Поширені типи жорстких шин

У закритих РУ 6-10 кВ ошинування та збірні шини виконуються жорсткими алюмінієвими шинами. Мідні шини через високу їхню вартість не застосовуються навіть при великих струмових навантаженнях. При струмах до 3000 А застосовуються одно- та двосмугові шини. При високих струмах рекомендуються шини коробчастого перерізу. Найбільш поширені форми поперечного перерізу шин наведено на рис. 1.2.

Найпростіша форма поперечного перерізу шини - прямокутна з ставленням сторінb/hвід 1/8 до 1/12 (рис. 1.2,а). Це звані плоскі шини. Вони забезпечують хороше відведення тепла у навколишнє середовище, оскільки відношення поверхні охолодження до об'єму тут більше, ніж у шинах будь-якої іншої форми. Момент опору вигину щодо осіху багато разів більше, ніж щодо осіy. Отже, при розташуванні провідників трьох фаз у площиніy - yплоскі шини здатні протистояти значним електричним силам при КЗ.

Плоскі шини виготовляють із поперечним перерізом до 120'10=1200 мм 2 . Допустимий тривалий струм таких шин з алюмінію при нормованій температурі повітря 25 про З дорівнює 2070 А. При більшому робочому струмі можна застосувати складові провідники з двох смуг із зазорами між ними (рис. 1.2,б). Допустимий струм у своїй збільшиться відповідно до 3200 А, тобто. далеко не пропорційно числу смуг. Це пояснюється поверхневим ефектом - витіснення змінного струму на поверхню складового провідника.

Нестача складових провідників полягає також у складності монтажу та недостатній механічній міцності. Останнє пояснюється взаємодією смуг при КЗ. Оскільки струми в смугах спрямовані однаково, вони прагнуть зблизитись. Щоб виключитизмикання смуг при КЗ, потрібні дистанційні прокладки між ними з відповідним кріпленням. Провідники з трьох та чотирьох смуг безумовно недоцільні при змінному струмі. Обмежене застосування мають провідники із двох смуг.

При великих робочих струмах застосовуються складові шини з двох коритних провідників (рис. 1.2,в). Тут також потрібні дистанційні прокладки між коритами.

Найбільш досконалою формою поперечного перерізу шини при робочому струмі понад 2000 є кругле кільцеве (рис. 1.2,г). При правильно вибраному відношенні товщини стінки до діаметра труби забезпечується хороше відведення тепла, а також механічна міцність. Момент опору вигину однаковий у будь-якому напрямку. Застосування отримали труби із зовнішнім діаметром до 250 мм та товщиною стінки до 12 мм.

Поверхневий ефект

Активний опір провідника при змінному струмі дорівнює:

деKп - коефіцієнт поверхневого ефекту;

Kб -коефіцієнт ефекту близькості;

Kдп -коефіцієнт додаткових втрат;

R-омічний опір, тобто опір провідника на постійному струмі.

Коефіцієнт поверхневого ефекту дорівнює відношенню активного опору відокремленого провідника кегоомічному опору:

Коефіцієнт ефекту близькості дорівнює відношенню активного опору провідника за наявності поблизу нього інших провідників зі струмом до активного опору відокремленого провідника:

В електроустановках відстані між провідниками зазвичай значно більше за їх геометричні розміри. У цьомуKб=1.

Коефіцієнт поверхневого ефекту обернено пропорційний глибині проникненняZ0 електромагнітного поля в провідник:

наглибиніZ0 напруженості електричного та магнітного полів, а також щільність струму веразів менше, ніж на поверхні провідника.

Глибина проникнення визначається виразом

деw= 2pf- кутова частота;

m- відносна магнітна проникність провідника;

m0 - магнітна постійна (магнітна проникність вакууму);

g-питома провідність матеріалу провідника на постійному струмі;

ЗалежноKп від цього параметра для шин наведені на рис. 1.3.

Мал. 1.3. Криві для визначення коефіцієнта поверхневого ефекту шин прямокутного та трубчастого перерізу

В електроустановках промислової частоти як провідникові матеріали зазвичай використовують мідь і алюміній, основні усереднені характеристики яких наведені в табл. 1.1

Форму та геометричні розміри провідників на великі струми вибирають з урахуванням того, що збільшення товщини суцільного провідника або товщини стінки порожнистого провідника понад так звану критичну товщину (tкр»l,5Z0) технічно та економічно недоцільно, оскільки пов'язано зі збільшенням витрати провідникового матеріалу, але не призводить до суттєвого зниження активного опору провідника.

Таблиця 1.1

Матеріал	Параметри провідникових матеріалів при 20 о С
r, Ом мм 2 /м	g, м/(0м×мм 2 )	dг/см 3	Z0,мм
Мідь	0,0175	8,93	9,5
Алюміній	0,029	34,5	2,7	12,2

Мал. 1.4. Залежність активного опору алюмінієвих труб від товщини стінки

Залежність активного опору алюмінієвих труб діаметром від 50 до 500 мм від товщини стінки показано на рис. 1.4. У міру збільшення товщини стінки, починаючи від дуже малого значення, переріз труби збільшується, а опір її швидко зменшується, доки досягне деякого мінімуму. При подальшому збільшенні товщини стінки переріз труби продовжує збільшуватися, проте її активний опір не тільки не зменшується, але навіть дещо збільшується внаслідок швидкого збільшення коефіцієнта поверхневого ефекту. Критична товщина стінки труби, що відповідає мінімуму активного опору, залежить не від діаметра, а лише від питомого опору матеріалу та частоти. Для алюмінієвих труб круглого перерізу за частотою 50 Гц критична товщина стінки становить близько 20 мм, а для мідних труб близько 14 мм.

Приклад1.1.Порівняти електричний опір змінному струму алюмінієвих шин.

ТрубчастоїD= 80 мм;d= 72 мм

---