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.
|
Сечение проводов, мм 2 , марок: |
Диаметр проводов,
|
Н стр.,
|
Длина пути утечки, мм, не менее |
№
|
|
|
А,
|
АС,
|
||||||
|
ШОСК 110-1-4-2 УХЛ1 |
150; |
70/72; |
|||||
|
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; |
185/128; |
|||||
|
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; |
500/26; |
|||||
|
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.
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.
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.
К шинным устройствам ОРУ относятся сборные шины
(СШ), шинные и линейные мосты, ответвления от шин к аппаратам, перемычки
между аппаратами, гибкие связи между силовыми трансформаторами и
ОРУ и все другие соединения из неизолированных проводов и труб,
выполняемые в пределах ОРУ .
Основным оборудованием, применяемым для гибкой ошиновки ОРУ, являются
подвесные фарфоровые и стеклянные изоляторы, сцепная арматура; натяжные,
поддерживающие и соединительные зажимы, ответвительные и аппаратные
зажимы; алюминиевые и сталеалюминиевые провода.
Типы подвесных изоляторов, используемых для ошиновки ОРУ, определяются
проектом в зависимости от расчетного тяжения проводов. При монтаже
подвесные изоляторы собирают в одно-, двух или трехцепные гирлянды.
Количество изоляторов в натяжных гирляндах ОРУ выбирают в зависимости
от напряжения ОРУ, типа изоляторов и степени загрязнения атмосферы
.
Комплектование изоляторов в гирлянды, крепление гирлянд изоляторов
к порталам, присоединение гирлянд к натяжным или поддерживающим
зажимам осуществляют с помощью сцепной арматуры. К сцепной арматуре
относятся серьги, ушки, пестики, скобы, звенья промежуточные, коромысла,
узлы креп-ления гирлянд (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Сцепная арматура: а – звено промежуточное двойное 2ПР; б – скоба трехлапчатая СКТ; в – скоба СК; г – ушко двухлапчатое У2К; л – серьга СР; е – звено промежуточное вывернутое ПРВ; ж – скоба СКД; з – ушко специальное УС; и – ушко однолапчатое У1К; к – звено ПРГ; л –звено промежуточное ПР; м – пестик ПК
До начала монтажа изоляторы и сцепную арматуру развозят по площадке
ОРУ. После распаковки производят внешний осмотр изоляторов. Изоляторы,
имеющие сколы, трещины и другие дефекты, отбраковывают согласно
ГОСТ 6490-83. При испытании мегаомметром на напряжение 2500 В сопротивление
изоляции подвесного изолятора должно составлять не менее 300 МОм.
Сборку изоляторов в гирлянды целесообразно производить в деревянных
рамках или лотках, облегчающих центровку изоляторов и предохраняющих
изоляторы от сколов и царапин. Подъем гирлянд производят лебедкой
или трактором с помощью такелажного троса и блока.
В качестве токоведуших проводов на ОРУ применяют алюминиевые и сталеалюминиевые
провода, а в отдельных случаях для ошиновки ОРУ – медные, бронзовые
и сталебронзовые, полые медные и алюминиевые, для грозозащиты ОРУ
– стальные .
Как правило, ошиновку ОРУ следует выполнять до установки электрооборудования,
что облегчает монтаж ошиновки и предотвращает возможные повреждения
оборудования. В первую очередь выполняется монтаж шинных мостов,
расположенных на более высоких отметках, затем проводов сборных
шин. После установки аппаратов высокого напряжения ведут монтаж
спусков и перемычек.
Крепление проводов к гирляндам изоляторов и присоединение их к электрооборудованию
осуществляют при помощи натяжных и аппаратных зажимов. Соединение
гибких проводов в пролетах выполняют опрессовкой, а соединение в
петлях – у опор, присоединение ответвлений в пролете и присоединение
к аппаратным зажимам – опрессовкой или сваркой. Болтовое соединение
допускается только на зажимах аппаратов и на ответвлениях к разрядникам,
конденсаторам связи и трансформаторам напряжения. Натяжные зажимы
по своей конструкции и способу монтажа подразделяются на прессуемые,
болтовые и клиновые, а аппаратные и ответвительные – на прессуемые
и болтовые.
Аппаратные зажимы, выполненные из алюминия или его сплавов, для
присоединения к медным выводам аппаратов должны иметь на лапке медную
пластину, закрепленную методом холодной сварки или методом плакирования.
Монтаж ошиновки ОРУ выполняют в следующем порядке. После приемки
под монтаж строительной части ОРУ на площадку завозят необходимые
материалы, монтажные приспособления и механизмы. После комплектования
и сборки гирлянд производят раскатку и заготовку проводов для СШ,
шинных мостов и спусков. Барабаны с проводом устанавливают на домкраты
или кабельную тележку. После раскатки и заготовки отрезков проводов
необходимой длины производят монтаж натяжных зажимов, а также зажимов
на ответвле-ниях от СШ и мостов.
Натяжные прессуемые зажимы серии НАС монтируют на сталеалюминиевых
проводах сечением 185 мм и более. При подготовке к опрессовке провод
и внутреннюю полость корпуса зажима очищают от смазки и грязи ветошью,
смоченной в бензине, смазывают техническим вазелином. Не снимая
смазки, зачищают поверхность провода металлической щеткой, а внутреннюю
полость корпуса – металлическим ершом.
Монтаж зажима ведут с перерезанием провода в зажиме и выполняют
в следующем порядке (рис. 1.2). Алюминиевый корпус зажима опрессовывают
на провод, предназначенный для петли; с конца провода в сторону
пролета снимают алюминиевые повивы на участке опрессовки анкерного
зажима; корпус зажима надвигают на провод пролета (рис. 1.2, а)
и производят опрессовку анкера на стальном сердечнике провода в
направлении от проушины к проводу; корпус зажима надвигают в сторону
анкера (рис. 1.2,6) и спрессовывают от анкера к проводу (рис. 1.2,в).
Опрессовку производят участками с перекрытием предшествующего участка
на 5 мм.
Натяжные прессуемые зажимы типа НТАС применяют для проводов АС 400
и АСО 400-АСО 600. Зажимы монтируют без перерезания провода. Натяжные
болтовые зажимы типа НБН выпускают для проводов А120–А300, АС150-АС240,
АСО185-АСО240 мм: и М150-М 240 мм".
Концы проводов со смонтированными на них натяжными зажимами сцепляют
подготовленными натяжными гирляндами, поднимают на соответствующие
порталы и крепят к закладным частям железобетонных траверс или к
ушкам металлических траверс.
Рис. 1.2. Последовательность монтажа зажимов типа НАС
После крепления гирлянды с проводами к порталу производят окончательный
замер длины провода в пролете. Замер выполняют с учетом стрелы провеса
по проектным расчетным таблицам. Для замера длины провода на свободном
портале устанавливают однороликовый монтажный блок (рис. 1.3), через
который такелажный трос протягивают электролебедкой, трактором с
навесной лебедкой или полиспастом в зависимости от сечения проводов,
длины пролета и наличия механизмов.
К тросу провод крепят монтажным клиновым зажимом 4 с помощью коромысла
5. На порталах устанавливают визирные рейки. Провод натягивают до
совпадения с визирной линией, после чего отмечают место отреза,
на которое накладывают бандаж из вязальной проволоки, провод опускают
для монтажа второго натяжного зажима. Гирлянду с присоединенным
зажимом поднимают и крепят ко второму порталу. Заготовку проводов
можно также производить индустриальными методами без подъема проводов
на опору. Сведения о таких ме-тодах приведены в .
Рис. 1.3. Подьем проводов сборных шин или шинных мостов ОРУ для
замера длины проводов: 1 – портал сборных шин; 2 – натяжная гирлянда;
3 – провод, подлежащий замеру; 4 – монтажный клиновой зажим; 5 –
коромысло; 6 – однороликовый блок; 7 – такелажный трос; 8 – электролебедка
или трактор с навесной лебедкой
Токопроводы, связывающие генераторы и силовые трансформаторы с закрытыми
распределительными устройствами (ЗРУ), состоят из участков жесткой
ошиновки (в пределах помещений и на подходах) и гибких связей. Каждая
фаза гибкой связи состоит из пучка проводов, в котором два провода
являются несущими, воспринимающими дополнительное тяжение от массы
остальных проводов фазы. Несущие провода по условиям прочности монтируют
из сталеалюминиевых проводов, остальные – из алюминиевых.
Гибкие связи собирают при помощи унифицированных типовых деталей
(рис. 1.4). Провода каждой фазы располагают симметрично по окружности
и закрепляют в специальных распорных кольцах.
Монтаж гибких связей выполняют следующим образом. Определяют длины
несущих проводов, провода отрезают; на концах опрессовывают натяжные
зажимы и провода присоединяют к собранным гирляндам; провода поднимают
и закрепляют между двумя опорами на высоте, удобной для монтажа
распорных колец и остальных проводов фазы с земли. Собранную фазу
гибкой связи поднимают и закрепляют на проектной отметке. При необходимости
стрелу провеса проводов регулируют с помощью винтовой стяжки.
Присоединяют провода гибкой связи к жесткой ошиновке или к проходным
изоляторам с помощью контактных дисков. Каждый провод пучка выгибают
по месту, отрезают и вставляют в отверстия контактных дисков, а
затем приваривают электросваркой угольным электродом или полуавтоматом
ПРМ-4. Провода ошиновки к контактным выводам аппаратов присоединяют
аппаратными зажимами (прессуемыми и болтовыми).
Рис. 1.4. Типовые детали для гибких связей: а – распорное кольцо
серии КТП; б – коромыс-ло; в – держатель; г – контактный диск
При монтаже аппаратного прессуемого зажима уточняют длину спуска.
На конец спуска накладывают бандаж, затем конец провода отрезают.
Поверхность провода и внутреннюю полость зажима очищают и подготавливают
к опрессовке, как было указано выше. Зажим надвигают на провод до
упора и опрессовывают в направлении от зажима к проводу.
Монтаж аппаратных прессуемых зажимов для полых проводов марки ПА
производится аналогично, только в провод на участке спрессовывания
вставляют специальный стальной вкладыш.
Присоединение ответвлений – спусков к сборным шинам или мостам –
выполняют с помощью ответвлительных зажимов – прессуемых или болтовых.
Для присоединения спусков к сборным шинам и аппаратам разрешается
применять наравне с зажимами газовую сварку пропан-бутаном.
При производстве ЭМР одним из важнейших технологических процессов
является сварка. При монтаже ошиновки ОРУ применение сварки позволяет
обходиться без зажимов заводской поставки и создает более надежные
контактные соединения.
Информацию о компаниях, предлагающих высоковольтное оборудование Вы можете увидеть .
Жесткая ошиновка предназначена для выполнения многопролетных сборных шин и электрических соединений между высоковольтными аппаратами в распределительных устройствах.
Жесткая ошиновка высокой заводской готовности по сравнению с гибкой ошиновкой позволяет снизить металлоемкость распределительного устройства на 30-50%, расход железобетона на 10-20%, объем строительно-монтажных работ и трудозатрат до 25% в зависимости от схем электрических соединений ОРУ и конкретных условий района строительства.
Распределительные устройства с жесткой ошиновкой не требуют строительства порталов, располагаются невысоко от земли, удобны для сборки и профилактических осмотров.
Конструкция
Комплекты жесткой ошиновки для открытых распределительных устройств 110, 220, 330, 500 и 750 кВ разработаны ЗАО «ЗЭТО» совместно с институтом «Нижегородскэнергосетьпроект», ЗАО НПО «Техносервис-Электро», НТЦ«ЭДС», ОАО «НТЦ Электроэнергетики».
Ошиновка представляет собой систему жестких шин. Конструкция каждой фазы сборных шин выполнена из ряда однопролетных шин, опирающихся своими концами на опорные изоляторы.
Для крепления ошиновки предусмотрены опорные изоляционные конструкции на 110, 220, 330, 500 и 750 кВ, выполненные на фарфоровых изоляторах, а также на полимерных (110 кВ). Однопролетные шины внутриячейковых связей закрепляются на контактных выводах высоковольтных аппаратов ОРУ.
Ошиновка сборных шин ОРУ выполнена из прессованных трубчатых шин алюминиевого сплава 1915Т, обладающего высокой прочностью, коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью. Электрическое соединение сборных шин между собой осуществляются токовыми компенсаторами обжимного типа. Присоединение зажимов для опрессовки гибких спусков, ответвлений к сборным шинам предусматривается болтовыми соединениями на месте монтажа.
Конструкция ошиновки обеспечивает надежную работу при динамических нагрузках, возникающих при коротких замыканиях.
С комплектами жесткой ошиновки в компоновках ОРУ используются разъединители пантографного, полупантографного и горизонтально-поворотного типа серий РПВ, РПГ и РГ. Взаимное расположение оборудования и строительных конструкций ОРУ учитывает возможность расширения ОРУ как в пределах первоначально принятой схемы, так и при переходе к более сложной схеме,
В комплект поставки входят: трубчатые шины, опорные изоляторы, токовые компенсаторы, шинодержатели, держатели для внутриячейковых связей, зажимы для присоединения гибких спусков. Дополнительно по заказу поставляются металлоконструкции под опорную изоляцию.
Технические характеристики
| Параметр | ОРУ-110 | ОРУ-220 | ОРУ-330 | ОРУ-500 | ОРУ-750 |
| Номинальное напряжение (линейное), кВ | 110 | 220 | 330 | 500 | 750 |
| Наибольшее рабочее напряжение, кВ | 126 | 252 | 363 | 525 | 787 |
| Номинальный ток ошиновки и компенсаторов токовых, А | 2000 | 2000 | 3150 | 3150 | 3150 |
|
Максимально допустимый ток одного провода, гибкого спуска, А* для провода АС-120/19 для провода АС-150/24 для провода АС-185/29 для провода АС-240/32 для провода АС-300/39 для провода АС-400/51 (АС-400/64) для провода АС-500/26 (АС-500/127,АС-500/64) |
|||||
|
Номинальный кратковременный выдерживаемый ток (ток термической стойкости), кА |
63 | ||||
|
Наибольший пик номинального кратковременного выдерживаемого ошиновкой тока (ток электродинамической стойкости), кА |
160 | ||||
| Время протекания тока термической стойкости, с: | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |