Вспомогательное оборудование тяговых подстанций

Провода и шины
Для передачи электрической энергии на тяговых подстанциях сооружают специальные устройства — токопроводы, состоящие из голых проводников, изоляторов и конструкций. В токопроводах применяют шины круглого (сплошные или полые) и прямоугольного профиля, многопроволочные и в отдельных случаях одно проволочные провода. По способу защиты от прикосновения к токоведущим частям и по воздействию окружающей среды токопроводы выполняют открытыми — с проводниками, не защищенными от прикосновения к ним или падения на них посторонних тел, и защищенными— с проводниками, огражденными специальными приспособлениями (сеткой, перфорированным коробом и т.п.). Токопроводы с голыми проводами называют гибкими, а с шинами — жесткими.
Шины преимущественно применяют алюминиевые или медные. Стальные шины из-за больших, чем в медных и алюминиевых, потерь энергии используют редко, главным образом в цепях на напряжение до 1000 В и при нагрузках до 200—300 А. В закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) применяют в основном шины прямоугольного сечения, так как они имеют большую, чем при других профилях, охлаждающую поверхность и допускают в равных условиях большую нагрузку.
В токопроводах открытых распределительных устройств (ОРУ) 3,5—220 кВ, как правило, используют многопроволочные сталеалюминиевые провода, а в районах с химически активной средой (побережье морей, зоны с агрессивными уносами промышленных предприятий) — сталеалюминиевые коррозионностойкие и в редких случаях медные. Сталеалюминиевые провода состоят из стального многопроволочного сердечника с навитой на него алюминиевой проволокой и могут быть нормальной прочности (АС), усиленной (АСУ) и облегченной (АСО). Разница между ними заключается в отношении сечения алюминия к сечению стали: оно равно 5,2—6 для АС; 4,1—4,4 для АСУ; 7,6—8,2 для АСО.
Технические характеристики наиболее часто употребляемых на тяговых подстанциях проводов приведены в табл. 7, а шин — в табл. 8 и 9.
Провода и шины выбирают по условиям нагрева их номинальным (максимальным длительным рабочим) током и проверяют на перегрев и механическую прочность (на термическую и динамическую устойчивость) по токам короткого замыкания. Гибкие токопроводы на динамическую устойчивость по токам к.з. не проверяют, а определяют их механическую прочность от тяжения, возникающего в них при, изменении температуры окружающей среды, или от гололедных образований, ветра.
Допустимые токовые нагрузки на провода и шины зависят от рода тока (постоянный или переменный), материала, сечения, профиля, температуры окружающей среды и способа установки (вертикальное, горизонтальное или наклонное расположение), а для шин прямоугольного сечения — от способа крепления на изоляторах (плашмя или на ребро, одной шины или пакета шин).
Для проводов и шин, наиболее часто применяемых на тяговых подстанциях, допустимые нагрузки с учетом допустимой температуры их нагрева (до 70° С) при температуре воздуха 25° С (ГОСТ 839—59) приведены в табл. 10 и 11.
В одних и тех же условиях токовая нагрузка при переменном токе из-за неравномерности распределения его по сечению шин ниже, чем при постоянном (при переменном токе происходит отжатие тока от середины сечения шины к ее поверхности). При креплении шин на изоляторе на ребро условия охлаждения лучше, чем при креплении плашмя, поэтому допустимая токовая нагрузка выше. Если имеется несколько шин в одном полюсе или фазе, допустимая токовая нагрузка на каждую из них ниже, чем на одну шину, из-за ухудшения условий охлаждения.
Проверка шин на термическую устойчивость заключается в определении температуры их нагрева за время короткого замыкания и сравнении ее с допустимой температурой, установленной ПУЭ. Температуру нагрева шин токами короткого замыкания определяют по специальным кривым.
Токопроводы должны обладать механической прочностью и выдерживать механические усилия, возникающие в них во время прохождения тока. Токопроводы рассчитывают по специальным формулам для наиболее часто встречающихся способов крепления шин на изоляторах с учетом количеств полос в фазе или полюсе.
При протекании больших токов короткого замыкания между шинами возникают электродинамические силы, которые пытаются изогнуть их в пролете между соседними изоляторами фазы или полюса. Эти силы тем больше, чем больше расстояния между опорными изоляторами, и тем меньше, чем больше расстояние между осями смежных шин. смазочный шприц
Наибольшей динамической устойчивостью при одной шине в фазе или полюсе обладает шинопровод с расположением шин плашмя.
При прокладке в каждой фазе или полюсе нескольких шин (пакет) к изгибающим усилиям, возникающим между шинами разных фаз или полюсов, добавляются усилия, появляющиеся между шинами одной фазы или одного полюса. Эти усилия значительно больше, чем усилия, возникающие между шинами разных фаз или полюсов, так как расстояния между осями шин очень мало.
Чтобы повысить в данном случае динамическую устойчивость пакета шин, между ними в пролете между осями соседних изоляторов устанавливают прокладки. Шины в этом месте скрепляют одну с другой, а расстоянием между опорами является расстояние между двумя соседними прокладками, т. е. точками скрепления.
В пакетах с числом шин более двух ток по полосам распределяется неравномерно. Для трех полосных пакетов ток в крайних шинах принимают равным 0,4/ф, а в средней — равным 0,2 — ток фазы).
Расчеты динамической устойчивости выполняют с учетом того, что расчетное напряжение, возникающее в шинах, не должно превышать допустимые напряжения, установленные для меди, алюминия или стали.