Гибкие токопроводы 6-10 кВ. Оценка электродинамической стойкости

Гибкие токопроводы 6-10 кВ применяются на электростанциях и в схемах элек¬троснабжения крупных промышленных предприятий. Особенностью их конструкции является наличие нескольких проводов в фазе и междуфазных изолирующих распорок, предотвращающих схлестывание фаз в результате электродинамического действия токов короткого замыкания (КЗ). На напряжении 6-10 кВ сравнительно небольшое междуфазное расстояние, поэтому гибкие токопроводы особенно подвержены электродинамическому действию токов короткого замыкания. Недопустимое сближение и схлестывание фаз гибкого токопровода 10 кВ, например, имело место в схеме электроснабжения ОАО «Могилевхимволокно» (по данным службы энергетика завода и РУЛ «БелНИПИэнергопром»). Причем повреждение наступило при небольшом токе 13 кА и продолжительности КЗ (tк) 1,2 с.

Расчет электродинамического действия токов КЗ на гибкие провода регламентируется международным стандартом, изданным техническим комитетом 73 МЭК, и ГОСТ 30323-95, действующем в Беларуси. Но объяснить случаи схлестывания и недопустимого сближения фаз гибких токопроводов 10 кВ при небольших токах КЗ указанные ГОСТы в полной мере не могут. В качестве критерия электродинамического действия токов КЗ ПУЭ вводит величину тока КЗ в 20 кА. Очевидно, что при этом не учитывается продолжительность и другие характеристики КЗ, расстояние между фазами и размеры пролета, влияющие на схлестывание фаз.

С учетом всего вышесказанного потребовалось математическое моделирование динамики токопровода в пределах целого пролета с учетом влияния гирлянд, распорок и геометрических особенностей .его конструкции. Для этого на кафедре БНТУ был разработан численный алгоритм и компьютерная программа расчета сближения фаз гибких токопроводов 6-10 кВ в режиме двухфазного КЗ.

В разработанном численном алгоритме движение провода как упругой механической системы на участках между распорками и гирляндами под воздействием распределенных ЭДУ описывается нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных.
По разработанной компьютерной программе в качестве примера был выполнен расчет динамики фаз гибкого токопровода ОАО «Могилевхимволокно». По результатам расчета была произведена оценка влияния количества междуфазных распорок на размах колебаний фаз в пролете длиной 80 м. При одной распорке, установленной в середине пролета, и токе КЗ равном 13,13 кА, электродинамическая стойкость гибкого токопровода обеспечивается только при небольшой продолжительности КЗ, не превышающей 0,1 с (рисунок 1). При дальнейшем увеличении продолжительности КЗ расстояние между осями фаз при их сближении превышает минимально допустимое Аmin дол.

Рисунок 1 – Зависимость минимальных расстояний между осями соседних фаз Аmin от tк при одной распорке в пролете в режиме двухфазного КЗ

Установка двух междуфазных распорок в 1/3 и 2/3 частях пролета существенно ограничивает размах колебаний проводов: наибольшее горизонтальное отклонение средней точки фазы в пролете при tк = 1,0 с составляет 0,315 м. Из рисунка 2 видно, что электродинамическая стойкость гибкого токопровода обеспечивается во всем рассматриваемом диапазоне tк от 0,1 до 2,0 с.

Также сделано заключение о том, что в конструкции гибкого токопровода принят слишком большой шаг расщепления: ар = 0,4 м. Его можно уменьшить до 0,12 м с использованием типовой распорки для ОРУ 110 кВ. В этом случае допустимый размах колебаний проводов составит 0,93 м вместо 0,65 м. В результате указанного технического решения при токе КЗ 13,13 кА и одной распорке в пролете недопустимое сближение фаз будет только при tк = 0,2 с (см. рисунок 1). При двух распорках пролете будет большой , запас электрической прочности промежутков между фазами (см. рисунок 2).

Рисунок 3 – Зависимость максимального допустимого расстояния между междуфазными изолирующими распорками Lmах доп от тока электродинамической стойкости стойкости IЭД для продолжительности КЗ.

С использованием компьютерной программы составлен обобщенный график зависимостей максимального допустимого расстояния между междуфазными изолирующими распорками (Lmах доп) от величины тока электродинамической стойкости пролета (IЭД) для разных продолжительностей КЗ (рисунок 3). Из него можно определить для конкретного пролета, не прибегая к сложным компьютерным расчетам.