Construcciones de barras colectoras de aparamenta
Las barras colectoras son conductores conductores de corriente desnudos, relativamente masivos, con una sección transversal rectangular, redonda o perfilada. En las instalaciones de un cuadro cerrado, todos los ramales de las barras y las conexiones a los dispositivos también se realizan con conductores desnudos que forman una barra.
brillante son la parte central y más crítica de la aparamenta, ya que reciben electricidad de todos los generadores de la estación (o transformadores de la subestación) y todas las líneas de salida están conectadas a ellos.
En celdas cerradas hasta 35 kV inclusive, las barras colectoras están hechas de tiras rectangulares de aluminio. Los neumáticos de acero se utilizan en instalaciones eléctricas de baja potencia con corrientes de carga que no superan los 300-400 A.
Cabe señalar que los cables rectangulares (planos) son más económicos que los cables redondos. Con la misma área de sección transversal, una llanta rectangular tiene una superficie de enfriamiento lateral más grande que una llanta redonda.
En la sala de distribución, los neumáticos se montan en bastidores especiales para autobuses o en marcos de jaulas para equipos. Las barras se colocan sobre los aisladores de porcelana de apoyo en el borde o en plano y se fijan con portabarras.
Hay muchas maneras diferentes de montar neumáticos. Cada uno de ellos tiene sus ventajas y desventajas.
Las condiciones de enfriamiento son mejores para los neumáticos con nervaduras que para los neumáticos desinflados. En el primer caso, el coeficiente de transferencia de calor es un 10-15% más alto que en el segundo, y esto se tiene en cuenta al determinar la carga de corriente admisible (PUE). Los neumáticos que miran a sus vecinos con su lado angosto (nervadura) tienen una mayor estabilidad mecánica.
Para permitir que los neumáticos se muevan a lo largo de su patrón pequeño cuando la temperatura se extiende, el neumático se fija firmemente en el medio de la sección y sin apretar en la distancia. Además, para longitudes de bus largas, se instalan compensadores para adaptarse a la expansión de la temperatura. Las dos barras colectoras están interconectadas mediante un haz flexible de tiras delgadas de cobre o aluminio. Los extremos de las tiras de barras no están firmemente sujetos al aislador de soporte, sino que se deslizan a través de los orificios longitudinales ovalados.
Para eliminar las tensiones de temperatura, las barras colectoras se conectan en algunos casos a dispositivos fijos (abrazaderas) mediante paquetes flexibles que se construyen en los extremos de las barras colectoras rígidas.
Los tamaños de barra colectora de cobre y aluminio de una sola tira más grandes utilizados son 120 × 10 mm.
Para cargas de alta corriente (para barras colectoras de cobre de más de 2650 A y para barras colectoras de aluminio - 2070 A) se utilizan barras colectoras multibanda: paquetes de dos o menos a menudo tres bandas por fase; la distancia normal entre las tiras en el paquete se toma igual al espesor de una tira (b).
La proximidad de las tiras del mismo paquete entre sí provoca una distribución desigual de la corriente entre ellas: una gran carga cae sobre las tiras de los extremos del paquete y menos sobre las del medio. Por ejemplo, en un paquete de tres tiras, el 40 % de cada una fluye en las tiras exteriores y solo el 20 % de la corriente de fase total en el medio. Este fenómeno, que es análogo al fenómeno de pelado en un solo conductor, hace que no sea práctico usar más de tres buses de CA.
Con corrientes de operación superiores a las permitidas para buses de dos carriles, es más recomendable el uso de llantas con perfil (canales), que permiten un mejor aprovechamiento del material conductor y logran una alta resistencia mecánica.
Las instalaciones eléctricas utilizan actualmente un paquete de dos canales por fase, que se aproxima en forma y kp a un cuadrado hueco. El tamaño de canal más grande con una pared de 250 mm y un espesor de 12,5 mm con dos canales en el paquete permite la transmisión de una corriente de 12.500 A para cobre y 10.800 A para aluminio.
Los neumáticos y todas las barras colectoras de un tablero cerrado están pintados con pinturas de esmalte en colores identificativos, lo que permite que el personal de servicio reconozca fácilmente las partes vivas conectadas a ciertas fases y circuitos.
Además, la pintura protege los neumáticos de la oxidación y mejora la transferencia de calor desde la superficie. El aumento en la corriente permitida del color de la barra colectora es del 15 al 17 % para las barras colectoras de cobre y del 25 al 28 % para las barras colectoras de aluminio.
Los siguientes colores se utilizan para autobuses con diferentes fases: corriente trifásica: fase A — amarillo, fase B — verde, fase C — rojo; cero barras colectoras: con neutro sin conexión a tierra - blanco, con neutro conectado a tierra, así como cables de conexión a tierra - negro; Corriente CC: el riel positivo es rojo, el riel negativo es azul.
El embarrado de las aparamentas abiertas se puede implementar con hilos flexibles o gomas rígidas. Con voltajes de 35, 110 kV y más, para aumentar el voltaje de corona y reducir las pérdidas de corona, solo se usan cables redondos.
En la mayoría de los tableros abiertos, la barra colectora está hecha de conductores trenzados de acero y aluminio del mismo diseño que las líneas eléctricas.
Los conductores de bus de cobre se utilizan solo en los casos en que la aparamenta abierta se encuentra cerca (alrededor de 1,5 km) de las costas de mares salados o plantas químicas, cuyos vapores activos y arrastre pueden causar una corrosión rápida de los conductores de aluminio. En algunos casos, la aparamenta abierta utiliza una barra colectora rígida de tubos de acero o aluminio fijada sobre aisladores de soporte.
Las secciones transversales de los neumáticos y otros conductores que transportan corriente se pueden calcular en función del valor de las corrientes de funcionamiento y las temperaturas permitidas en función de condiciones de calentamiento.
En cuanto a los embarrados utilizados en aparamenta, se normalizan sus secciones y se han elaborado tablas de cargas de corriente continua admisibles para los mismos. Por lo tanto, en la práctica no es necesario calcular por fórmulas, sino que basta con elegir según las tablas.
Las tablas de cargas de corriente continua admisibles en barras colectoras y conductores desnudos se calculan y verifican experimentalmente; al compilarlos, se asumió una temperatura de calentamiento permisible de 70 ° C a una temperatura ambiente de + 25 ° C.
Dichas tablas para secciones transversales estándar de neumáticos y alambres de materiales conductores básicos y ciertos perfiles (rectangulares, tubulares, de canal, cuadrados huecos, etc.) se proporcionan en PUE y libros de referencia.
Para barras colectoras rectangulares, las cargas de corriente tabuladas se compilan cuando se instalan en el borde; por lo tanto, cuando los neumáticos están desinflados, las cargas deben reducirse en un 5 % para neumáticos con ancho de banda de hasta 60 mm y en un 8 % para neumáticos de más de 60 mm. En los casos en que la temperatura ambiente promedio difiera del estándar (+ 25 ° C), las cargas admisibles de los neumáticos obtenidas de las tablas deben recalcularse de acuerdo con la siguiente fórmula aproximada:
donde IN es la carga admisible tomada de las tablas.
La sección transversal de los cables debe compararse con la densidad de corriente económica.
La sección transversal económica de cables o buses qEC se denomina sección transversal donde el costo anual total, determinado por los costos de capital y los costos operativos, resulta ser el más pequeño.
La sección transversal económica de cables y barras se obtiene dividiendo la corriente de carga máxima en modo normal por la densidad de corriente eléctrica:
La sección transversal resultante de acuerdo con la condición económica se redondea al estándar más cercano y se verifica la corriente de carga admisible a largo plazo. Cabe señalar que las barras colectoras RU para todos los voltajes no se seleccionan de acuerdo con la densidad de corriente económica, porque la secciones económicas a altas corrientes son iguales o menores que las secciones seleccionadas para calefacción.
Además, se comprueba la estabilidad térmica y electrodinámica de los neumáticos RU en caso de cortocircuito, ya partir de 110 kV, también para corona.
Por lo tanto, los cables de cualquier propósito deben cumplir con los requisitos para el calentamiento máximo permitido, teniendo en cuenta no solo los modos normales, sino también los de emergencia.
Si la sección transversal del conductor determinada por las condiciones económicas y de carga continua no es igual a la sección transversal requerida para otras condiciones de emergencia (estabilidad térmica y dinámica durante el cortocircuito), entonces se debe suponer una sección transversal mayor para cumplir con todos los requisitos. condiciones.
También se debe tener en cuenta que al instalar neumáticos con grandes secciones, es necesario asegurar las menores pérdidas adicionales por efecto superficie y efecto de proximidad y las mejores condiciones de enfriamiento. Esto se puede lograr reduciendo la cantidad de tiras en el paquete y su correcta disposición espacial y mutua, el diseño racional del paquete, el uso de neumáticos de perfil: canales, huecos, etc.
Cuando se utilizan neumáticos de acero, la determinación del valor de corriente admisible se realiza de forma ligeramente diferente.
En los neumáticos de acero, debido al efecto de la superficie, hay un cambio significativo de la corriente a la superficie del conductor, la profundidad de penetración no supera los 1,5-1,8 mm.
Los estudios han encontrado que la carga permisible de las barras colectoras de acero AC prácticamente depende del perímetro de la sección transversal de la barra colectora, no del área de esta sección transversal.
Con base en estos estudios, se adoptó el siguiente método para el cálculo de las barras colectoras de acero AC:
1. Primero, determine la corriente de carga del bus (para un bus con un lado que no exceda los 300-400 A) y encuentre la densidad de corriente lineal:
donde In — corriente de carga, A; p es el perímetro de la sección transversal del neumático, mm.
La densidad de corriente lineal depende de la temperatura de sobrecalentamiento permitida del bus de acero por encima de la temperatura ambiente. Esta dependencia se define mediante la siguiente expresión:
Se encontró que para uniones atornilladas de llantas de acero, el valor de Θ no debe exceder los 40°C, y para uniones soldadas se puede incrementar hasta 55°C.
Si tomamos la temperatura ambiente v0 - 35 °, entonces la densidad de corriente lineal para conexiones atornilladas será igual a
y para juntas soldadas
2. En base a estos datos, determinamos el valor del perímetro requerido de la sección transversal del neumático:
En el perímetro de los neumáticos, al tener un juego de neumáticos, puede elegir fácilmente el tamaño requerido de tiras de acero estándar, observando la condición
donde h es la altura del neumático, mm; b — espesor del neumático, mm.
El cálculo anterior de neumáticos de acero es para neumáticos de una sola banda de rodadura.
Para corrientes de alta carga, se pueden utilizar paquetes de varios rieles de acero. En este caso, el perímetro de la sección transversal de una tira del neumático incluido en el paquete se selecciona sujeto a las siguientes condiciones:
• para autobuses de dos sentidos
• para autobuses de tres vías
Para simplificar los cálculos, puede usar el diagrama de dependencia del perímetro p de la sección transversal del bus en la corriente de carga IN.