Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1.. Токоведущие системы распределительных устройств станций и подстанций; их преимущества и недостатки II
1.2«Электромагнитные параметры токоведущих систем и методы их расчета 15
1.3.Выводы и основные задачи исследования.. 25
2. Электромагнитные параметры тошвщущих систем с шинами двояковогнутого профиля 27
2.1.. Определение оптимального профиля токоведущей шины методом численного интегрирования 28
2.2.Интегральный метод расчета распределения плотности тока по сечению шин 36
2.3.Расчет распределения плотности тока по сечению шин в однофазных и трехфазных токопроводах методом последовательных приближений 38
2.4.Электрические параметры токоведущих систем о шинами двоякогнутого профиля 47
2.5.Электродинамические усилия в токоведущих системах и методы их расчета 60
2.6.Выводы о. 67
3. Разработка инженерных методов расчета и выбора шин двояковогнутого профиля 72
3.1. Нагрев шин при длительном протекании номинальных токов 72
3.2. Нагрузочная способность шин в зависимости от вогнутости поверхности 76
3.3.Нагрев шин при сквозных токах короткого замыкания и методы расчета . о 83
3.4«Термическая стойкость токоведущих систем в зависимости от вогнутости поверхности... о 89
3.5.Геометрические характеристики поперечных сечений шин двояковогнутого профиля 95
3.5.1.Момент инерции сложного сечения о<, 95
3.5.2оМомент сопротивления плоского сечения шины двояковогнутого профиля о Ю2
3в5.3.Коэффициент формы шины .<, Ю5
3.6.Инженерные методы расчета электродинамической стойкости токоведущих систем с шинами двояковогнутого профиля.. о о о Ю6
3.6.1,Критерии оценки электродинамической стойкости шин и изоляторов 106
3.6.2.Расчет шин и изоляторов на статическую нагрузку 107
3.6.3.Расчет шин на механическую прочность с учетом частоты собственных колебаний
3.7.Частота собственных колебаний шин и зависимость ее от вогнутости поверхности о 115
3.8.Технико-экономическое обоснование применения шин двояковогнутого профиля 119
З.3.Выводы 125
Экспериментальные исследования токовщщих систем с шинами двояковогнутого профиля 129
4.1. Исследование электромагнитных параметров и нагрузочной способности в номинальном режиме 129
4.1.1.Результаты экспериментальных исследований. 132
4.2.Исследование электродинамической и термической стойкости токоведущих систем к сквозным токам короткого замыкания. 141
4.2.1.Результаты экспериментальных исследований 147
4.3 Выводы 166
Список использованных источников...,
- Токоведущие системы распределительных устройств станций и подстанций; их преимущества и недостатки
- Определение оптимального профиля токоведущей шины методом численного интегрирования
- Нагрев шин при длительном протекании номинальных токов
- Исследование электромагнитных параметров и нагрузочной способности в номинальном режиме
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Электрификация играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйствао Постоянный рост производительности труда объективно требует опережающих темпов роста производства электроэнергии. Развитие промышленного производства в СССР и за рубежом показывают, что для повышения производительности труда на 50% необходимо увеличить его электровооруженность на 75-80$. В программе строительства коммунистического общества в СССР сказано, что главная экономическая задача партии и советского народа состоит в создании в течение двух десятилетий материально-технической базы коммунизма, что предполагает, в частности, полную электрификацию страны и совершенствование на этой основе техники, технологии и организации общественного производства во всех отраслях народного хозяйства.
В соответствии с первостепенной ролью электрификации в нашей стране уже освоены и поставляются энергетике с 1976 года крупнейшие турбогенераторы мощностью 1200 мВт для тепловых электростанций и с 1979 года турбогенераторы мощностью 1000 мВт для атомных электростанций. Только за одиннадцатую пятилетку к 1985 году планируется довести производство электроэнергии до 1600 млрд.кВт.час.
Большие задачи стоят перед советской энергетикой на перспективу. Намечается строительство только тепловых электростанций мощностью до 12000 мВт с агрегатами 1600-2000 мВт и атомных электростанций с агрегатами мощностью 1200-1300 мВт.
Осуществление строительства крупных электростанций и интенсивное развитие энергетики требуют не только создания новых высоковольтных коммутационных аппаратов на все более высокие параметры по номинальному току и стойкости к сквозным токам короткого замыкания, но и всемерного совершенствования и расширения производства аппаратов на ранее освоенные параметры. При решении задач особое внимание уделяется поиску новых технических решений, направленных на уменьшение и рациональное использование материалов. На это нацеливает постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов".
Учитывая, что на производство высоковольтных аппаратов и токоведущих систем распределительных устройств станций и подстанций расходуется сотни и даже тысячи тонн электротехнической меди и алюминия в год, а запасы их на земле ограничены, исследование путей экономии и рационального использования проводниковых материалов в энергетике приобретают важное народнохозяйственное значение. Директивами ХХІУ съезда партии всем отраслям народного хозяйства, в том числе и электротехнической промышленности, установлены конкретные задания по экономии материалов, в том числе и то- -коведущих шин за счет внедрения эффективных видов сечений и профилей и непосредственно снизить стоимость электросетевого и под-станционного строительства не менее чем на 3-5$ за счет более рациональных проектных решений, улучшения компановок подстанций, разработке и внедрения в практику проектирования и строительства новых прогрессивных конструкций, обеспечивающих экономию и рациональное использование материалов. Достаточно сказать, что только по электротехнической промышленности экономия 1% материалов в отрасли равнозначна снижению затрат на 70 млн.руб. Поэтому вопросы экономии и рачительного использования материалов в этих условиях приобретают особую актуальность.
Несмотря на определенные успехи, достигнутые в области разработки и исследований токоведущих систем, продолжает оставаться круг нерешенных вопросов, связанных с дальнейшим совершенствованием и разработкой новых токоведущих систем, а также с развитием методов расчетов на нагрев длительными токами, динамическую и термическую стойкость»
Вопросами изучения электрических характеристик, разработки методов расчета основных параметров шин и шинных линий, направленных на повышение эффективного и более рационального использования проводникового материала, проводились и проводятся в ряде организаций Советского Союза и за рубежом. Тем не менее существующие методы расчета охватывают на все конструкции токоведущих систем и профили сечений шин и не всегда приведены к виду удобному для инженерных расчетов. Это значительно затрудняет оценку или анализ эффективности отдельных профилей шин и их систем, а также разработку новых.
Определенные сложности имеют место и с расчетом токоведущих систем на динамическую и термическую стойкость к сквозным токам к.з. Ввиду сложности задачи, отсутствия хорошего экспериментального материала, существующие методы приведены к виду неудобному для практического использования и разработаны применительно к определенным типам шинных линий. Это и вполне понятно, т.к. частота колебаний, а, следовательно, и коэффициент динамической нагрузки, жесткость и податливость системы являются функциями многих переменных и зависят от числа пролетов в расчетной схеме, способов крепления шин на изоляторах, от крепления самих изоляторов к фундаменту и т.д. Расчетным путем учесть все эти факторы без экспериментальных исследований практически невозможно.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Основной целью работы является разработка и создание экономичных с более рациональным использованием проводникового материала токоведущих систем с совершенно новыми, до настоящего времени неизвестными, шинами двояковогнутого профиля; разработка и выбор комплекса программ расчета основных электромагнитных параметров шин, нагрузочной способности, динамической и термической стойкости к сквозным токам к.з. токопроводов распределительных устройств станций и подстанций; разработка инженерных методов расчета и выбора шин двояковогнутого профиля как для однофазных, так и трехфазных токоведущих систем; определение эффективности их более рационального использования как в токопрово-дах распределительных устройств станций и подстанций, так и в разъединителях напряжением 35-220 кВ, КРУ и КТП; исследование путей повышения пропускной способности токоведущих систем с шинами двояковогнутого профиля и разработка практических рекомендаций для успешного их внедрения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Предложен новый профиль шин, защищенный авторским свидетельством. Разработаны с более равномерным распределением плотности тока токоведущие шины, позволяющие более экономично и рационально использовать проводниковый материал; исследована их нагрузочная способность в нормальных режимах, электродинамическая и термическая стойкость к сквозным токам к.з.; разработаны и проведены экспериментально инженерные методы расчета и выбора этих шин для распределительных устройств станций и подстанций.
На защиту выносятся следующие основные положения: 1. Новый профиль токоведущей шины, представляющий собой в поперечном сечении двояковогнутый профиль. 2. Методика определения основных геометрических размеров шин двояковогнутого профиля и их электромагнитных параметров. 3. Инженерные методы расчета и выбора шин двояковогнутого профиля на нагрузочную способность, динамическую и термическую стойкость к сквозным токам к.з, 4. Технико-экономическое обоснование применения шин двояковогнутого профиля в распределительных устройствах станций и подстанций. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ» Полученные результаты теоретического и экспериментального исследования позволили выработать рекомендации для создания более рациональных конструкций токоведущих систем распределительных устройств станций и подстанций и аппаратов с точки зрения эффективного использования проводникового материала. Разработана и экспериментально проверена методика инженерного расчета электрических параметров, нагрузочной способности, динамической и термической стойкости шин и шинных линий с шинами двояковогнутого профиля. Показано, что без снижения уже существующих основных параметров таких аппаратов как КРУ-б(10)-1000 и разъединителей напряжением 35-220 кВ на токи до 2000 А использование шин двояковогнутого профиля позволяет экономить проводниковый материал. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы нашли практическое применение в разъединителях 35-220 кВ на номинальные токи до 2000 А Великолукского завода высоковольтной аппаратуры, в 0РУ-ІІ0 кВ с жесткой ошиновкой треста "Электростройподстанций", в шкафах КРУ" Люберецкого электромеханического завода; на заводе П/0 "Электроизолятор" в высоковольтных проходных изоляторах для атомных электростанций» Положительные отзывы о применении шин двояковогнутого профиля получены от Московского и Куйбышекского заводов "Электрощит", от Хмельницкого завода трансформаторных подстанций, Новосельцевского завода подстанционной арматуры и др. Полученные результаты приняты к использованию институтом НИКИМТ и ЦПКБ треста "Электроцентрмонтажконструкция", а также Московским отделением "Атомтеплоэлектропроект". Все основные результаты работы опубликованы в щести печатных работах в отдельных разделах четырех отчетов по НИР НИЦ ВВА и одном авторском свидетельстве. Доложены и обсуждены: I. На Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование монтажа электрических сетей и повышение их эксплуатационной надежности", Москва, ВДНХ СССР, 1979 г. 2о На научной конференции "Вопросы рационального использования электроэнергии на промышленных предприятиях ТССР", Ашхабад, -;, венский политехнический институт, 1980 Го 3. На научной конференции, посвященной 60-летию образова ния СССР "Оптимизация систем промышленного электроснабжения", Москва, МЭИ, 1982 гв 4. На ХЮСІХ научно-технической конференции Белорусского технического института, Минск, БПИ, 1983 г. Работа выполнялась на кафедре "Электрические станции" Белорусского политехнического института и в Научно-исследовательском центре по испытанию высоковольтной аппаратуры Министерства энергетики и электрификации СССР под руководством кандидата технических наук, доцента кафедры "Электрические станции" ЕЛИ М.И.Стрелюка.
Токоведущие системы распределительных устройств станций и подстанций; их преимущества и недостатки
Для соединения электрических аппаратов между собой, для создания токоведущих частей самих аппаратов, таких как разъединителей, шинопроводов, КРУ и КГП, необходимы проводники соответствующих сечений.
В настоящее время наибольшее распространение получили шины плоского сечения. Для токовых нагрузок более чем 2650 А для медных шин и 2070 А для алюминиевых, как известно, приходится делать шины, состоящие из ряда параллельных полос, располагаемых, обычно, на некотором расстоянии одна от другой.» Применение сплошного массивного сечения из-за ярко выраженного поверхностного эффекта, приводит к ухудшению проводимости шин и условию их охлаждения. Однако, и устройство шинных линий, составленных из ряда параллель- ных полос, не решает вопроса полностью при больших токах. Проводимость таких шин, возрастает не прямо пропорционально числу присоединенных полос, и, с увеличением их числа довольно скоро наступает предел, за которым дальнейшее добавление полос является бесцельным. Вследствие неравенства действующих коэффициентов самоиндукции крайних и средних полос, ток протекает, главным образом, в крайних полосах, в то время как средние полосы остаются почти без тока и материал их плохо используется. Например, как отмечается в / I /, в трехполосном пакете в крайних шинах протекает примерно по 40$, а в средней только 20$ полного тока фазы. Впервые этот вопрос был исследован С.Вагнером в 1922 году / 2 /, который обнаружил, что в пакете из десяти шин размером 0,0032 х 0,076 м с зазором между шинами 0,01 м при частоте 60 Гц общий ток распределяется неравномерно, т.е. если в крайних поло сах он составляет примерно по 18$, то в средней полосе (полоса № 6) он составляет всего 4,8$ от общего тока в пакете» В 1934 году в лаборатории завода "Электроаппарат" было произведено измерение распределения тока по элементам пакета шин, состоящего из двенадцати полос сечением 0,04 х 0,06 иг каждая, расположенных в один ряд при токе 3000 А, / 3 / Измерения показали резко неравномерное распределение тока по шинам пакета, т.е„ если крайние шины несут нагрузку примерно по 25$ от общего тока фазы, то средние шины несут нагрузку всего лишь по 8$. Это приводит к нерациональному использованию проводникового материала о При этом стоит отметить, что при столь неравномерном распределении тока по отдельным полосам нагрев шин не превышает нормо Причиной сравнительного благополучия в отношении нагрева является большая теплопроводность меди, вследствие которой средняя температура получается низкой. Величина же нагрева каждой полосы в действительности неравномерная. Это подтверждают и работы В.Г.Егорова /4 /. Он проводил исследования на образцах, состоящих из пяти шин в пакете при токе 4000 А. Сечение каждой шины 0,01x0,08 wr. Измерения температуры нагрева шин показали, что наиболее нагретыми шинами оказались крайние шины, превышение температуры их нагрева составляло примерно 25 С; средней шины - всего 7-8 С.
В 1938 году А.Арнольд опубликовал работу / 5 / по определению сопротивления переменному току полых квадратных проводников, состоящих из двух швеллерообразных шин. В отечественной практике Н.Я.Шубин в 1948 году в своей работе / 6 / показал, что профильные шины при прочих равных условиях имеют большие преимущества перед плоскими шинами как в отношении допустимых нагрузок по нагреву и экономичности плотности тока, так и в отношении механической прочности. Они дают значительную экономию в расходе материала шин или при том же расходе цветного металла дают значительную экономию в потерях электроэнергии» настоящее время в мощных электроустановках при рабочих токах более чем 5200 А для медных шин и 4100 А для алюминиевых все шире применяются шины корытообразного профиля (швеллеры), дающие возможность лучше использовать проводниковый материале Но ограниченность исследований и вследствие этого недостаточность опубликованных материалов, дают самые скудные представления о преимуществах корытообразных шин. Например, в / 7 / Л.М.Залес-ский и Г.А.Кукеков показали, что и в шинах корытообразного сече-ния имеет место неравномерное распределение переменного тока по сечению шины, даже больше, чем в шинах прямоугольного профиляо Это подтверждают и исследования, проведенные диссертантом в лаборатории больших токов НИЦ ВВА. Экспериментально было установлено: если в шинах прямоугольного профиля отношение минимальной плотности тока в середине широкой стороны к максимальной в углах шины составляет 0,4-0,5 то в шинах пшеллерообразного и двутаврового профиля это отношение составляет 0,2-0,35.
За рубежом, особенно за последнее время, все больше находят применение шины сложных профилей, таких как коробчатые, S -образные, U -образные и другие, т.к. они при равных сечениях допускают большие нагрузки, чем плоские. С другой стороны существующий сортамент шин, используемый, за рубежом для изготовления шинных линий, позволяет лучше использовать сечение проводника, чем у отечественных. Например, в шинных линиях фирмы "Польяно" (Италия) на номинальные токи 2500 А ИСПОЛЬЗОЕЗНЫ шины сечением 0,007 х 0,13 иг, в то время как у отечественных на те же номиналь-ные токи применяются шины сечением 0,01 х 0,12 м .
Определение оптимального профиля токоведущей шины методом численного интегрирования
В настоящем разделе рассматривается вопрос об определении профиля токоведущей шины, в котором имело бы место равномерное распределение плотности тока / 42 / . Решение этой задачи выполнено численным интегрированием экспериментальных зависимостей распределения плотности тока в шинах прямоугольного профиля при условии, что взаимное расстояние ме;зду шинами значительно больше размеров их поперечных сечений и плотность тока распределяется неравномерно только по широкой стороне шины, а по толщине же остается одинаковой. Для возможности оценки результатов вычисления, за основу взята шина, которая уже была рассмотрена экспериментально Ю.Л.Мукосеевым / 13 / и аналитически А.М.Сегалем ( 15 /, Соответствующая кривая распределения плотности тока в алюминиевой шине 0,1 х 0,01 м при токе 1000 А и частоте 50 Гц приведена на рис.2.1.
Разобьем шину на П элементарных проводников сечением д Ь і , где Д h - ширина элементарного проводника; о -его толщина. Выделим один из элементарных проводников с координатами Xj и Хг , которым соответствуют удельные безразмерные координаты Jf= у fa и іг= у fa В соответствии с формой механических квадратур / 43 / приведенная на рис.2.1 криволинейная трапеция 5"(X) также ступенчато разобьется на И прямо Предположим теперь, что плотность тока элементарного проводника зависит только от его геометрических размеров. Тогда, для того чтобы во всех проводниках плотность тока была такой же, как и в проводниках, расположенных в углу шины 5" , необходимо уменьшить их сечение. При сохранении условия дя = й" "- Д п сечение каждого проводника, плотность тока которого отлична от Si , уменьшим за счет толщины проводника o-L , значение которого определится из равенства:
Определив по рис о 2,1 для каждого С -го проводника значение, плотности тока & L по формуле (2,,4) определим значение о і от п до hn Таким образом прямоугольный профиль шины заменим ступенчатым. При этом миншлальное значение толщины шины равно:
Полученный профиль обладает существенными недостатками, особенно в конструктивном исполнении. Для упрощения геометрии профиля, ступенчатый профиль шины заменим плавной кривой, проходящей через три точки А,В и С с центром на оси симметрии широкой стороны шины. Согласно выбранной системе координат, имеем:
Подставив в полученные формулы значения, приведенные на рис,2.1 получим параметры шины двояковогнутого профиля / 42 / X = 0,447 м; d = 0,0044 м; S = 0,626 м2, в которой имеет место равномерное распределение плотности тока. Значения параметров , d и S для других шин двояковогнутого профиля приведены на рис.2.2, рассчитанные по экспериментально построенным зависимо с тягл (п) на рис02.3о
Для определения параметров шин двояковогнутого профиля аналитически воспользуемся эмпирическими формулами, предложенными К.А.Кругом / 8 / и уточненными А.М.Сегалем / 15 . Согласно их работ общее выражение для 8 (/) имеет вид:
Для установления связи между параметрами шин и токами, про-текаемыми по ним, необходимо знать распределение плотности тока по сечению шин» Интегральное уравнение, которое ивязывает напряженность электрического поля шинной линии и падение напряжения на единицу длины имеет вид / 45 /: 1 sv KSK где Е(Q) - напряженность электрического поля в точке Q К -ой шины; Ё(м) - напряженность электрического поля в точке М \) -ой шины; 5 и S . - площадь поперечного сечения соответственно К ой и -ой шины; со - круговая частота переменного тока; /и - магнитная проницаемость материала; у - удельная электропроводность материала -ой шины; . 2U кх " расстояние от точки наблюдения Q„ в К -ой шине до точки интегрирования в \) -ой шине; Еко - падение напряжения на единицу длины к -ой шины; Ш - количество шин в шинной линии.
Аналитическое решение системы (2.18) получить в общем виде невозможно. Для ее решения разработаны специальные численные методы / 46 /, из которых наиболее употребительными являются метод редукции к системе линейных уравнений и метод последовательных приближений. Прямые методы решения системы линейных уравнений требуют большую оперативную память и менее точны. Метод последовательных приближений позволяет получить решение с заданной точностью, но с большими затратами машинного времени из-за медленной сходимости. Если же учесть, что шинные линии выполняются симметричными относительно хотя бы одной оси, то учет симметрии уменьшает порядок системы.
Для нахождения решения системы (2.18) уравнение (2.16) представим в операторной форме: E(QH)-jATE fo{Q) -(2.19) величина, зависящая от частоты тока, т г / \ свойств материала и окружающей среды; ТВ - 1.}е{п) (& %,„ - /& Чоьл # ) Л « ВД Уравнения; /0 (О) = Ека . Разделив вещественные и мнимые части уравнения (2.19), получим два независимых уравнения относительно вещественной Е (Q) И мнимой р(0) составляющих напряженность
Наиболее сложной задачей расчета является расчет плотности тока в трехфазном токопроводе. В этом случае решение уравнений (2.20) (2.20) удобнее выполнять с помощью двух частных однофазных режимов, независимых друг от друга, В качестве независимых режимов обычно выбирают частные однофазные режимы, представляющие собой проекции напряжений на действительную (+1) и мнимую (+j ) оси, где первая однофазная система представляет собой совокупность вещественных составляющих Бко , вторая - совокупность мнимых составляющих (рис.207) »
Нагрев шин при длительном протекании номинальных токов
В подавляющем большинстве в электроустановках станций и подстанций напряжением 6-220 кВ в качестве токоведущих шин применяют шины прямоугольного профиля, расположенные на ребро или плашмя. Нри протекании по шинам электрического тока они нагреваются» По условиям эксплуатации требуется, чтобы температура нагрева не превышала норм, установленных стандартами. Согласно ПУЭ нормальными условиями считаются, если температура нагрева шин не превышает +70 С при тенпературе окружающей среды +25 С. В то время как ГОСТ 8024-69 устанавливает допустимое превышение температуры нагрева для токоведущих шин +80 С при температуре окружающей среды +40 С.
В этом разделе предпринята попытка найти и экспериментально подтвердить длительно допустимый ток для шин двояковогнутого профиля / 55 /, разработать инженерные методы его расчета и определить те минимальные значения вогнутости поверхности , при которых будет иметь место существенный выигрыш в металлоемкости,
Из / 56 / известно, что при расположении шин горизонтально в воздушной среде при свободной конвекции, общее выражение для теплового состояния токоведущей шины при протекании по ней тока в рассматриваемом сечении имеет вид: су— ад—-, + $( . )-— -Cr-Vo), (3.1) где с - удельная теплоемкость; у - удельный вес материала; Л - коэффициент теплопроводности; К - коэффициент теплоотда чи; Рх - периметр проводника в рассматриваемом сечении; Sx - сечение проводника в рассматриваемом сечении; і 0 - температура окружающей среды; v - температура нагреєа проводника; у - интенсивность источника тепла»
Считаем, что сечение шины по всей длине одно и тоже, условия теплоотдачи с поверхности шины в окружающую среду одинаковы, осевое перемещение температуры отсутствует. Если расчеты ограничить областью температур, с которыми практически приходится иметь дело в установившемся режиме нагрева шин, -от +40 С до +120 С, то выражения (3.6) и (3.7) можно упростить. В этом случае, как показывают расчеты и экспериментальные исследования, значения коэффициентов К и Кы с точностью до 1-3% можно определить по формулам / 56 /:
Интенсивность источника тепла или, как его принято называть тепловой поток от джоулевых потерь, при протекании тока, соответ ствует суммарным потерям активной мощности в шинной линии и определяется через исвестное распределение плотности тока в шинах Qn - А Ру . При нагревании шин непосредственно токами, интенсивность источника тепла может быть выражена:
Учитывая, что = /о , количество тепла в единице длины шины при протекании переменного тока выделится: О , У у-"Ц-Т (3.12) где К» - коэффициент дополнительных потерь; jo0 - удельное сопротивление проводника при О С; аС - температурный коэффициент электрического сопротивления»
Зависимости (ЗоЮ) и (3.12), подставляя в (3.3), позволяют получить уравнение температурного состояния шин при протекании по ним длительных переменных токов:
Предположим, что с изменением вогнутости поверхности шины изменяются сечение S и коэффициент дополнительных потерь Kf , периметр Р остается неизменным, т.к. с изменением вогнутости до 0,3 о периметр увеличивается всего на 1-2$. Подставив в (3.13) значения S и К« для шин двояковогнутого профиля и преобразовав выражение относительно температуры нагрева, получим: где выражение в квадратных скобках есть температура нагрева шин при d - Ь , т.е. прямоугольного профиля; оС . - коэффици-/ ент, учитывающий изменение температуры нагрева шин в зависимости от вогнутости поверхности, равный: Kq - коэффициент дополнительных потерь при с/ = ь я Зависимость оС. для алюминиевой шины h =0,1 м; ь =0,01 м от вогнутости поверхности приведена на рис.3„2. С изменением вогнутости поверхности температура нагрева увеличивается. При с/ = ь нагрев шин равен нагреву шинц прямоугольного профиля, при а =0,5о температура нагрева увеличивается на 16-18$.
В действительности же зависимость на рис.3„2 располагается немного ниже, т.к. увеличение периметра будет приводить к уменьшению коэффициента U . . С другой стороны в выражении (3.14) несколько завышено сечение шины, т.к. в действительности оно определяется выражением (2.10). Зто привело к некоторому завышению значения коэффициента U . . Поэтому на рис.3с2 приведена усредненная зависимость U . = jf ( « / )„ Область изменения
Up при действительном учете Р и 5 показана пунктиром. Результаты расчета наиболее распространенных шин -в распределительных устройствах станций и подстанций приведены в табл.3.1, в этой же таблице приведены значения температуры нагрева шин, определенные экспериментально.
Исследование электромагнитных параметров и нагрузочной способности в номинальном режиме
Для определения коэффициентов максимальных динамических сил необходимо предварительно знать частоту собственных колебаний системы "шина-изолятор". В основу определения частоты собственных колебаний положено - колебание прямолинейного стержня, закрепленного с двух концов на абсолютно жестких опорах. При этом колебания стержня с распределенной массой описывается уравнением (3.66). Решение этого уравнения и определяет частоту собственных колебаний прямолинейного стержня / 63 /: где К - параметр частоты собственных колебаний; о - ускорение силы тяжести; у - удельный вес материала шины. Численные значения параметров частоты собственных колебаний приведены в табл.3.4, где также приведены характеристические уравнения, соответствующие различным краевым условиям решения дифференциального уравнения (3.66).
Подставив в (3.72) значения момента инерции в плоскости наибольшей жесткости для шин двояковогнутого профиля и площади поперечного сечения, получим: где . - частота собственных колебаний шины при ol = о ; tf ( / $ ) - коэффициент, учитывающий изменение частоты . собственных колебаний шин в зависимости от вогнутости поверхности шины двояковогнутого профиля. С изменением вогнутости поверхности шины собственная частота шин двояковогнутого профиля изменяется (рис.3.17), где за 100$ вяято значение частоты при
d = ь .С изменением /& от 1,0 до 0,5 частота собственных колебаний в плоскости наибольшей жесткости увеличивается до 8%, В соучае установки шин в плоскости наименьшей жесткости при изменении I % от 1,0 до 0,5 частота собственных колебаний увеличивается до 30$. Резельтаты расчета частоты собственных -колебаний шин двояковогнутого профиля приведены на рис.3.17. На рис.3.18 приведены частотные характеристики для алюминиевых шин двояковогнутого профиля, построенные на основании решения уравнения (3.73) для первой основной формы колебаний прямолинейного участка шин с двумя защемленными концами. Для варианта о одним защемленным и одним шарнирно опертым концами шины, приведенные на рис.3.18 частотные характеристики, необходимо умножить на поправочный коэффициент 0,7, а для варианта с двумя шарнирно опертыми концами - соответственно на 0,4. Если значение частотных характеристик для прямоугольных шин умножить на коэффициент / ( /# ), взятый из графиков рис.3.17, то получим частоту собственных колебаний шин двояковогнутого профиля.
Приведенные затраты на токоведущие системы определяются с целью выбора экономически целесообразных параметров токоведу-щих систем по формуле: 3 .= Кн к + Сэ , (3-74) где Кн =0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; К - капитальные вложения; Сд - эксплуатационные расходы. Капитальные вложения равны: К = K„F + Къи + Ксм t (3.75) где Knf - стоимость токоведущих шин; Кэи - стоимость изоляторов; Ксм - стоимость строительно-монтажных работ. Эксплуатационные расходы: С Сэл + Са (3.76) где С3/1 - стоимость потерь электрической энергии; Са - амортизационные отчисления. Для наглядности изложения сравнивать будем только зависимые части. Всеми частями расходов, которые не влияют (например, общие для всех вариантов) пренебрегаем, т.к. они не влияют на результаты конечного расчета. Будем считать, что стоимость электроизоляторов и строительно-монтажных работ для любого варианта остаются одни и те же, тогда: к = КпЯ. (3в77) Стоимость токоведущих шин определяется по формуле:
