Магистральные шинопроводы

На переменном токе большое влияние на технические характеристики средств передачи электроэнергии оказывает конфигурация проводников, их взаимное расположение и схема их соединения в силу явлений поверхностного эффекта (скин-эффекта) и эффекта близости. Например, при пропускании больших токов по проводнику круглого сечения его внутреннее сопротивление возрастает с ростом диаметра проводника. По этой причине сечения трехжильных кабелей на напряжение до 1 кВ в ПУЭ ограничены (при токах порядка 370 А для медных проводников) 185 мм2. Для обеспечения необходимой пропускной способности по току следует или увеличивать число кабелей или применять проводники с шинами плоского сечения, у которых значение скин-эффекта менее выражено. Чем больше соотношение сторон проводника, тем лучше распределение плотности тока в них. В современных конструкциях магистральных шинопроводов применяют шины с соотношением высоты к ее толщине кратным от 10 до 30.

Известно, что технические характеристики магистральных шинопроводов при токах нагрузки 1,6 кА и более с двумя или тремя шинами на одну фазу, во многом зависят от схемы соединения шин. На ранней стадии развития электропромышленности применялась схема соединения с расщепленными фазами. Однако шинопроводы по этой схеме обладали недостатками из-за громоздкости конструкции (голые шины на изоляторах Защищались со всех сторон металлической сеткой) и больших значений коэффициента добавочных потерь Кд = 1,4; где Кп = —5 отношение сопротивлений (или мощностей): активного при номинальной нагрузке на переменном токе к омическому — на постоянном. На значение Кд в этой схеме оказывает влияние еще и действие эффекта близости, связанное со стремлением токов одного направления сконцентрироваться в наиболее удаленных друг от друга частях проводников. В настоящее время эту схему применяют только в магистральных шинопроводах постоянного тока, например, ШМАД или в системах неизолированных шин от ТП к ГРЩ прошлых лет.

Более совершенны схемы соединения со спаренными фазами, в которых используется принцип равенства и противоположности действий токов в полуфазах, за счет чего значительно снижена величина индуктивного сопротивления. Значение же потерь активной мощности остается еще большим и Кд достигает уровня 1,33. По этой схеме в России изготавливались шинопроводы ШМА 68-Н и ШМА-73 для использования в четырехпроводных сетях с глухо заземленной нейтралью. Соединение секций заводского изготовления между собой на монтаже осуществлялось, как правило, аргонодуговой сваркой с последующим изолированием места стыка стеклолакотканью с клеем. В ограниченных случаях (поскольку контактные части шин не были обработаны защитным от окисления покрытием) для соединений допускалось применение одноболтовых сжимов, собираемых с помощью стандартного инструмента. В такой конструкции охлаждение нагретых шин происходит за счет конвективного теплообмена.

К недостаткам такой схемы можно отнести невысокие степень защиты оболочкой (по ГОСТ 14254-96 от IP 20 до IP 31) и надежность работы одноболтового сжима, ограниченность номенклатуры (нет изделий для вертикальной прокладки, z-образных), а также трудоемкий монтаж при сборке. В настоящее время эти шинопроводы, хотя и сняты с производства, но находятся в эксплуатации на многих действующих предприятиях России (таких, например, как ВАЧ, КАМАЗ), СНГ и стран дальнего зарубежья.

В настоящее время шинопроводы, помимо традиционного промышленного применения, широко используют при строительстве административных, жилых и общественных зданий. Поэтому с начала девяностых годов в России стали применять шинопроводы с улучшенными параметрами за счет применения системы шин с шихтованными фазами. Хотя конструкция корпуса с использованием перфорированных стальных крышек, с конвективным теплообменом для охлаждения шин и степенью защиты — IP 31 напоминает конструкцию со спаренными фазами, Кд достигает уже значения 1,15. На территории России применялась модификация этих схем в виде шинопровода ШЗМ16, изготовленного в сплошном алюминиевом корпусе, со сварным способом соединения шин.

С развитием химической промышленности появились электроизоляционные материалы, обладающие наряду с большой электрическом прочностью еще и высокой степенью нагревостойкости. Это обстоятельство вызвало новый подход к конструированию шинопроводов. Появились магистральные шинопроводы со схемой соединения, называемой условно «Пакет», получившие широкое распространение вплоть до настоящего времени. Изолированные шины, плотно сжатые с помощью одноболтового сжима в пакет, заключены в стальной кожух с хорошо развитой поверхностью, выполняющей назначение радиатора охлаждения. Процесс охлаждения этого магистрального шинопровода происходит благодаря теплопроводности от шин на стенки кожуха и от кожуха в окружающую среду конвективно и излучением. Независимо от количества пакетов в конструкции (два на ток от 2,5 кА и три на ток от 4 кА) шина одной и той же фазы, разделенная пакетами модулей, представляет собой единую шину с большим соотношением ее высоты к толщине. Такое расположение делает распределение плотности тока по сечению шины оптимальным, сводя скин-эффект и активное сопротивление к минимуму по сравнению с другими схемами соединения шин. В плотно сжатых шинах индуктивное сопротивление также имеет минимальные значения. Коэффициент добавочных потерь для этой схемы Кл = 1,09... 1,10.

Размещение шины одной фазы в двух- или трехмодульном (пакетном) шинопроводе придает большую электродинамическую стойкость всей конструкции магистрального шинопровода в целом.

На всех современных конструкциях шины защищают от окисления. Для того, чтобы избежать образования окисной пленки Аl2О3, обладающей высоким переходным сопротивлением, у алюминиевых шип делают двойное покрытие цинком и оловом, либо цинком и никелем. Такая мера значительно снижает величину переходного сопротивления и предохраняет контакты от окисления и разрушения в связи с большой разницей электрохимических потенциалов при подсоединении, например, отходящих медных проводником. Медные шины также защищают, подвергая их лужению, делая более надежным место стыка при соединении двух секций. Для стабилизации давления в стыке в режиме постоянного цикла «нагрев охлаждение», затяжку одноболтового сжима производят моментным ключом с усилием 80 Н. Для предотвращения самоотвинчиваним применяют специальные шайбы, с возможностью визуального контроля через прозрачные колпачки за положением специально нанесенных рисок. В такой конструкции сборка секций при монтаже осуществляется намного быстрее, в том числе и за счет отсутствия необходимости изолирования шин в месте стыка. В конструкции этого типа применяют встроенные изоляторы из высокопрочного и термостойкого материала (стеатитовых или на основе поликарбонатов). Наряду с другими производителями магистральных шинопроводов этого направления, в России хорошо известна, например, компания ЕАЕ Электрик АШ магистральные шинопроводы этой компании типа КВ, имеют Российские сертификаты качества и пожарной безопасности. Степень защиты оболочкой в магистральных шинопроводах «Пакет» имеют значения IP 52 и выше, как например, IP55 для КВ с многослойной изоляцией в стальном корпусе или IP 68 у фирмы Аэнзет, что достигается применением литой полимерной изоляции. Такая усиленная изоляция позволяет применять магистральных шинопроводах в различных неблагоприятных средах, в том числе и для уличных условий, например, для электроснабжения фуникулеров в горнолыжных комплексах. Выпускаемые в России шинопроводы пакетного типа ШMA4 для четырехпроводных сетей с глухо заземленной нейтралью и ШМА5 для пятипроводных — с изолированной нейтралью, сохранили способ соединения и изолирования шин по аналогии с конструкцией ШМА73.

Полная номенклатура магистральных шинопроводов включает в себя следующие секции: присоединительные к трансформаторам и шкафам ГРЩ или ВРУ; прямые стандартной длины 3 (и реже 4) метра и подгоночные; ответвительные с защитным, отключающим аппаратом или без него, с глухим присоединением; угловые горизонтальные и вертикальные; Z-образные с поворотом в одной и двух плоскостях, а также Т-образные, переходные с одного тока на другой, компенсационные, фазировочные, вводные, концевые и транспозиционные. Современные конструкции магистральных шинопроводов (кроме ШМА4, ШМА5) позволяют применять их для вертикальных стояков в жилых и общественных зданиях повышенной этажности или в зданиях средней этажности с большими нагрузками.

На вертикальных участках некоторые вентилируемые типы магистральных шинопроводов, а также распределительные шинопроводы, оснащают внутренними противопожарными перегородками. Для шинопроводов, например, типа КВ такие перегородки устанавливать нет необходимости, так как воздух внутри стальной оболочки корпуса вытеснен и практически отсутствует. Противопожарному изолированию подлежит только само место прохода шинопровода через перекрытие, которое выполняют по типовым альбомам, например, института ВНИПИ ТПЭП.