Виды шин и проводов
Шины являются жесткими неизолированными проводниками, из которых выполняются сборные шины распределительных устройств, электрическое соединение между аппаратами и присоединение их к сборным шинам.
Материал шин должен удовлетворять ряду требований: обеспечивать необходимую электрическую проводимость, механическую прочность, быть устойчивым к химическим воздействиям окружающей среды, иметь небольшую массу и стоимость. В качестве материала шин могут быть использованы медь, алюминий и сталь. Медные шины используются только в особых случаях и при соответствующем технико-экономическом обосновании. Стальные шины могут использоваться в маломощных электроустановках при рабочих токах до 200-300 А.
По соображениям экономического порядка применяют, как правило, шины из алюминия и его сплавов с различными электрическими и механическими характеристиками.
Распространенной формой поперечного сечения шин является прямоугольник, имеющий соотношение сторон в /Л = 1/5 1/12 (рис. 1, а). Такие шины называются плоскими. Они обеспечивают хороший отвод тепла в окружающую среду, так как имеют большую поверхность охлаждения. При рабочих токах более 2000А токопроводы собирают из нескольких шин (пакет шин). Пакет состоит из двух или трех полос (рис. 1, б и в). Допустимый ток при этом увеличивается соответственно до 3200 и 4100 А, т.е. не пропорционально числу полос из-за неравномерного распределения тока между полосами и ухудшения условий охлаждения. Недостатком пакета шин является также сложность монтажа и снижение механической устойчивости шин при КЗ из-за притяжения полос друг к другу, так как по ним протекают токи одного направления. Чтобы исключить смыкание полос при КЗ, между ними ставятся дистанционные прокладки с соответствующим креплением.
При больших рабочих токах применяют составные шины из двух коробчатых шин большого сечения (рис. 1, г), имеющих толщину /. Благодаря малому влиянию эффекта близости и достаточно хорошему охлаждению использование металла коробчатых шин получается значительно лучше по сравнению с пакетом прямоугольных шин того же общего сечения. Расчеты показывают, что уже трехполосовые пакеты шин выгодно заменять коробчатыми шинами.
Шины прямоугольного и коробчатого сечения применяют на напряжение до 10 кВ. В установках напряжением 35 кВ и выше необходимо учитывать явление коронного разряда, который возникает при частичном электрическом пробое воздуха у поверхности проводника. Шины прямоугольного и коробчатого сечения способствуют формированию неравномерного электрического поля и появлению короны (фиолетового свечения, хорошо видимого в темноте). Коронирование шин весьма нежелательно, так как при этом происходит ионизация воздуха, снижающая его электрическую прочность и облегчающая перекрытие изоляторов и пробой между фазами. При коронных разрядах происходит образование озона и окислов азота. Озон интенсивно окисляет металлические конструкции распределительного устройства, а окислы азота образуют с водой азотную кислоту, которая разрушает изоляцию и металлы.
Рис. 1. Формы поперечного сечения шин:
а — прямоугольник; б — пакет из двух полос; в — пакет из трех полос; г — коробчатые шины; д — трубчатые шины
Наиболее совершенной формой поперечного сечения шин является круглая кольцевая, которую имеют трубчатые шины (рис. 1, д). При правильном выборе соотношения толщины стенки t и диаметра трубы D обеспечивается хороший отвод тепла и достаточная механическая прочность. Вокруг трубчатой шины создается равномерное электрическое поле, что препятствует возникновению короны. Трубчатые шины укрепляют на опорных стержневых или штыревых изоляторах, а также крепят к опорным конструкциям гирляндами подвесных изоляторов.
Наряду с трубчатыми шинами в открытых распределительных устройствах широко применяют многопроволочные гибкие провода. Обычно применяют сталеалюминиевые провода марки АС, у которых сердечник скручен из стальных оцинкованных проволок, а алюминиевая часть из проволок одинакового диаметра укладывается рядами (повивами) вокруг стального сердечника.
Окраска шин эмалевой краской несколько повышает теплоотдачу в окружающую среду, что дает возможность увеличить допустимый ток нагрузки на шины. Для облегчения ориентировки персонала в электроустановке применяют цветную окраску шин.
В распределительных устройствах постоянного тока шины положительной полярности окрашивают в красный цвет, отрицательной — в синий.
Окраска шин при переменном трехфазном токе следующая:
фаза А — желтый цвет;
фаза В — зеленый;
фаза С — красный;
нулевая рабочая N — голубой;
нулевая защитная N — продольные полосы желтого и зеленого цветов.
Шины однофазного тока, являющиеся ответвлением от системы трехфазного тока, окрашиваются как соответствующие шины, от которых они ответвляются.
Резервные шины окрашиваются в цвет резервируемой основной. Если же резервная шина может заменить любую из основных, то она окрашивается поперечными полосами в цвета основных, которые чередуются между собой.
Многопроволочные гибкие провода не окрашивают, так как изменение провисания их при изменении температуры нагрева приводит к разрушению слоя краски.
Выбор шин и проводов распределительных устройств осуществляется по максимальным рабочим токам, при которых температура нагрева токоведущих частей не превышала бы 70°С. Для этого должно быть выполнено условие
где
Iдоп — длительно допустимый ток нагрузки токоведущей части; Iраб.макс — максимальный рабочий ток выбираемого проводника.