Электромагнитные напряжения
Когда проводник несет ток, он создает магнитное поле, которое взаимодействует с любым другим магнитным полем, присутствующим для создания силы. Когда токи, протекающие в двух соседних проводниках, находятся в одном и том же направлении, сила является одной из притяжения, а когда токи находятся в противоположных направлениях, создается отталкивающая сила.
Электромагнитные напряжения в шинной системе (фото: teknomega.com)
В большинстве систем сборных шин токопроводящие проводники обычно прямые и параллельные друг другу.
Сила, создаваемая двумя проводниками, пропорциональна продуктам их токов.
Обычно в большинстве систем сборных шин силы очень малы и их можно пренебречь, но в условиях короткого замыкания они становятся большими и должны учитываться вместе с напряженными волокнами волокна проводника при проектировании проводящего изолятора и связанных с ним опоры для обеспечения адекватного факторы безопасности.
Факторы, которые необходимо учитывать, можно резюмировать следующим образом:
- Напряжения из-за прямых боковых привлекательных и отталкивающих сил.
- Колебательные напряжения.
- Продольные напряжения, возникающие в результате бокового отклонения.
- Крутящие моменты из-за бокового отклонения.
В большинстве случаев силы из-за короткого замыкания применяются очень внезапно. Прямые токи приводят к однонаправленным силам, в то время как переменные токи создают колебательные силы.
Максимальные напряжения
Когда система сборных шин работает нормально, межфазные силы обычно очень малы, а статический вес сборных шин является доминирующим компонентом.
В условиях короткого замыкания это часто бывает не так, поскольку ток поднимается до пика в тридцать раз по сравнению с его нормальным значением, падая после нескольких циклов в десять раз по сравнению с его начальным значением.
Эти высокочастотные токи создают большие механические силы не только в самих сборных шинах, но и в их поддерживающей системе.
Это означает, что опорные изоляторы и связанные с ними стальные конструкции должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать эти высокие нагрузки, а также их нормальные структурные требования, такие как ветер, лед, сейсмические и статические нагрузки.
Максимальный или полностью асимметричный ток короткого замыкания зависит от коэффициента мощности (cos φ) системы сборных шин и связанной с ним электрической станции. Значение получается путем умножения среднеквадратичного симметричного тока на соответствующий коэффициент, заданный в уравновешенных трехфазных напряжениях короткого замыкания.
Если коэффициент мощности системы неизвестен, то коэффициент 2, 55 обычно будет близким к фактическому системному значению, особенно если речь идет о генерации. Заметим, что теоретический максимум для этого коэффициента равен 2√2 или 2.828, где cos φ = 0.
Эти пиковые значения экспоненциально уменьшаются, и примерно через 10 циклов коэффициент падает до 1, 0, т. Е. Симметричный среднеквадратичный ток короткого замыкания.
Поэтому пиковые силы обычно происходят в первые два цикла (0, 04 с), как показано на рисунке 1 ниже.
Рисунок 1 - Сигнал тока короткого замыкания
В случае полностью асимметричной волны тока силы будут прикладываться с частотой, равной частоте подачи и с двойной частотой, когда волна станет симметричной. Поэтому в случае питания 50 Гц эти силы имеют частоты 50 или 100 Гц.
Максимальные напряжения, к которым, вероятно, будет подвергаться структура шины, будут возникать во время короткого замыкания на однофазной сборной шине, в которой токи короткого замыкания линии смещаются на 180 °.
В трехфазной системе короткое замыкание между двумя фазами почти идентично однофазному случаю, и хотя фазные токи обычно смещаются на 120 °, в условиях короткого замыкания фазовые токи двух фаз почти 180 ° не в фазе. Последствием третьей фазы можно пренебречь.
В сбалансированном трехфазном коротком замыкании результирующие силы на любой из трех фаз меньше, чем в однофазном случае, и зависят от относительных физических положений трех фаз.
В случае однофазного короткого замыкания создаваемые силы являются однонаправленными и, следовательно, более серьезными, чем те, которые обусловлены трехфазным коротким замыканием, которые чередуются в направлении. Силы короткого замыкания должны сначала поглощаться проводником. Поэтому проводник должен обладать достаточной стойкостью к прочности, чтобы нести эти силы без постоянного искажения.
Медь удовлетворяет этому требованию, поскольку она имеет высокую прочность по сравнению с другими проводящими материалами (таблица 2 ниже).
Таблица 2 - Типичные относительные свойства меди и алюминия
| Свойства Cu и Al | Медь (CW004A) | Алюминий (1350) | Единицы |
| Электропроводность (отжиг) | 101 | 61 | % IACS |
| Электросопротивление (отжиг) | 1, 72 | 2, 83 | μΩ см |
| Температурный коэффициент сопротивления (отжиг) | 0, 0039 | 0, 004 | / ° C |
| Теплопроводность при 20 ° C | 397 | 230 | Вт / мК |
| Коэффициент расширения | 17 x 10 -6 | 23 x 10 -6 | / ° C |
| Прочность на разрыв (отжиг) | 200 - 250 | 50 - 60 | Н / мм 2 |
| Прочность на растяжение (полутвердая) | 260 - 300 | 85 - 100 | Н / мм 2 |
| 0, 2% стойкого напряжения (отжиг) | 50 - 55 | 20 - 30 | Н / мм 2 |
| 0, 2% стойкое напряжение (полутвердый) | 170 - 200 | 60 - 65 | Н / мм 2 |
| Упругий модулю | 116 - 130 | 70 | кН / мм 2 |
| Удельная теплоемкость | 385 | 900 | J / кг K |
| плотность | 8, 91 | 2, 70 | г / см 3 |
| Температура плавления | 1083 | 660 | ° С |
Из-за высокой прочности меди изоляторы могут быть более разнесены, чем это возможно при использовании материалов с более низкой прочностью.
Методы снижения напряжений проводников
В случаях, когда существует вероятность вибрации при нормальных токах или при воздействии сил короткого замыкания, вызывающих повреждение проводника, он может использовать для уменьшения или устранения эффекта:
a) Уменьшите расстояние между опорами изолятора
Этот метод может быть использован для уменьшения эффекта как непрерывной вибрации, так и из-за сил короткого замыкания.
b) Увеличьте расстояние между опорами изолятора
Этот метод можно использовать только для уменьшения влияния вибрации, возникающей в результате непрерывного тока. Это увеличит напряжения, связанные с током короткого замыкания.
c) Увеличьте или уменьшите гибкость проводников
Этот метод уменьшит влияние вибрации из-за непрерывного тока, но очень мало влияет на это из-за сил короткого замыкания.
d) Увеличьте гибкость проводника
Это можно использовать только для уменьшения влияния вибрации из-за непрерывного тока. Эффект короткого замыкания увеличивается.
e) Уменьшите гибкость проводника
Этот метод уменьшит влияние вибрации из-за непрерывного тока или короткого замыкания.
Следует отметить, что при выполнении различных предложенных выше предложений изменения могут быть сделаны только в рамках общих требований к конструкции системы сборных шин.
Ссылка: Основы защиты энергосистемы