на бетонных или металлических основаниях.

Расстояния между элементами выбираются согласно ПУЭ. На напряжении 110 кВ и выше под устройствами, которые используют для работы масло

(масляные трансформаторы, выключатели, реакторы) создаются маслоприемники - заполненные гравием углубления. Эта мера направлена на снижение вероятности возникновения пожара и уменьшение повреждений при

аварии на таких устройствах. Сборные шины ОРУ могут выполняться как в виде жёстких труб, так и в виде гибких проводов. Жёсткие трубы крепятся на стойках с помощью опорных изоляторов, а гибкие подвешиваются на порталы с помощью подвесных изоляторов. Территория, на которой располагается ОРУ, в обязательном порядке огораживается.

Преимущества ОРУ:

ОРУ позволяют использовать сколь угодно большие электрические

устройства, чем, собственно, и обусловлено их применение на высоких классах напряжений.

При производство ОРУ не требуется лишних затрат на строительство

помещений.

Открытые распределительные устройства практичнее, чем ЗРУ в плане модернизации и расширения

Визуальный контроль всех аппаратов ОРУ

Недостатки ОРУ:

Затруднённая работа с ОРУ при неблагоприятных погодных условиях.

ОРУ намного больше, чем ЗРУ.

В качестве проводников для сборных шин ОРУ и ответвлений от них

применяются многопроволочные провода марок А и АС, а также жёсткие

трубчатые шины. При напряжениях 220 кВ и выше необходимо расщепление

проводов, чтобы уменьшить потери на коронирование.

Длинна и Ширина ОРУ зависит от выбранной схемы станции, расположения

выключателей (однорядное, двухрядное и т.д.) и линий электропередачи. Кроме того, должны быть учтены подъездные пути для автомобильного или

железнодорожного транспорта. ОРУ должно иметь ограду высотой не менее 2,4 м. В ОРУ токоведущие части аппаратов, проводники сборных шин и

ответвления от сборных шин во избежание пересечений размещают на

различной высоте в два и три яруса. При гибких проводах сборные шины

размещают во втором ярусе, а провода ответвлений в третьем.

Минимальное расстояние от проводников первого яруса до земли для 110 кВ

3600 мм, 220 кВ - 4500 мм. Минимальное расстояние по вертикали между

проводами первого и второго ярусов с учётом провеса проводов для 110 кВ - 1000 мм, для 220 кВ - 2000 мм. Минимальное расстояние между проводами второго и третьего ярусов для 110 кВ - 1650 мм, для 220 кВ - 3000 мм.

Минимальные допустимые изоляционные расстояния (в сантиметрах) в свету

на воздухе открытых установок между неизолированными проводами разных

фаз, между токоведущими частями или элементами изоляции, находящимися

под напряжением, и заземленными частями конструкций:

Комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией

(КРУЭ)

Комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией представляют собой ячейки, чье пространство заполнено элегазом под давлением, соединённые в различные схемы распределительных устройств согласно нормам технического проектирования. Ячейки КРУЭ изготавливают из унифицированных деталей, что делает возможным сборку ячеек различного назначения из одних и тех же элементов. К ним относятся: полюсы выключателей, разъединителей и заземлителей; измерительные

трансформаторы тока и напряжения; соединительные и промежуточные отсеки; секции сборных шин; полюсные и распределительные шкафы, шкафы системы контроля давления и шкафы трансформаторов напряжения. Ячейка каждого типа состоит из трех одинаковых полюсов и шкафов управления. Каждый полюс линейной, секционной или шинной соединительной ячейки имеет выключатель с приводом и элементами его управления, разъединитель с дистанционным электрическим приводом, заземлители с ручным приводом,

трансформаторы тока и полюсные шкафы. Ячейки трансформаторов напряжения не имеют выключателей и трансформаторов тока. Ячейки и их

полюсы соединяются одной или двумя системами однополюсных или трехполюсных шин.

Линейные ячейки имеют выводы для присоединения к токопроводам и

отходящим кабелям. Соединение ячеек с силовыми кабелями производится при помощи кабельных вводов специальной конструкции, а с воздушными линиями с помощью газонаполненных вводов.

Безопасность и надежность электроснабжения зависит от выключателей,

защищающих электрические сети от короткого замыкания. Традиционно на

электростанциях и подстанциях устанавливались выключатели с воздушной

изоляцией. В зависимости от номинального напряжения воздушного

выключателя, расстояние между токоведущими частями и землей может

составлять десятки метров, в результате чего для установки такого аппарата

требуется очень много места. Напротив, элегазовый выключатель очень компактен, и поэтому КРУЭ занимает сравнительно небольшой полезный объем. Площадь подстанции с КРУЭ в десять раз меньше площади подстанции с воздушными выключателями. Токопровод представляет собой алюминиевую трубу, в которой устанавливается токоведущая шина, и предназначен для соединения между собой отдельных ячеек и элегазового оборудования подстанции. Так же в ячейку КРУЭ встраиваются измерительные трансформаторы тока и напряжения, ограничители напряжения (ОПН), заземлители и разъединители.

Таким образом, ячейка содержит в себе все необходимое оборудование и

приборы для передачи и распределения электроэнергии различных напряжений. И все это заключено в компактный надежный корпус. Управление ячейками осуществляется в шкафах установленных на боковой стенки.

Распределительный шкаф вмещает в себя всю аппаратуру цепей дистанционного электрического управления, сигнализации и блокировки

элементами ячеек.

Применение КРУЭ позволяет значительно уменьшить площади и объемы,

занимаемые распределительным устройством и обеспечить возможность более легкого расширения КРУЭ по сравнению с традиционными РУ. К другим важным преимуществам КРУЭ можно отнести:

Многофункциональность - в одном корпусе совмещены сборные шины,

выключатель, разъединители с заземляющими разъединителями, трансформаторы тока, что существенно уменьшает размеры и повышает

надежность ОРУ;

Взрыво - и пожаробезопасность;

Высокая надежность и стойкость к воздействию внешней среды;

Возможность установки в сейсмически активных районах и зонах с повышенной загрязненностью;

Отсутствие электрических и магнитных полей;

Безопасность и удобство эксплуатации, простота монтажа и демонтажа.

Небольшие габариты

Стойкость к загрязнению.

Ячейки, отдельные модули и элементы допускают возможность компоновки КРУЭ по различным электрическим схемам. Ячейки состоят из трех полюсов, шкафов и сборных шин. В шкафах размещена аппаратура цепей сигнализации, блокировки, дистанционного электрического управления, контроля давления элегаза и подачи его в ячейку, питания приводов сжатым воздухом.

Ячейки на номинальное напряжение 110-220 кВ имеют трехполюсное

или пополюсное управление, а ячейки на 500 кВ - только пополюсное

управление.

В полюс ячейки входят:

Коммутационные аппараты: выключатели, разъединители, заземлители;

Измерительные трансформаторы тока и напряжения;

Соединительные элементы: сборные шины, кабельные вводы («масло элегаз»), проходные вводы («воздух-элегаз»), элегазовые токопроводы и

Стоимость КРУЭ достаточно велико перед традиционными видами РУ, поэтому применение нашлось только в случаях, где ее преимущества крайне необходимы- это при строительстве в стесненных условиях, в городских условиях для снижения уровня шума и для архитектурной эстетичности, в местах, где технически не возможно разместить ОРУ или ЗРУ, и на площадях где стоимость земли очень велика, а так же в условиях агрессивной среды для защиты токоведущих частей и увеличению сроку эксплуатации оборудования и в сейсмически активных зонах.

http://smartenergo.net/articles/199.html

СТО 56947007-29.060.10.005-2008

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ ОАО "ФСК ЕЭС"

Руководящий документ по проектированию жесткой ошиновки ОРУ и ЗРУ 110-500 кВ

Дата введения 2007-06-25

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" , а правила применения стандарта организации - ГОСТ Р 1.4-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Основные положения".

Сведения о Руководящем документе

1 РАЗРАБОТАН: ООО Научно-производственное объединение "Техносервис-Электро"

2. ИСПОЛНИТЕЛИ: А.П.Долин; М.А.Козинова

3. ВНЕСЕН: Департаментом текущего планирования технического обслуживания, ремонтов и диагностики оборудования, Дирекцией технического регулирования и экологии ОАО "ФСК ЕЭС"

4. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ: приказом ОАО "ФСК ЕЭС" от 25.06.2007 N 176

5. ВВЕДЕН: ВПЕРВЫЕ

1 Введение

1 Введение

Область применения

Руководящий документ предназначен для проектирования жесткой ошиновки ОРУ и ЗРУ 110-500 кВ и определяет область ее применения, а также требования к основным элементам и узлам: сборным шинам, ответвлениям, изоляционным (шинным) опорам, шинодержателям, компенсаторам температурных деформаций.

Руководящий документ рекомендуется к применению проектными организациями, заводами-изготовителями, испытательными центрами, а также эксплуатационными и монтажными предприятиями.

Нормативные ссылки

В настоящем Руководящем документе использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

, 7-е изд.

Правила устройства электроустановок , 6-е изд.

ГОСТ 10434-82 . Сварные контактные электрические. Классификация. Общие технические требования.

ГОСТ 14782-86 . Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

ГОСТ 15150-69 . Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

ГОСТ 1516.2-97 . Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции.

ГОСТ 16962.1-89

ГОСТ 16962.2-90 . Изделия электротехнические. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам.

ГОСТ 17441-84 . Соединения контактные электрические. Приемка и методы испытаний.

ГОСТ 17516.1-90 . Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам.

ГОСТ 18482-79 . Трубы, прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия.

ГОСТ Р 50254-92 *. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания.
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 52736-2007 , здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ Р 51155-98 . Арматура линейная. Правила приемки и методы испытаний.

ГОСТ 6996-66 . Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

ГОСТ 8024-90 . Аппараты и электротехнические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Нормы нагрева при продолжительном режиме работы и методы испытаний.

СНиП 2.01.07-85 . Нагрузки и воздействия.

СНиП 23-01-99 . Строительная климатология.

РД 34.45-51.300-97 . Объем и нормы испытаний электрооборудования.

Термины и определения

В настоящем Руководящем документе используются следующие термины с соответствующими определениями:

Жесткая ошиновка - ошиновка ОРУ и ЗРУ, выполненная жесткими шинами, как правило, из труб алюминиевых сплавов.

ОРУ (ЗРУ) с жесткой ошиновкой - распределительное устройство (РУ), у которого сборные шины и/или шины внутриячейковых связей выполнены жесткими шинами.

2 Область применения жесткой ошиновки

2.1 Жесткая ошиновка может использоваться в ОРУ всех напряжений. Выбор вида ошиновки ОРУ и ЗРУ (жесткой или гибкой) определяется технико-экономическими требованиями и зависит от параметров электроустановки: напряжения, рабочего тока, тока короткого замыкания (КЗ), схемы электрических соединений, требований, предъявляемых к конструкциям ОРУ, а также ожидаемых климатических воздействий.

2.3 Конструктивно может быть оправдано сочетание гибких и жестких проводников, например жестких сборных шин и гибких внутриячейковых связей.

3 Технические требования к элементам жесткой ошиновки

3.1 Жесткая ошиновка включает в себя жесткие шины, шинодержатели, компенсаторы температурных деформаций, спуски или ответвления, изоляторы или изоляционные опоры, строительные конструкции и другие узлы.

3.2 Все элементы жесткой ошиновки должны отвечать:

- уровню номинального напряжения электроустановки;

- установленному уровню перенапряжений;

- наибольшему рабочему току;

- максимальным токам одно-, двух- и трехфазных коротких замыканий (КЗ);

- условиям окружающей среды , ;*
________________
* Здесь и далее ссылка на список использованной литературы.


- ожидаемому максимальному ветровому напору;

- ожидаемым наибольшим гололедным отложениям;

- максимальным и минимальным температурам воздуха;

- наибольшему (летнему) уровню солнечной радиации;

- степени загрязнения атмосферы;

- допустимому уровню радиопомех и отсутствию общей короны.

3.3 Жесткая ошиновка должна удовлетворять эстетическим и психологическим аспектам. В частности, шины не должны иметь значительных прогибов от собственного веса (включая вес ответвлений), а также собственного веса и веса гололедных отложений, вызывающих негативную реакцию эксплуатационного персонала.

Должны эффективно подавляться устойчивые ветровые резонансные колебания шин (поперек воздушного потока), вызванные срывами вихрей при относительно малых скоростях ветра (даже в тех случаях, когда такие колебания не представляют опасности для шинной конструкции по условиям механической прочности).

3.4 Высокие технико-экономические показатели ОРУ с жесткой ошиновкой могут быть достигнуты в результате использования следующих решений:

- индустриальных шинных конструкций высокой заводской готовности, в том числе блочных комплектных подстанций (распределительных устройств), быстромонтируемых модулей и т.п.;

- компоновок ОРУ, позволяющих сократить занимаемую площадь, а также материалоемкость, благодаря использованию конструкций с жесткими шинами, в сочетании с другим прогрессивным оборудованием (элегазовыми выключателями, пантографическими и полупантографическими разъединителями, комбинированными измерительными трансформаторами и др);

- металлоконструкций опор и порталов из коррозионностойких сталей или сталей с надежным антикоррозионным покрытием, а также облегченных предварительно-напряженных железобетонных стоек и лежней;

- сокращением сроков строительства ОРУ, снижению объемов или полным отказом от проведения сварочных работ на монтажной площадке, низким профилем ошиновки и др.;

- удобством проведения диагностического контроля, что обеспечивает надежность работы ошиновки.

4 Выбор материала, формы сечения, длины пролета сборных шин, ответвлений и внутриячейковых связей

4.1 В ОРУ или ЗРУ (далее - РУ) напряжением 110-500 кВ рекомендуется использовать жесткие трубчатые шины (шины кольцевого сечения) наиболее оптимальные по условиям короны, радиопомех, материалоемкости, охлаждения, ветровой и электродинамической стойкости.

Возможно применение плоских и пространственных шин-ферм (изготовленных из труб относительно небольшого диаметра), прежде всего при создании длинно-пролетных конструкций. Применение таких конструкций требует отдельного технико-экономического обоснования.

4.2 В качестве материала жестких шин РУ 110 кВ и выше следует использовать алюминиевые сплавы, обладающие высокой прочностью при хорошей электрической проводимости. Этим требованиям отвечает прежде всего сплав 1915Т, а также АВТ1 (и их зарубежные аналоги).

4.3 Жесткими могут выполняться сборные шины, а также внутриячейковые связи нижнего яруса. Внутриячейковые связи верхнего яруса, как правило, выполняются гибкими (сталеалюминевыми) проводами. Отдельные участки сборных шин и внутриячейковых связей нижнего яруса также могут быть гибкими. Вопрос о выборе типа шин определяется, прежде всего, конструктивными соображениями и технико-экономическими показателями.

Следует учитывать, что допустимые расстояния между фазами, а также между токоведущими частями и заземленным оборудованием в РУ с жесткими проводниками существенно ниже, чем с гибкими. Вместе с тем расстояния между проводниками внутриячейковых связей, как правило, определяются расстоянием между фазами выключателей. Поэтому выбор типа проводников здесь определяется конструктивными соображениями, удобством монтажа и строительства с учетом технико-экономических показателей.

4.4 Жесткие трубчатые шины в ОРУ должны иметь в торцевых частях заглушки, которые препятствуют гнездованию птиц. Целесообразно предусматривать отверстия в заглушках шин для циркуляции воздуха или дренажные отверстия в нижней части шин в местах их наибольшего прогиба от собственного веса и веса ответвлений для слива конденсата.

4.5 Длина пролета сборных шин (расстояние между соседними изоляционными опорами), как правило, выбирается равной шагу ячейки. Допускается использовать пролеты кратные шагу ячейки или равные половине (или менее) шага ячейки.

4.6 Наибольшая длина пролета (расстояние между опорами) определяется конструктивными соображениями и технико-экономическими показателями с учетом прочности шин, изоляционных опор, значением механических нагрузок, наличием жестких и гибких ответвлений. Она ограничивается допустимым прогибом шины от собственного веса, а также от собственного веса с учетом веса гололеда (п.9.11 настоящего Руководящего документа).

Длина целого (или сварного) участка шины обычно принимается равной длине пролета (рис.1, а). Допускается использовать целые (или сварные) шины, длина которых равна двум и более пролетам (рис.1, б, в). Такие шины оправдано использовать в качестве внутриячейковых связей.

Рис.1 Шинные конструкции с одно-, двух- и многопролетными неразрезными шинами

Рис.1 Шинные конструкции с одно-, двух- и многопролетными неразрезными шинами: 1 - изоляторы; 2 - шины; 3 - шинодержатели; - компенсаторы тепловых расширений

4.7 Высота расположения шин определяется требованиями и выбирается с учетом обеспечения проезда ремонтных механизмов, уровня напряженности электрического поля на высоте равной росту человека, параметров применяемого оборудования, особенности схемы электрических соединений и компоновки оборудования, а также задачей снижения общего профиля (высоты) ОРУ.

4.8 Шины могут непосредственно монтироваться на опорных изоляторах, измерительных трансформаторах или электрических аппаратах (рис.1, рис.2, а), на надставках, закрепленных на изоляторах (рис.2, б, в) или жестких шинах нижнего яруса.

Рис.2 Варианты установки шин на опорных изоляторах: непосредственная установка на изоляционные опоры; крепление на вертикальных стойках; крепление на V-образных надставках. опоры, изоляторы, шины, надставки

Рис.2 Варианты установки шин на опорных изоляторах: а - непосредственная установка на изоляционные опоры; б - крепление на вертикальных стойках; в - крепление на V-образных надставках. 1 - опоры, 2 - изоляторы, 3 - шины, 4 - надставки

4.9 Материал и профиль надставок, как правило, аналогичен шинам. Надставки могут выполняться в виде вертикальных стоек, V-образных и других конструкций, расположенных в плоскости осей изоляторов каждой фазы (рис.2, б, в, рис.3, а) или в виде наклонных стоек (рис.3, б, в). Надставки могут выполняться в одной, двух или трех фазах в зависимости от конструктивных соображений.

Рис.3 Сборные шины на вертикальных и наклонных, надставках

Рис.3 Сборные шины на вертикальных а) и наклонных б), в) надставках: 1 - изолятор, 2 - шина; 3 - ответвление; 4 - разъединитель.

Следует учитывать, что установка сборных шин на надставках приводит к увеличению изгибающих моментов на изоляционные опоры при электродинамических и ветровых воздействиях, а также к дополнительному расходу материала шин.

4.10 Ответвления от жестких трубчатых шин, а также соединения отдельных участков шин должны выполняться сваркой, опрессовкой (для гибких проводников спусков) или сертифицированными обжимными разъемными соединениями заводского изготовления. Разъемные соединения (в том числе шинодержатели - компенсаторы) должны быть доступны для диагностического тепловизионного контроля термографическими приборами с уровня земли. Сварные соединения должны выполняться в заводских условиях. В исключительных случаях эти работы могут проводиться на месте монтажа под контролем представителей завода-изготовителя.

4.11 При выполнении сварных соединений шин из алюминиевых сплавов следует учитывать, что в результате отжига происходит снижение прочности материала (п.9.14). Не рекомендуется выполнять сварные соединения на участке шины с наибольшим изгибающим моментом (механическим напряжением) при статических и динамических нагрузках.

4.12 Расстояния между жесткими шинами РУ 110 кВ и выше, а также между токоведущими частями и заземленным оборудованием должно отвечать требованиям с учетом возможных наибольших отклонений проводников и изоляционных опор при наибольшей расчетной скорости ветра и после отключения двух- и трехфазных КЗ.

4.13 Для крепления жесткой ошиновки используются фарфоровые и полимерные опорные изоляторы и изоляционные опоры.

В качестве исключения допускается использовать крепления шин на подвесных гирляндах изоляторов к порталам (рис.4). Такое решение позволяет сократить расстояния между фазами по сравнению с гибкими шинами (проводами). Однако, как правило, решение с жесткими шинами на подвесных гирляндах изоляторов по технико-экономическим показателям уступает традиционным решениям с гибкими проводниками.

Рис.4 Крепление жестких шин на подвесных изоляторах

Рис.4 Крепление жестких шин на подвесных изоляторах

4.14 Шины должны отвечать условиям нагрева в рабочих режимах (нагрузочной способности), термической, электродинамической и ветровой стойкости, а также отвечать условиям проверки на корону, отстройки от устойчивых резонансных колебаний (п.4.6, раздел 8 настоящего Руководящего документа).

5 Проектирование демпфирующих устройств и способы подавления ветровых резонансных колебаний

5.1 Трубчатые шины в ОРУ подвержены вихревым возбуждениям (ветровым резонансам, эоловым колебаниям), которые сопровождаются колебаниями поперек воздушного потока. Такие колебания вызывают усталостные повреждения, прежде всего контактных соединений, ослабление болтовых креплений конструкции, а также негативное психологическое воздействие на эксплуатационный персонал.

5.2 Для борьбы с ветровыми резонансными колебаниями следует использовать технические решения, обеспечивающие увеличение рассеяния энергии при колебаниях шины в вертикальной плоскости (поперек воздушного потока).

5.3 Снижению уровня амплитуды колебаний и повышению эффективности отстройки от устойчивых ветровых колебаний способствует уменьшение диаметра шины, снижение частоты собственных колебаний (например, путем установки на шину дополнительных грузов).

5.4 Для отстройки от резонансов возможна установка на шины специальных элементов (например, интерцепторов), препятствующих синхронному срыву вихрей по длине шины.

Использование интерцепторов допустимо только после натурных испытаний (опытной эксплуатации отдельных пролетов), так как их неправильная расстановка может провоцировать вихревые возбуждения.

Шина (участок шины) с установленными интерцепторами должна испытываться на отсутствие короны и радиопомех согласно требованиям п.4.13 .

5.5 Достаточное рассеяние энергии и эффективное подавление устойчивых резонансных колебаний обеспечивают:

- установленный внутри шины провод, трос или стержень;

- конструкционное демпфирование в узлах крепления шины (в шинодержателях).

Целесообразно использование шинодержателей специальной конструкции, увеличивающих рассеяние энергии при колебаниях шин.

5.6 Допускается проверять эффективность принятых конструктивных решений для подавления устойчивых резонансных колебаний (за счет достаточного рассеяния энергии) на основе экспериментального определения декрементов затухания при колебаниях шины в вертикальной плоскости (при амплитуде колебания равной от 1 до 5 диаметров шины) и результатов расчетов, согласно указаниям п.2.6 ГОСТ Р 50254-92 . Расчет следует проводить без учета гололедных отложений, так как наличие гололеда за счет увеличения массы способствует снижению уровня амплитуды резонансных колебаний.

5.7 При недостаточном уровне рассеяния энергии для подавления ветровых резонансных колебаний шин следует увеличить длину проложенного внутри шины троса до величины равной длине пролета, использовать шинодержатели другого конструктивного исполнения, обеспечивающие более высокое трение в опорном сечении шины, применить шины большей массы или рекомендации пп.5.3 и 5.4 настоящего Руководящего документа.

6 Проектирование внутриячейковых связей и ответвлений

6.1 Нижние внутриячейковые связи и ответвления могут выполняться жесткими трубами или сталеалюминиевыми проводами. Выбор проводников определяется, прежде всего, конструктивными и технико-экономическими соображениями, с учетом удобства монтажа. Верхние ячейковые связи целесообразно выполнять гибкими. Допускается использование жестких проводников с учетом рекомендаций п.п.4.11 и 4.14 настоящего Руководящего документа.

6.2 Требования к жестким проводникам внутриячейковых связей изложены в разделе 4 и 5 настоящего Руководящего документа, гибкие проводники выбираются согласно требованиям действующих нормативных документов.

6.3 Жесткие ответвления от сборных шин выполняются Г-образными (верхними, нижними), арочными и другими (рис.5).

Рис.5 Варианты жестких ответвлений: Г-образное верхнее; Г-образное верхнее в две стороны; арочное верхнее; Г-образное нижнее; изолятор; шины; ответвление; разъединитель

Рис.5 Варианты жестких ответвлений: а - Г-образное верхнее; б - Г-образное верхнее в две стороны; в - арочное верхнее; г - Г-образное нижнее; 1 - изолятор; 2 - шины; 3 - ответвление; 4 - разъединитель

6.4 Соединения сборных шин и жестких ответвлений следует выполнять сертифицированными креплениями обжимного типа заводского изготовления или с помощью сварки, которая производится на заводе-изготовителе. Элементы со сварными соединениями используются при монтаже в виде узлов комплектного типа.

В исключительных случаях допускается выполнять сварочные работы на месте монтажа под контролем представителей завода-изготовителя.

Сварные соединения целесообразно выполнять на заводе-изготовителе и использовать как узлы ответвления комплектного типа.

6.5 Ответвления от сборных шин гибкими проводниками можно осуществлять прессованными зажимами, приваренными к жестким шинам на заводе или с помощью специальных сертифицированных креплений обжимного типа заводского изготовления, приведенными на рис. 6.

Рис.6 Пример узла ответвления гибкого проводника от сборной шины, выполненный с помощью присоединения обжимного типа заводского изготовления

Рис.6 Пример узла ответвления гибкого проводника от сборной шины, выполненный с помощью присоединения обжимного типа заводского изготовления.

6.6 Присоединение жестких трубчатых шин к плоским зажимам аппаратов может выполняться переходниками, соединенными с шиной сваркой или шинодержателями-переходниками заводского изготовления, обеспечивающими необходимый электрический контакт (рис.7), а при необходимости - компенсацию температурных деформаций жесткой шины. Электрические аппараты не должны испытывать дополнительные нагрузки от температурных деформаций шин.

Рис.7 Вариант исполнения узла присоединения трубчатой шины к аппарат

Рис.7 Вариант исполнения узла присоединения трубчатой шины к аппарату

6.7 Длина пролета внутриячейковых связей нижнего яруса обычно меньше длины пролета сборной шины. В этом случае жесткие внутриячейковые связи испытывают меньшие результирующие нагрузки (электродинамические, ветровые, гололедные, от собственного веса), чем сборные шины. Поэтому допускается использовать в качестве материала внутриячейковых связей менее прочные алюминиевые сплавы, чем в сборных шинах, но обладающие большей электрической проводимостью (АВТ1, АД33 и др. взамен 1915Т), если использование разных сплавов снижает материалоемкость ошиновки и отвечает всем другим требованиям.

6.8 Длина пролета шин нижнего яруса внутриячейковых связей определяется расстояниями между аппаратами, другим оборудованием ячейки и конструктивными соображениями.

7 Проектирование компенсаторов температурных деформаций и шинодержателей

7.1 Температурные деформации (удлинения и сжатия) шин не должны приводить к дополнительным усилиям на изоляционные опоры, аппараты, измерительные трансформаторы и другое оборудование, а также к дополнительным механическим напряжениям в материале шин.

7.2 Свободное продольное перемещение шин во всем возможном интервале их температур обеспечивают компенсаторы температурных деформаций. Компенсация температурных удлинений за счет деформации в узлах поворотов не допускается.

7.3 Наименьшая температура шины равна минимальной температуре воздуха в районе расположения ОРУ. Наибольшая температура шины наступает при КЗ с наибольшими ожидаемыми током и длительностью. С запасом наибольшую температуру шин можно принять равной допустимой температуре шины при КЗ 200 °С (п. 9.9 настоящего Руководящего документа).

7.4 Компенсаторы температурных деформаций устанавливаются в опорных сечениях шины и могут выполняться в виде единого узла с шинодержателем.

7.5 Компенсацию температурных удлинений шин обеспечивают гибкие связи, которые рекомендуется выполнять из сталеалюминиевых или алюминиевых проводов. Количество проводов должно быть не менее двух. Суммарное сечение проводов определяется их суммарной нагрузочной способностью и термической стойкостью.

7.6 Гибкие связи (провода) компенсаторов температурных деформаций могут крепиться непосредственно к шинам или к обжимным шинодержателям заводского изготовления (рис.8). В последнем случае продольные перемещения шин обеспечиваются за счет возможности перемещения отдельных элементов шинодержателей.

Рис.8 Примеры температурных компенсаторов с различным способом крепления гибких связей: к шинам; к шинодержателям

Рис.8 Примеры температурных компенсаторов с различным способом крепления гибких связей: а) к шинам; б) к шинодержателям

7.7 При монтаже шины используются шинодержатели двух исполнений:

1) обеспечивающие фиксированное крепление шины (препятствующие ее продольному перемещению);

2) имеющие свободное крепление (со свободным продольным перемещением) шины.

7.8 Неразрезной (цельный, сварной) участок шины должен иметь только один узел фиксированного крепления.

Если неразрезной отрезок шины равен длине пролета (рис.1, а), то на одной опоре (изоляторе) пролета устанавливается узел фиксированного крепления, а на другой опоре - свободного.

7.9 В узлах фиксированного крепления разрезных шин (рис.1, а) гибкие проводники выполняют функции электрической связи, а в узлах свободного крепления, кроме того, компенсаторов температурных деформаций.

7.10 Помимо основного назначения (п.7.9) гибкие связи компенсаторов выполняют функции экранов в узле крепления шины. Эффективность экранирования проверяется согласно указаниям п.9.4 настоящего Руководящего документа.

При отсутствии гибких связей, а также при неудовлетворительных результатах испытаний на корону с гибкими связями, необходима установка отдельного электростатического экрана.

7.11 Шинодержатели (компенсаторы температурных деформаций) в узлах свободного крепления шины должны обеспечивать продольные перемещения шины при гололедных отложениях.

7.12 Следует отдавать предпочтение шинодержателям, обеспечивающим наименее трудоемкий монтаж ошиновки (в том числе исключающий или до минимума снижающий объем сварочных работ и опрессовку гибких элементов конструкции). Этим требованиям в наибольшей степени отвечают шинодержатели обжимного типа, имеющие в узлах свободного крепления компенсаторы температурных деформаций (рис.8, б).

Если процедура оплаты на сайте платежной системы не была завершена, денежные
средства с вашего счета списаны НЕ будут и подтверждения оплаты мы не получим.
В этом случае вы можете повторить покупку документа с помощью кнопки справа.

Произошла ошибка

Платеж не был завершен из-за технической ошибки, денежные средства с вашего счета
списаны не были. Попробуйте подождать несколько минут и повторить платеж еще раз.

В последние годы значительное количество ОРУ 110-500 кВ выполняется с жесткой ошиновкой, которая позволяет создать компактные и экономичные распределительные устройства, занимающие меньшую площадь, имеющие более низкое расположение шин, высоту порталов, чем в с гибкой ошиновкой. Благодаря этому сокращается длина контрольных и , дорог, облегчается очистка изоляторов, улучшается обзор шин и аппаратов. При использовании жесткой ошиновки снижается трудоемкость монтажных работ. На основе конструкций с жесткими шинами созданы конструкции высокой заводской готовности, в том числе, компактные модули и комплектные ПС. Все это позволяет сократить сроки сооружения РУ. Жесткая ошиновка в нашей стране успешно применялась еще в 30-е годы прошлого века. Сборные шины изготовлялись из медных труб, внутриячейковые связи - из стальных (водопроводных) труб. В середине 50-х годов институт «Теплоэлектропроект» разработал проекты ЗРУ, а также ОРУ 110 и 220 кВ с жесткими сборными шинами из алюминиевых сплавов и однорядной установкой выключателей. В 1957 г. введено в эксплуатацию ЗРУ 150 кВ Каховской ГЭС, выполненное по схеме: одна рабочая секционированная и обходная системы шин, сборные шины которого изготовлены из медных труб. Широкое применение жесткая трубчатая ошиновка из алюминиевых сплавов получила в 60-е годы в ОРУ напряжением 110 кВ транзитных и тупиковых подстанций. В 70-х годах институт «Энергосетьпроект» выполнил проекты ОРУ напряжением 220 кВ по упрощенным схемам (типа КТП 220 кВ), а также типовые проекты ОРУ 110 кВ и выше со сборными шинами. В эти же годы институтом «Укроргэнергострой» (в те годы Одесским филиалом «Оргэнергострой») разработаны проекты КТПБ 110 кВ, производство которых освоено Самарским (Куйбышевским) заводом «Электрощит». Эти же организации позднее разработали и освоили выпуск блочных комплектных распределительных устройств (КРУБ) 110 кВ для схем одна или две системы сборных шин с обходной шиной, а в конце 80-х годов изготовили экспериментальные пролеты ошиновки КРУБ 220 кВ. До 80-х годов жесткая ошиновка ОРУ 110 кВ, разработанная институтом «Энергосетьпроект» и его филиалами, изготовлялась в мастерских электромонтажных организаций; позднее, как правило, на заводах ВПО «Союзлектросетьизоляция» (рис.1, а). Эти решения использовались при сооружении ОРУ 220 и 500 кВ с жесткими шинами (рис. 1, б). Кроме того, элементы жесткой ошиновки нашли применение в ОРУ 330 и 500 кВ с подвесными разъединителями (проекты института «Атомтеплоэлектропроект»). В последние годы ЗАО «Завод электротехнического оборудования» (ЗЭТО), ЗАО «КЭС-ЭнергоСтройИнжиниринг», ЗАО «КТП-Урал» и другие организации выполнили разработку, и внедрение ошиновки ОРУ 110 – 500 кВ (рис. 2).

Следует отметить, что ряд шинных конструкций во многом копируют разработки 60-80 гг. прошлого столетия. Другие с аккумулировали наилучшие отечественные и зарубежные решения, а также используют новые оригинальные подходы. В этих условиях своевременным оказалось подготовка и утверждение четырех новых нормативных документов , которые определяют требования к проектированию, выбору, расчетам и испытаниям жесткой ошиновки ОРУ и ЗРУ 110-500 кВ. В документах нашли отражение результаты расчетов и испытаний шинных конструкций в рабочих и аварийных режимах, многолетней научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы российских ученых и специалистов , а также отечественный и зарубежный опыт эксплуатации жесткой ошиновки. В частности, в качестве шин рекомендуется использовать трубы из алюминиевых сплавов прежде всего 1915, 1915Т, а также АВТ1. Ответвления от шин выполняются жесткими шинами (трубами) или гибкими (сталеалюминиевыми проводами). При монтаже шинных конструкций сварочные работы, как правило, не используются. Жесткие ответвления от шин, повороты и другие элементы, требующие сварочных работ, обычно поставляются специализированными предприятиями. Шинодержатели и другие крепежные элементы являются важнейшим звеном современных шинных конструкций. В соответствии с рекомендуется (и впервые в отечественной практике допускается для сборных шин) использование шинодержателей и крепежных узлов - обжимного типа (рис. 3), которые не требуют выполнения сварочных работ или опрессовки для соединения жестких шин, а также жестких шин и гибких связей при монтаже ошиновки. Крепежные элементы позволяют проводить присоединение трубчатых шин к плоским аппаратным зажимам, выполнение различных типов ответвлений и соединений проводников. Шинодержатели и другие крепежные элементы обжимного типа обеспечивают: быстрый и качественный монтаж ошиновки, необходимую компенсацию температурных деформаций шин, компенсацию погрешностей при установке шинных опор, а также возможные просадки и наклоны опор. Кроме того, они выполняют роль экранов, устраняя возможность развития коронных разрядов и радиопомех. Вместе с тем, они должны обеспечивать высокое качество электрического соединения, а также необходимый уровень рассеяния энергии при колебаниях шин, в том числе, при ветровых возбуждениях (ветровых резонансах). Крепление жесткой ошиновкой, как правило, выполняется на одноколонковые фарфоровые изоляторы (изоляционные опоры) типа С6, С8, С10 или С12. Допускается использование полимерных опорных изоляторов. В РУ с жесткой ошиновкой применяются разъединители всех современных конструктивных решений, в том числе, горизонтально-поворотные, полупантографические и пантографические. Следует отметить, что использование пантографических разъединителей в РУ с жесткими шинами позволяет создать наиболее компактные конструктивные решения, а в некоторых случаях упростить компоновку оборудования. Жесткая ошиновка ОРУ и ЗРУ 110 кВ и выше отвечает нормативным требованиям и удовлетворяет требованиям эксплуатационной надежности, если выполнены проверки (испытания или расчеты), в том числе:
Современные крепежные узлы шин по допустимым прогибам от собственного веса (включая ответвления), а в ОРУ, кроме того, веса гололеда; изоляционных расстояний с учетом отклонений шин и опорных изоляторов при ветровых нагрузках (в ОРУ) и после воздействия ; ошиновки по условиям короны и радиопомех; шин, шинодержателей и компенсаторов по допустимым температурным удлинениям; жесткой ошиновки по нагреву в рабочих режимах, при этом в ОРУ с учетом солнечной радиации, а также вынужденной (при ветре) и свободно-вынужденной (при штиле) конвективного теплообмена; термической стойкости шин; электродинамической стойкости изоляторов и шин, включая оценки при неуспешных АПВ; ветровой стойкости ошиновки ОРУ с учетом пульсирующей (переменной) составляющей ветровой нагрузки; эффективности отстройки шин ОРУ от ветровых резонансов; стойкости (прочности) изоляторов и шин при различных сочетаниях внешних нагрузок (ветровых, гололедных и электродинамических) с учетом собственного веса и веса ответвлений. Рассмотрим некоторые условия выбора и расчетов жесткой ошиновки. 1. Наибольший прогиб шин от собственного веса и силы тяжести ответвлений у ст.max по эстетико-психологическим требованиям не должен превышать допустимого статического прогиба у ст.доп = l 0 /100, а с учетом гололеда у ст.доп = l 0 /80, где l 0 - длина шины между опорами (шинодержателями) . В качестве примера на рис. 4 приводятся кривые зависимости внешних (D) и внутренних (d) диаметров шин кольцевого сечения, отвечающие условию построенные на основе решения статической задачи для шин длиной 17,5 м (без ответвлений) из алюминиевого сплава 1915Т без учета гололеда. Допустимые размеры шин лежат в области, отмеченной серым цветом.
Как показывает опыт внедрения новых шинных конструкций 110 кВ и выше, при нарушении условия (1) по требованиям эксплуатационного персонала приходится устанавливать дополнительные промежуточные изоляционные опоры или заменять шины. 2. Монтажные расстояния от токоведущих частей до различных элементов РУ в свету должны быть больше наименьших значений, указанных в ПУЭ . Кроме того, наименьшие изоляционные расстояния между токоведущими элементами а ф-ф, а также проводниками и заземленными частями а ф-з при колебаниях ошиновки под действием ветровых нагрузок (в ОРУ) и после отключения (в ОРУ и ЗРУ) должны оставаться больше наименьших допустимых расстояний А ф-ф и А ф-з, установленных в . 3. Шины должны проверяться по условиям короны и радиопомех. Общая корона на шинах не возникает, если выполняется неравенство где Е max - максимальная напряженность электрического поля на поверхности шин при среднем эксплутационном напряжении; Е 0 - начальная напряженность электрического поля возникновения коронного разряда. Условие (5) выполняется, если внешний диаметр шин D больше или равен минимальному допустимому диаметру по условию короны D доп. В табл. 1 приводятся расчетные допустимые диаметры трубчатых одиночных шин по условию короны при нормальных атмосферных условиях (давлении воздуха p в =1,013 10 5 Па = 760 мм рт. ст. и температуре воздуха V в =20 o С) и минимально допустимых расстояниях между фазами и землей.
Следует отметить, что диаметры шин, выбранные по другим условиям, как правило, значительно превосходят указанные в табл. 1 значения. 4. Температурные деформации шин не должны приводить к дополнительным усилиям, что обеспечивается свободным перемещением шин и установкой температурных компенсаторов. При этом длина неразрезного (цельного или сварного) участка шины должна отвечать неравенствам где L доп. min и L доп. max - минимальные и максимальные допустимые длины неразрезного отрезка шины, определяемые конструкцией ошиновки, м; L - длина этого отрезка при минимальной температуре V min (которую оправданно принять равной абсолютной минимальной температуре воздуха региона) и максимальной температуре V max (равной температуре нагрева шины при КЗ, то есть не более 200 о С) . Невыполнение условий (3) может приводить к технологическим нарушениям и авариям. На рис. 5 приведена фотография поврежденного пролета сборных шин ОРУ 220 кВ при температурных деформациях. 5. В рабочих режимах наибольшие температуры нагрева шин V и болтовых контактов V к не должна превышать допустимых значений Вместо условия (4) при практических расчетах удобно использовать неравенство где I раб. нб - наибольший рабочий ток (называемый также током утяжеленного режима), А; I доп - длительно допустимый (номинальный) шины или контакта ошиновки I ном, равный рабочему току при температуре нагрева соответственно V или V к. В качестве примера на рис. 6 приведены расчетные зависимости длительно допустимых токов трубчатых шин из сплава 1915Т в ОРУ при температуре воздуха V в, равной 40 o С, и длительно допустимой температуре шины V доп, равной допустимой температуре контактных соединений V доп к (например, шинодержателя обжимного типа) 90 o С. При расчете I доп шин ОРУ тепловой поток определялся при свободно-вынужденной конвекции, исходя из скорости ветра при штиле, равной 0,6 м/с. Кроме того, учитывался тепловой поток от солнечной радиации для средней полосы России.
6. Шины считаются термически стойкими, если их температура при V КЗ остается ниже допустимой температуры V КЗ.доп Для алюминия и его сплавов допустимая температура V КЗ.доп установлена равной 200 o С . Кривые для определения температуры шины при КЗ приводятся на рис. 7. Необходимый для определения V КЗ параметр А (А 2 с/мм 4) при конечной температуре определяется по известной формуле 7: где S - поперечное сечение шины, мм 2 ; В к - интеграл Джоуля, А 2 с. Оценку термической стойкости (с некоторым запасом) удобно проводить, исходя из площади сечения проводника. Шина удовлетворяет условию термической стойкости (6), если площадь ее поперечного сечения отвечает неравенству где S т - минимальное сечение шины по условию термической стойкости, мм 2 ; В - интеграл Джоуля, А 2 с; С Т - параметр термической стойкости, А с 1/2 /мм 2 , значения которого для некоторых алюминиевых сплавов приведены в табл. 2. 7. Шинные конструкции отвечают условиям стойкости (прочности), если выполняются следующие неравенства где R max и R доп - максимальная расчетная и допустимая силы (нагрузки) на изоляторы; V max и V доп - максимальное расчетное и допустимое в материале шин.
Допустимые нагрузки на изоляторы (одностоечных изоляционных опор) принимаются равными 60 % разрушающей нагрузки, допустимые в шине - 70 % временного сопротивления разрыву (предела прочности) материала σ в. Для шин, имеющих сварные соединения, помимо условия (9), должно выполняться неравенство где

σ max, св - максимальное расчетное напряжение в области сварного шва шины;

σ доп, св - допустимое с учетом снижения прочности после сварки, которое можно принять равным 0,7 временного сопротивления материала шины в зоне сварного шва

σ в.св. Временное сопротивление

σ в, а 1915Т - 0,9

σ в. Неверная оценка, прежде всего, R max и R доп может привести к повреждениям шинной конструкции. На рис. 8 приводится пример такого повреждения при испытаниях жесткой ошиновки ОРУ 110 кВ на электродинамическую стойкость. Значения максимальных нагрузок на изоляторы и напряжений в материале шин при могут быть приведены к виду где α = √3 10 -7 Н/А 2 для параллельных шин, расположенных в одной плоскости при трехфазном КЗ; α - расстояние между фазами, м; i уд - ударный КЗ, А; η - динамический коэффициент; W - момент сопротивления поперечного сечения шины, м 3 ; λ и

β - коэффициенты, зависящие от условий опирания шин на опоры пролета (расчетной схемы пролета шины). Динамический коэффициент зависит от взаимного расположения шин, вида КЗ, частоты собственных колебаний шинной конструкции, которая равна где r - параметр частоты собственных колебаний; E - модуль упругости, Па; J - момент инерции поперечного сечения шины, м 4 ; m - масса шины на единицу длины, кг/м; l - длина пролета шины, м. В качестве примера, на рис. 9 приводится одна из возможных расчетных схем (характерная для внутриячейковых связей) шины ОРУ 110-500 кВ и зависимость параметра частоты r от C оп l 3 /EJ (здесь C оп - жесткость средней опоры) при различных значениях отношения M оп /(ml) (где M оп - приведенная масса опоры) для данной расчетной схемы. Динамический коэффициент η для параллельных шин, расположенных в одной плоскости, в зависимости от частоты собственных колебаний приводятся, например, в . Следует отметить, что обычно частота собственных колебаний шин менее 10 Гц, поэтому динамический коэффициент меньше 1.
Например, для сборных шин типовых ОРУ 330 и 500 кВ частота собственных колебаний ошиновки составляет примерно 1-2 Гц, а динамический коэффициент - 0,25-0,4 (при постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, равной 0,05-0,2 с). 8. В системах с быстродействующими АПВ следует проводить расчет электродинамической стойкости при повторных включениях на КЗ. При этом необходимо учитывать рассеяние энергии при колебаниях шинных конструкций, частоту собственных колебаний, время бестокой паузы и другие факторы. Инженерные оценки R max и

σ max при неуспешных АПВ проводятся при наиболее неблагоприятных по условиям электродинамической стойкости углах включения и отключения тока КЗ. Вместе с тем, наибольшие в шине, нагрузки на изоляторы, а также прогибы конструкций при повторных включениях на не превышают соответствующих значений при первом КЗ, если продолжительность бестоковой паузы, с, составляет где δ х - декремент затухания при горизонтальных колебаниях шин. 9. Расчет шин на ветровую скорость (прочность) учитывает как статическую (неизменную во времени) – V, так и динамическую (пульсирующую) v(t) составляющую скорости ветра Динамические составляющие скорости v(t) и, следовательно, ветровой нагрузки рассматриваются как стационарные случайные процессы .
В результате расчета наибольшие нагрузки на опоры и в шине приводятся к виду где

q ст.в = 0,5 ρ в c x D V 0 2 - статическая составляющая ветровой нагрузки, Н/м; ρ в - плотность воздуха, кг/м 3 ; c x -

коэффициент лобового сопротивления шины; V 0 - нормативная скорость ветра на высоте шины, м/с; ηв- динамический коэффициент в ветровой нагрузки, зависящий от частоты собственных колебаний и декремента затухания ошиновки, скорости ветра, а также стандартов случайных функций R и

σ и определяемый по формуле
где

ξ в - параметр динамичности, (м/с) -1/3 . Параметр

ξ в в определяется по кривым (рис. 10). При первой (основной) частоте собственных колебаний шинной конструкции в горизонтальной плоскости больше 5 Гц параметр динамичности принимается, равным 0,3(м/с) -1/3 . Изоляторы и шины отвечают ветровой стойкости, если выполняются неравенства (9) и (10).
10. Ошиновка ОРУ не должна быть подвержена устойчивым ветровым резонансным колебаниям, которые возбуждаются периодическими срывами вихрей при скорости ветра, лежащей в пределах где Vs=df 1y /Sh - струхалевская скорость ветра, м/с; Sh~0,2 - число Струхаля; f 1y - первая собственных колебаний шины (12) в вертикальной плоскости, Гц; К 1 и K 2 - коэффициенты, определяющие область скоростей ветра при устойчивых резонансных колебаниях, примерно равные, соответственно, 0,7-1,0 и 1,0 -1,3. Устойчивые резонансные колебания не возбуждаются, если наибольший (расчетный) прогиб шины y р.макс при вихревых возбуждениях не достигает критических (допустимых) значений y р.доп, то есть Допустимый прогиб при вихревых возбуждениях лежит в пределах 0,02-0,1 диаметра шины D, а наибольший прогиб зависит от коэффициента подъемной силы, жесткости и декремента затухания шины при колебаниях в вертикальной плоскости. Как показывают исследования и опыт эксплуатации, резонансная скорость ветра невелика и составляет не более 2-3 м/с. в материале шины и нагрузки на изоляторы в этом режиме обычно существенно меньше допустимых значений. Однако продолжительность ветровых резонансных колебаний может быть длительной (несколько часов), что оказывает отрицательное психологическое воздействие на персонал ОРУ, а также может приводить к ослаблению болтовых соединений и усталостным повреждениям элементов конструкций. Наиболее эффективный метод борьбы с ветровыми резонансами - это установка шинодержателей специальной конструкции и прокладка внутри трубчатых шин проводов (тросов) или металлических стержней, которые обеспечивают необходимый уровень рассеяния энергии при колебаниях шин. 11. Расчет на стойкость изоляторов и шин при сочетании ветровых q в, гололедных q г, электродинамических q э нагрузок, а также нагрузок от собственного веса и веса ответвлений q ш проводится при условии, что результирующее воздействие (в векторной форме) равно
где γ 1 ,

γ 3 - коэффициенты, принимаемые в соответствии с рекомендациями ПУЭ и другими документами. Расчет изоляторов и шин ОРУ на прочность должен проводиться при следующих сочетаниях внешних нагрузок: 1) вес ошиновки, нормативная гололедная нагрузка и ветровая нагрузка при нормативной скорости ветра; 2) вес ошиновки, ветровая нагрузка при нормативной скорости ветра и ЭДН, без учета АПВ, равная 65 % максимального расчетного значения (то есть при токе КЗ, равном 80 % от максимума); 3) вес ошиновки, максимальная электродинамическая нагрузка (без учета АПВ) и ветровая нагрузка, равная 60 % нормативного значения; 4) вес ошиновки и электродинамическая нагрузка при максимальном расчетном токе КЗ, в том числе при неуспешных АПВ (при повторных включениях на КЗ). Жесткая ошиновка и ее элементы должны подвергаться приемо-сдаточным испытаниям и проверкам, указанным в табл. 3. Следует отметить, что испытания на электродинамическую стойкость требуется проводить на трехпролетных шинных конструкциях. Допускается испытывать двухпролетные конструкции. При этом контрольными являются изоляторы, установленные в середине опытной конструкции. Проводить испытания на электродинамическую стойкость однопролетных конструкций не допускается. Испытания проводятся при трехфазных КЗ. Для конструкций с шинами, расположенными в одной плоскости, допускается проводить испытания при двухфазных КЗ между фазами А-В и В-С. В этом случае трехфазный ток электродинамической стойкости пересчитывается по формуле

Где i (2) дин - экспериментально установленное значение тока электродинамической стойкости при двухфазном КЗ; η (2) и

) - динамические коэффициенты при двухи трехфазном КЗ. Длительность устанавливается не менее половины периода собственных колебаний, то есть Т/2 = 1/(2f ). В этом случае будут достигнуты наибольшие значения нагрузок на и напряжений в материале шин. Наибольшая продолжительность определяется требованиями термической стойкости и устанавливается не менее времени термической стойкости выключателя. Проверку ошиновки на ветровую стойкость и отстройку от ветровых резонансов при приемо-сдаточных испытаниях допускается проводить на основе экспериментально-аналитических результатов. Но этот вопрос выходит за рамки настоящей статьи. ВЫВОДЫ 1. В РУ с жесткой ошиновкой целесообразно использовать прогрессивные крепежные элементы, исключающие выполнение сварочных работ при монтаже и обеспечивающие необходимый уровень надежности, а также компенсацию температурных деформаций, эффективное подавление ветровых резонансных колебаний и др. 2. Экономическая эффективность жесткой ошиновки в значительной мере определяется использованием современных компоновок ОРУ, применением быстромонтируемых компактных и комплектных модулей, использованием современных коммутационных аппаратов, в том числе, пантографических разъединителей. 3. Надежность жесткой ошиновки обеспечивается качеством ее изготовления, монтажа, а также строгим выполнением требований нормативных документов . Автор: Долин А.П., канд. техн. наук, ОАО «ФСК ЕЭС», Козинова М.А., ООО НТЦ «ЭДС» СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. ГОСТ Р 50736-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока КЗ (водится с 01.07.2008 взамен ГОСТ Р 50254 – 92). 2. СО 153-34.20.122-2006. «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ». 3. Руководящий документ по проектированию жесткой ошиновки ОРУ и ЗРУ 110-500 кВ (принят в качестве СтО 25.06.2007, приказ ОАО «ФСК ЕЭС» № 176). 4. Методические указания по расчету и испытаниям жесткой ошиновки ОРУ и ЗРУ 110-500 кВ (принят в качестве СтО 25.06.2007, приказ ОАО «ФСК ЕЭС» № 176). 5. Долин А.П., Шонгин Г.Ф. Открытые распределительные устройства с жесткой ошиновкой. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 6. Кудрявцев Е.П., Долин А.П. Расчет жесткой ошиновки распределительных устройств. - М.: Энергия, 1981. 7. Долин А.П., Кудрявцев Е.П., Козинова М.А. Расчет электродинамической стойкости и других параметров жесткой ошиновки ОРУ высоких и сверхвысоких напряжений. - Электрические станции, 2005, № 4. 8. Долин А.П. Исследование стойкости жесткой ошиновки при ветровых нагрузках. - Известия АН ССР. Энергетика и транспорт, 1990, № 4. 9. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд.