Допустимая температура нагрева алюминиевых шин рабочем током не должна превышать

Выбор сечения шинопроводов

Выбор сечения шинопроводов

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ШИНОПРОВОДОВ

При прохождении тока по проводнику последний нагревается. Количество энергии, выделенное неизменным током, определяется из выражения: где — количество выделенного тепла, ВтЧс; 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

Допустимый длительный ток для шин прямоугольного сечения

Допустимый длительный ток для четырехполосных шин с расположением полос по сторонам квадрата («полый пакет»)

Допустимый длительный ток для шин коробчатого сечения

Источник

СТО 56947007-29.060.10.006-2008 Методические указания по расчету и испытаниям жесткой ошиновки ОРУ и ЗРУ 110-500 кВ

1.5 Выбор шин по нагреву в рабочих режимах

1.5.1 В рабочих режимах температура нагрева шин и не должна превышать допустимого значения

. (1.10)

Допустимые температуры нагрева алюминиевых и медных шин, а также контактных соединений, установленные ГОСТ 8024-90, приведены в табл.1.3. В соответствии с ГОСТ 8024 для шин, не имеющих разъемных контактов (например, сборные шины), допустимая температура составляет 120 °С. Вблизи контактных соединений (например, с выводами аппаратов) допустимая температура шин не должна превышать допустимой температуры контакта, которая для контактов без покрытия составляет 90 °С. Нормативное значение температуры окружающей среды (воздуха) принято равным 40 °С [ГОСТ 8024-90].

Допустимые температуры шин и разъемных контактных соединений

Наименование частей токопроводов и материалов, из которых они изготовлены

Наибольшая допустимая температура нагрева, °С

Токоведущие неизолированные проводники (шины)

Контактные соединения на воздухе:

а) из меди, алюминия и их сплавов без покрытий

б) из меди и медных сплавов с покрытием серебром

с) из алюминия и его сплавов с покрытием серебром

Наибольший рабочий ток, при котором выполняется неравенство (1.10), называется допустимым током (или номинальным током ошиновки ). Поэтому работоспособность шин по условию нагрева в рабочем режиме рекомендуется проверять по условию

, (1.11)

где — наибольший рабочий ток, А.

Наибольший рабочий ток определяется: для сборных шин станций и подстанций, а также в цепи секционных и шиносоединительных выключателей — при наиболее неблагоприятных эксплуатационных условиях (при наибольших перетоках мощности); для цепи трансформаторов — при использовании их перегрузочной способности; для параллельных или взаиморезервирующих цепей — при отключении одной из них; для цепи генератора — при работе с номинальной мощностью и снижении напряжения на 5% от номинального.

Допустимый ток шин следует определять экспериментально или на основании расчетов. Однако допустимый ток шин экспериментально обычно определяется в закрытых помещениях и не может быть напрямую использован для оценки этого параметра в наружных установках.

Оправдано устанавливать допустимый ток шины равным номинальному току электрических аппаратов (например, выключателей или разъединителей) ОРУ.

Для практических оценок рекомендуется использовать расчетные кривые допустимых токов неокрашенных и окрашенных шин из алюминиевого сплава 1915 (1915Т), приведенные на рис.1.2-1.4.

Источник

Допустимые температуры нагрева оборудования и токоведущих частей

Допустимая температура нагрева, °С

Допустимое превышение температуры, °С

1. Токоведущие (за исключением контактов и контактных соединений) и нетоковедущие металлические части:

неизолированные и не соприкасающиеся с изоляционными материалами

изолированные или соприкасающиеся с изоляционными материалами классов нагревостойкости по ГОСТ 8865 — 70*:

2. Контакты из меди и медных сплавов:

без покрытий в воздухе /в элегазе/ в изоляционном масле
с накладными серебряными пластинами:

в воздухе и элегазе, скользящие и стыковые

в изоляционном масле с покрытием серебром:

в воздухе скользящие/стыковые

в элегазе/в изоляционном масле

3. Контакты стыковые, размыкаемые без трения — взаимного скольжения и замыкающиеся без удара, из меди и медных сплавов в воздухе с покрытием серебром толщиной не менее 24 мкм

4. Контактные соединения из меди, алюминия и их сплавов в воздухе /в элегазе/ в изоляционном масле:

5. Контактные соединения из меди и медных сплавов в воздухе /и элегазе/в изоляционном масле:

6. Контактные соединения из алюминия и его сплавов в воздухе /в элегазе/ в изоляционном масле:

7. Контакты металлокерамические вольфрам и молибденсодержащие на основе меди/серебра

8. Выводы аппаратов из меди, алюминия и их сплавов, предназначенные для соединения с внешними проводниками электрических цепей:

без покрытия/с покрытием оловом

с покрытием серебром при отсутствии/наличии серебряного покрытия контактной поверхности внешнего проводника

9. Разборные и неразборные контактные соединения шин, проводов или кабелей классов 1 и 2 по ГОСТ 10434—82* в установках, свыше 1 кВ при материале проводников

медь, алюмомедь, алюминий и его сплавы при защитных покрытиях рабочих поверхностей неблагородными металлами/без покрытий

медь и ее сплавы без изоляции или с изоляцией классов В, F и Н по ГОСТ 8865 — 70* с защитным покрытием серебром

10. Предохранители переменного тока на напряжение 3 кВ и выше:

Наименование оборудования, токоведущей части

Допустимая температура нагрева, “С

Допустимое превышение температуры, °С

контактные соединения из меди, алюминия или их сплавов в воздухе без покрытия /с покрытием серебром/ с покрытием оловом:

с разъемным контактным соединением, осуществляемым пружинами;

с разборным соединением (нажатие болтами или винтами), в том числе выводы предохранителя; металлические части, используемые как пружины:

из фосфористой бронзы и аналогичных сплавов

из бериллиевой бронзы и куниала

из углеродистой конструкционной стали

Изоляционные материалы или металлические части, соприкасающиеся с изоляционными материалами классов нагревостойкости по ГОСТ 8865 — 70*:

11. Сухие трансформаторы с обмотками классов нагревостойкости по ГОСТ 8865—70*:

12. Изоляционное масло в верхнем слое аппаратов

13. Трансформаторы тока, встроенные в масляные выключатели, трансформаторы, реакторы:

14. Трансформаторы, автотрансформаторы и масляные реакторы:

поверхности магнитопровода и конструктивных элементов

масло или другой жидкий диэлектрик в верхних слоях при исполнении герметичном/негерметичном

болтовые соединения токоведущих зажимов съемных вводов в масле/в воздухе

15. Контактные соединения устройств регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой (РПН) при работе на воздухе/в масле:

из меди, ее сплавов и медьсодержащих композиций без покрытия серебром:

с нажатием болтами или .другими элементами, обеспечивающими жесткость соединения

с нажатием пружинами и самоочищающиеся в процессе переключения

с нажатием пружинами и не самоочищающиеся в процессе переключения

из меди и ее сплавов с гальваническим покрытием серебром:

с нажатием болтами или другими элементами, обеспечивающими жесткость соединения

с нажатием пружинами и самоочищающиеся в процессе переключения

с нажатием пружинами и не самоочищающиеся в процессе переключения

из серебра, серебросодержащих композиций, меди и ее сплавов с уплотненным покрытием серебром толщиной не менее 60 мкм:

с нажатием болтами или другими элементами, обеспечивающими жесткость соединения;

с нажатием пружинами и самоочищающиеся в процессе переключения;

Наименование оборудования, токоведущей части

Допустимая температура нагрева, °С

Допустимое превышение температуры, °С

с нажатием пружинами и не самоочищающиеся в процессе переключения

16. Токоведущие и нетоковедущие металлические части устройств РПН при работе на воздухе/в масле: неизолированные или соприкасающиеся с изоляционными материалами, а также детали из изоляционных материалов классов нагревостойкости по ГОСТ 8865—70*:

токоограничивающий реактор в конце половины цикла переключений при номинальном токе

17. Токоведущие жилы силовых кабелей: в режиме длительном/аварийном при изоляции:

поливинхлоридный пластикат и полиэтилен

резина повышенной теплостойкости с пропитанной бумажной изоляцией при вязкой/обедненной пропитке и номинальном напряжении, кВ:

35
маслонаполненные на напряжение, кВ, в режиме длительном / аварийном:

330-500 и марок МНСА и МНСК

18. Синхронные компенсаторы с изоляцией микалентной компаундированной/термореактивной: обмотка статора при охлаждении:

косвенном воздушном
косвенном водородном с избыточным давлением, МПа:

обмотка ротора при воздушном или водородном охлаждении независимо от давления

активная сталь статора независимо от давления

19. Машины электрические вращающиеся: обмотки переменного тока машин мощностью 5,0 МВ · А и выше или с длиной сердечника 1 м и более при изоляции классов нагревостойкости по ГОСТ 8865 — 70

обмотки переменного тока машин мощностью менее 5,0 МВ-А или с длиной сердечника менее 1 м, а также соединенные с коллектором якорные обмотки и обмотки возбуждения машин постоянного и переменного тока с возбуждением постоянным током (кроме указанных ниже) при изоляции классов нагревостойкости по ГОСТ 8865—70:

обмотки возбуждения неявнополюсных машин с возбуждением постоянным током для изоляции классов нагревостойкости B/F/H
однорядные обмотки возбуждения с оголенными поверхностями

при изоляции классов нагревостойкости по ГОСТ 8865 — 70:

Наименование оборудования, -токоведущей части

Допустимая температура нагрева, °С

Допустимое превышение температуры, °С

изолированные обмотки, непрерывно замкнутые на себя, а также сердечники и другие стальные части, соприкасающиеся с изолированными обмотками при изоляции классов нагревостойкости по ГОСТ 8865—70:

Коллекторы и контактные кольца, незащищенные и защищенные при изоляции классов нагревостойкости по

1. Данные пп. 1 — 8 и 12 таблицы основаны на ГОС1 8024 — 84 «Аппараты к электрические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Нормы нагрева при продолжительном режиме работы и методы испытаний». ГОСТ 8024— 84 распространяется на электрические аппараты (в том числе встраиваемые в КРУ, КТП): выключатели, разъединители, отделители и их привода; на КРУ, трансформаторы тока, токоограничивающие реакторы, токопроводы, проходные изоляторы. В таблице также использованы ГОСТ 11677— 85 (трансформаторы силовые), ГОСТ 2213—79*Е (предохранители), ГОСТ 18409-73*Е, 24183-80*, 18410-73*Е, 16441-78* (кабели силовые), ГОСТ 10434— 82* (соединения контактные), ГОСТ 24126 — 80 (устройства регулирования напряжения трансформаторов), ГОСТ 609 — 84 (компенсаторы синхронные), ГОСТ 183 — 74* (машины электрические вращающиеся).
2. Данные таблицы (кроме специально оговоренных случаев) относятся к работе аппаратов и устройств при продолжительном и повторно-кратковременном режимах работы и при температуре окружающего воздуха от —60 до +40 °С, при этом превышения температуры даны над эффективной температурой воздуха + 35 °С. Значения допустимых превышений температуры для аппаратов и устройств, используемых при температуре окружающего воздуха ниже верхнего значения рабочей температуры, могут быть увеличены так, чтобы температуры нагрева не превышали установленных норм. Температура окружающего воздуха, начиная с которой и ниже допустимо увеличение тока нагрузки до 120% номинального значения, сообщается изготовителем.
3. Для изоляционного материала класса С приведенные в пп. 1 и 10 значения являются наибольшей температурой нагрева, при которой характеристики соседних частей могут изменяться в пределах норм, предусмотренных в стандартах и технических условиях на конкретные виды аппаратов.
4. Указанные в таблице температуры и превышения температуры допускаются для таких контактов и контактных соединений с покрытием, у которых слой покрытия не повреждается после испытаний па износостойкость. Если обнаруживается обнажение основного металла в зоне контактирования, нормы нагрева устанавливаются как для контактов и контактных соединений баз покрытий.
5. Если контактные поверхности имеют разное покрытие, то нормы нагрева принимаются по детали, для которой нормы нагрева имеют меньшее значение.
6. Данные таблицы не распространяются на части аппаратов, находящиеся в вакууме.
7. Нормативы п. 9 соответствуют эффективной температуре воздуха 40 + .
8. Нормативы в пп. 11, 14—16 определены относительно воздуха со среднесуточной температурой 30 и среднегодовой 20 °С и воды с температурой у входа в охладитель 25 С. При большей температуре воды превышения температуры обмоток должны быть уменьшены на 8 С.
9. Превышения температуры в п. 13 приведены относительно температуры масла; при температуре масла ниже допустимой (90 для выключателей и 95 С для трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов) допустимое превышение температуры может быть соответственно увеличено, но не более чем на 10 °С.
10. Превышение температуры отдельных частей масляных заземляющих дугогасящих реакторов может превышать значения, приведенные в п. 14, на 10 °С при номинальном напряжении реактора и на 20 °С при наибольшем рабочем напряжении , реактора в положении, соответствующем наибольшему предельному току.
11. В п. 14 в числителе приведен норматив для исполнения герметичного или с устройством, полностью защищающим жидкий диэлектрик от соприкосновения с окружающим воздухом, в знаменателе — для остальных случаев.
12. В трансформаторах мощностью более 63 МВ-А в отдельных точках магнитопровода и конструктивных элементов допускается превышение температуры поверхности до 85 °С, если это превышение не превзойдено в других режимах, т. е. на неосновных ответвлениях.
13. Аварийный режим по п. 17 разрешается на период до 8 ч в сутки и не более 1000 ч за срок службы кабеля. Норматив для вязкой пропитки распространяется также на случай бумажной изоляции, пропитанной нестекающим составом. Нормативы для маслонаполненных кабелей допустимы при засыпке траншей с кабелями грунтом с улучшенными тепловыми свойствами и при среднесуточном значении коэффициента тока нагрузки не более 0,8. Аварийный режим допускается продолжительностью не более 100/50 ч соответственно при коэффициенте среднесуточного тока не более 0,8; в течение года допускается только один случай работы кабеля в таком режиме.
14. Превышение температуры контактных соединений бетонных реакторов над температурой окружающего воздуха не должно быть более 65 °С.
15. Данные п. 18 относятся к изоляции класса В, в скобках приведены отдельные нормативы для изоляции класса F. Нормативы по п. 18 даны для измерения температуры термометром сопротивления, уложенным в паз по сопротивлению обмотки. При использовании компаундов с температурой размягчения 130°С и выше нормативы по п. 18 для микалентной компаундированной изоляции класса В могут быть повышены до 120°С.
16. Нормативы п. 19 соответствуют температуре газообразной охлаждающей среды 40 и охлаждающей воды 30 °С при измерении температуры методом сопротивления, методом температурных индикаторов, уложенных в паз, и методом термометра. Для обмоток статора машин переменного тока с воздушным охлаждением турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток на номинальное напряжение свыше 11,0 кВ нормативы таблицы при измерении температурным индикатором должны быть снижены на каждые полные или неполные 1000 В на 1,0 °С и свыше 17,0 кВ — дополнительно на 0,5 °С. Норматив для подшипников соответствует температуре масла 65 °С.
17. Температура нагрева проводников при коротком замыкании должна быть не выше следующих предельно допустимых значений, °С (ПУЭ — 86, ГОСТ 11677—85 и 24183 — 80*):

шины медные и их контактные соединения. 300
шины алюминиевые и контактные соединения проводников из алюминия, алюмомеди, сплавов алюминия, а также соединения этих проводников с медными. 200
шины стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратом, в том числе заземляющие проводники и их контактные соединения. 400
то же с непосредственным присоединением к аппарату . . 300
кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение до 10/(20—220) кВ . . . 200/130 кабели и изолированные провода с медными и алюминиевыми жилами и изоляцией
поливинилхлоридной/резиновой. 160/150
то же полиэтиленовой/из резины повышенной теплостойкости или вулканизирующего полиэтилена 130/250
медные неизолированные провода при тяжении до 20/(20 и более) МПа. 250/200
алюминиевые неизолированные провода при тяжении до 10/(10 и более) МПа . . . 200/160
алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов . 200
обмотки масляных трансформаторов и трансформаторов с жидким диэлектриком
с обмотками из меди/алюминия. 250/200
обмотки сухих трансформаторов с обмотками из меди/алюминия и изоляцией классов нагревостойкости по ГОСТ 8865 — 70*:
А. 180/180
Е. 250/200
В, F, Н. 350/200

Источник