Konstrukcje szynowe rozdzielnic
Szyny zbiorcze to gołe, stosunkowo masywne przewody przewodzące prąd o przekroju prostokątnym, okrągłym lub profilowanym. W pomieszczeniach rozdzielnicy zamkniętej wszystkie odgałęzienia od szyn zbiorczych i połączenia z urządzeniami również wykonuje się przewodami gołymi tworzącymi szynę zbiorczą.
Błyszczący są centralną i najbardziej krytyczną częścią rozdzielnicy, ponieważ odbierają energię elektryczną ze wszystkich generatorów stacyjnych (lub transformatorów podstacyjnych) i są do nich podłączone wszystkie linie wychodzące.
W rozdzielnicach zamkniętych do 35 kV włącznie szyny zbiorcze wykonane są z prostokątnych taśm aluminiowych. Opony stalowe są stosowane w instalacjach elektrycznych małej mocy przy prądach obciążenia nieprzekraczających 300-400 A.
Należy zauważyć, że druty prostokątne (płaskie) są bardziej ekonomiczne niż druty okrągłe. Przy takim samym polu przekroju opona prostokątna ma większą boczną powierzchnię chłodzącą niż opona okrągła.
W pomieszczeniu dystrybucyjnym opony montuje się na specjalnych stojakach autobusowych lub ramach klatek sprzętowych. Szyny zbiorcze układane są na nośnych izolatorach porcelanowych na krawędzi lub płasko i mocowane za pomocą uchwytów szynowych.
Istnieje wiele różnych sposobów montażu opon. Każdy z nich ma swoje zalety i wady.
Warunki chłodzenia są lepsze dla opon żebrowanych niż dla przebitych. W pierwszym przypadku współczynnik przenikania ciepła jest o 10-15% wyższy niż w drugim, co jest brane pod uwagę przy określaniu dopuszczalnego obciążenia prądowego (PUE). Opony stykające się z sąsiadami wąskim bokiem (żebrem) mają większą stabilność mechaniczną.
Aby opony mogły poruszać się po swoim małym bieżniku, gdy temperatura jest zwiększona, opona jest mocowana ciasno w środku przekroju i luźno w odległości. Ponadto w przypadku długich szyn instalowane są kompensatory w celu kompensacji rozszerzalności cieplnej. Dwie szyny zbiorcze są ze sobą połączone za pomocą elastycznej wiązki cienkich pasków miedzianych lub aluminiowych. Końce pasków szyn zbiorczych nie są trwale przymocowane do izolatora nośnego, ale mocowane ślizgowo przez podłużne owalne otwory.
Aby wyeliminować naprężenia temperaturowe, szyny zbiorcze są w niektórych przypadkach łączone z urządzeniami stałymi (zaciskami) za pomocą elastycznych pakietów, które są zbudowane na końcach sztywnych szyn zbiorczych.
Największe stosowane rozmiary pojedynczych szyn miedzianych i aluminiowych to 120×10 mm.
Dla dużych obciążeń prądowych (dla szyn miedzianych powyżej 2650 A i dla aluminium - 2070 A) stosuje się szyny wielopasmowe - pakiety po dwa lub rzadziej trzy pasma na fazę; przyjmuje się, że normalna odległość między paskami w opakowaniu jest równa grubości jednego paska (b).
Bliskość listew z tej samej paczki powoduje nierównomierny rozkład prądu między nimi: duży ładunek spada na listwy końcowe paczki, a mniejszy na środkowe. Na przykład w pakiecie z trzema paskami 40% każdego z nich przepływa przez zewnętrzne paski, a tylko 20% całkowitego prądu fazowego przez środek. Zjawisko to, które jest analogiczne do zjawiska zdzierania pojedynczego przewodnika, sprawia, że użycie więcej niż trzech szyn AC jest niepraktyczne.
Przy prądach roboczych przekraczających dopuszczalne dla autobusów dwupasmowych, najbardziej zalecane jest stosowanie opon o profilu (kanalikach), które umożliwiają lepsze wykorzystanie materiału przewodzącego i uzyskanie dużej wytrzymałości mechanicznej.
Instalacje energetyczne wykorzystują obecnie pakiet dwóch kanałów na fazę, który kształtem i kp jest zbliżony do pustego kwadratu. Największy rozmiar kanału o ściance 250 mm i grubości 12,5 mm z dwoma kanałami w pakiecie pozwala na przesył prądu 12 500 A dla miedzi i 10 800 A dla aluminium.
Opony i wszystkie szyny zbiorcze rozdzielnicy zamkniętej są pomalowane farbami emaliowymi w identyfikujących kolorach, co umożliwia personelowi serwisowemu łatwe rozpoznanie części pod napięciem podłączonych do określonych faz i obwodów.
Ponadto farba chroni opony przed utlenianiem i poprawia odprowadzanie ciepła z powierzchni. Przyrost dopuszczalnego prądu od koloru szyn wynosi 15-17% dla szyn miedzianych i 25-28% dla szyn aluminiowych.
Dla autobusów z różnymi fazami stosowane są następujące kolory: prąd trójfazowy: faza A — żółta, faza B — zielona, faza C — czerwona; szyny zbiorcze zerowe: z przewodem neutralnym nieuziemionym — kolor biały, z przewodem neutralnym uziemionym oraz przewodami uziemiającymi — kolor czarny; Prąd stały: szyna dodatnia jest czerwona, szyna ujemna jest niebieska.
Szyny zbiorcze rozdzielnic otwartych mogą być wykonane z elastycznych drutów lub sztywnych gum. Przy napięciach 35, 110 kV i wyższych w celu zwiększenia napięcia koronowego i zmniejszenia strat koronowych stosuje się wyłącznie druty okrągłe.
W większości rozdzielnic otwartych szyna zbiorcza jest wykonana z linkowych przewodów stalowo-aluminiowych o takiej samej konstrukcji jak linie elektroenergetyczne.
Miedziane przewody szynowe stosuje się tylko w przypadkach, gdy otwarta rozdzielnica znajduje się w pobliżu (około 1,5 km) brzegów słonych mórz lub zakładów chemicznych, których aktywne opary i porywania mogą powodować szybką korozję przewodów aluminiowych. W niektórych przypadkach rozdzielnice otwarte wykorzystują sztywną szynę zbiorczą wykonaną z rur stalowych lub aluminiowych zamocowanych na izolatorach wsporczych.
Przekroje opon i innych przewodów przewodzących prąd można obliczyć na podstawie wartości prądów roboczych i dopuszczalnych temperatur na podstawie warunki ogrzewania.
W przypadku szyn zbiorczych stosowanych w rozdzielnicach ich przekroje są znormalizowane i opracowano dla nich tabele dopuszczalnych obciążeń prądem ciągłym. Dlatego w praktyce nie ma potrzeby obliczania według wzorów, ale wystarczy dokonać wyboru zgodnie z tabelami.
Tabele dopuszczalnych ciągłych obciążeń prądowych na gołych szynach zbiorczych i przewodach są obliczane i weryfikowane eksperymentalnie; przy ich kompilacji przyjęto dopuszczalną temperaturę grzania 70°C przy temperaturze otoczenia +25°C.
Takie tabele dla standardowych przekrojów opon i drutów z podstawowych materiałów przewodzących oraz niektórych profili (prostokątnych, rurowych, kanałowych, pustych kwadratów itp.) Są podane w PUE i podręcznikach.
W przypadku prostokątnych szyn zbiorczych tabelaryczne obciążenia prądowe są zestawiane w przypadku instalacji na krawędzi; dlatego, gdy opony są przebite, obciążenie należy zmniejszyć o 5% w przypadku opon o szerokości bieżnika do 60 mm io 8% w przypadku opon powyżej 60 mm. W przypadkach, gdy średnia temperatura otoczenia różni się od normy (+ 25 ° C), dopuszczalne obciążenia opon uzyskane z tabel należy przeliczyć zgodnie z następującym przybliżonym wzorem:
gdzie IN to dopuszczalne obciążenie wzięte z tabel.
Przekrój przewodów należy sprawdzić pod kątem ekonomicznej gęstości prądu.
Ekonomiczny przekrój przewodów lub szyn qEC nazywany jest takim przekrojem, w którym całkowity koszt roczny, określony przez nakłady kapitałowe i koszty eksploatacji, okazuje się najmniejszy.
Ekonomiczny przekrój przewodów i szyn zbiorczych uzyskuje się dzieląc maksymalny prąd obciążenia w trybie normalnym przez gęstość prądu elektrycznego:
Otrzymany przekrój zgodnie ze stanem ekonomicznym jest zaokrąglany do najbliższej normy i sprawdzany pod kątem długookresowego dopuszczalnego prądu obciążenia.Należy zauważyć, że szyny RU dla wszystkich napięć nie są dobierane zgodnie z ekonomiczną gęstością prądu, ponieważ sekcje ekonomiczne przy dużych prądach są równe lub mniejsze niż sekcje wybrane do ogrzewania.
Ponadto opony RU są sprawdzane pod kątem stabilności termicznej i elektrodynamicznej w przypadku zwarcia, a przy napięciu 110 kV i wyższym również pod kątem korony.
Zatem przewody dowolnego celu muszą spełniać wymagania dotyczące maksymalnego dopuszczalnego ogrzewania, biorąc pod uwagę nie tylko normalne, ale także tryby awaryjne.
Jeżeli przekrój przewodu określony ekonomicznymi i ciągłymi warunkami obciążenia nie jest równy przekrojowi wymaganemu dla innych stanów awaryjnych (stabilność termiczna i dynamiczna podczas zwarcia), to należy przyjąć większy przekrój, aby spełnić wszystkie warunki.
Należy również zwrócić uwagę, że przy montażu opon o dużych przekrojach należy zadbać o jak najmniejsze dodatkowe straty wynikające z efektu powierzchniowego i zbliżeniowego oraz jak najlepsze warunki chłodzenia. Można to osiągnąć poprzez zmniejszenie ilości pasków w opakowaniu oraz ich właściwe ułożenie przestrzenne i wzajemne, racjonalne zaprojektowanie opakowania, zastosowanie opon profilowych – korytowych, pustych itp.
W przypadku stosowania opon stalowych określenie dopuszczalnej wartości prądu odbywa się w nieco inny sposób.
W oponach stalowych ze względu na efekt powierzchniowy następuje znaczne przesunięcie prądu do powierzchni przewodnika, głębokość penetracji nie przekracza 1,5-1,8 mm.
Badania wykazały, że dopuszczalne obciążenie stalowych szyn zbiorczych prądu przemiennego praktycznie zależy od obwodu przekroju szyny zbiorczej, a nie od pola powierzchni tego przekroju.
Na podstawie tych badań przyjęto następującą metodę obliczeń stalowych szyn zbiorczych prądu przemiennego:
1. Najpierw wyznacz prąd obciążenia szyny (dla szyny, której jedna strona nie przekracza 300-400 A) i znajdź liniową gęstość prądu:
gdzie In — prąd obciążenia, A; p to obwód przekroju opony, mm.
Liniowa gęstość prądu zależy od dopuszczalnej temperatury przegrzania szyny stalowej powyżej temperatury otoczenia. Ta zależność jest zdefiniowana przez następujące wyrażenie:
Stwierdzono, że dla połączeń śrubowych opon stalowych wartość Θ nie powinna przekraczać 40°C, a dla połączeń spawanych można ją zwiększyć do 55°C.
Jeśli weźmiemy temperaturę otoczenia v0 — 35 °, wówczas liniowa gęstość prądu dla połączeń śrubowych będzie równa
oraz do połączeń spawanych
2. Na podstawie tych danych określamy wartość wymaganego obwodu przekroju opony:
Na obwodzie opon, mając komplet opon, możesz łatwo wybrać wymagany rozmiar standardowych pasków stalowych, przestrzegając stanu
gdzie h to wysokość opony, mm; b — grubość opony, mm.
Powyższe obliczenia dotyczące opon stalowych dotyczą opon z pojedynczym bieżnikiem.
W przypadku dużych prądów obciążenia można zastosować wiązki kilku szyn stalowych. W takim przypadku obwód przekroju jednego paska opony zawartego w paczce jest wybierany z zastrzeżeniem następujących warunków:
• dla autobusów dwukierunkowych
• dla autobusów trójkierunkowych
Aby uprościć obliczenia, możesz skorzystać ze schematu zależności obwodu p przekroju szyny od prądu obciążenia IN.