В данном примере рассматривается расчет проверки шин и изоляторов на электродинамическую стойкость при коротких замыканиях в сети 10 кВ согласно ГОСТ Р 52736-2007.

Пример

Требуется проверить на электродинамическую стойкость шинную конструкцию (шины и изоляторы) на напряжение 10 кВ.

Исходные данные:

1. Ударный ток трехфазного КЗ на шинах 10 кВ — iуд = 180 кА;

2. Изоляторы применяются типа ИОР, обладающие высокой жесткостью, то есть неподвижны при КЗ.

3. Шины выполнены из алюминиевого сплава марки АД31Т1 сечением 8х60 мм (выбраны ранее), расположены горизонтально в одной плоскости и имеют шесть пролетов.

4. Длина пролета — l = 1,0 м;

5. Расстояние между осями проводников — а= 0,6 м (см.рис. 2а ГОСТ Р 52736-2007);

Рис. 2а ГОСТ Р 52736-2007

6. Толщина шины — b = 8мм = 0,008 м;

7. Высота шины — h = 60 мм = 0,06 м;

8. Погонная масса шины определяется по таблице 1 ГОСТ 15176-89 для алюминиевой шины с размерами 8х60 мм — m = 1,292 кг/м;

Таблица 1 ГОСТ 15176-89 - Погонная масса алюминиевых шин

9. Модуль упругости шин – Е = 7*1010 Па (см. таблицу 3 ГОСТ Р 52736-2007);

10. Допустимое напряжение материала – σдоп. = 137 МПа (см. таблицу 3 ГОСТ Р 52736-2007);

Таблица 3 ГОСТ Р 52736-2007

Решение

1. Определяем момент инерции J и момент сопротивления W по расчетным формулам согласно таблицы 4:

Определяем момент инерции J и момент сопротивления W
Таблица 4 ГОСТ Р 52736-2007

2. Определяем частоту собственных колебаний шины по формуле 22 [Л1, с.12]:

Определяем частоту собственных колебаний шины по формуле 22

где: r1 = 4,73 – параметр основной частоты собственных колебаний шины, определяется по таблице 2 [Л1, с. 5]. В данном примере шины и изоляторы остаются неподвижными при КЗ, исходя из этого расчетный номер схемы №3.

Таблица 2 ГОСТ Р 52736-2007

3. Определяем коэффициент динамической нагрузки η при трехфазном КЗ в зависимости от отношения f1/fсинх = 315/50 = 6,3 при этом fсинх = 50 Гц. Согласно рисунка 5 коэффициент динамической нагрузки η = 1.

Рисунок 5 - ГОСТ Р 52736-2007

4. Определяем коэффициент формы Кф = 0,95 по кривой, где отношение b/h = 0,10, согласно рисунка 1.

Определяем коэффициент формы Кф
Рисунок 1 - ГОСТ Р 52736-2007

5. Определяем коэффициент Красп = 1 по таблице 1, когда шины расположены в одной плоскости, см. рис.2а.

Таблица 1 ГОСТ Р 52736-2007

6. Определяем коэффициент λ = 12, согласно таблицы 2 [Л1, с.5].

7. Определяем максимальную силу, действующую на шинную конструкцию при трехфазном КЗ по формуле 2 [Л1, с.4].

Определяем максимальную силу, действующую на шинную конструкцию при трехфазном КЗ

где:

  • l = 1,0 м – длина пролета, м;
  • а = 0,6 м — расстояние между осями проводников (фазами), м;
  • iуд. = 180*103 А – ударный ток трехфазного КЗ, А;
  • Кф = 0,95 – коэффициент формы;
  • Красп. = 1,0 – коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников.

8. Определяем максимальное напряжение в шинах при трехфазном КЗ по формуле 18 [Л1, с.11]:

Определяем максимальное напряжение в шинах при трехфазном КЗ

где:

  • l = 1,0 м – длина пролета, м;
  • η = 1,0 – коэффициент динамической нагрузки;
  • λ = 12 – коэффициент, зависящий от условия закрепления шин;
  • W = 4,8*10-6 м3 – момент сопротивления поперечного сечения шины.

Сравниваем полученное максимальное напряжение в шинах σмах. = 154 МПа с допустимым напряжением материала σдоп. = 137 МПа из таблицы 3. Как видно из результатов расчетов σмах. = 154 МПа > σдоп. = 137 МПа – условие электродинамической стойкости не выполняться.

Поэтому для снижения напряжения в материале шин необходимо уменьшить длину пролета.

9. Определяем наибольшую допустимую длину пролета, м:

Определяем наибольшую допустимую длину пролета

Принимаем длину пролета l = 0,9 м.

10. Определяем максимальное напряжение в шинах при трехфазном КЗ, с учетом длины пролета l = 0,9 м.

Определяем максимальное напряжение в шинах при трехфазном КЗ

Условие электродинамической стойкости выполняется: σмах. = 125 МПа < σдоп. = 137 МПа.

11. Проверяем выбранный ранее опорный изолятор типа ИОР-10-20,00 УХЛ3 на электродинамическую стойкость по формуле 5 [Л1, с.7]:

Проверяем выбранный ранее опорный изолятор типа ИОР-10-20,00 УХЛ3 на электродинамическую стойкость

где: Fразр. = 20000 Н — минимальная механическая разрушающая сила на изгиб, принимается по каталогу на изолятор.

Вывод:

Выбранные шины и изоляторы удовлетворяют условию электродинамической стойкости, с длиной пролета l = 0,9 м.

Литература:

1. ГОСТ Р 52736-2008 – Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания.