3. Шины распределительных устройств

Основное электрическое оборудование электростанций и подстанций (генераторы, трансформаторы, синхронные компенсаторы) и аппараты в этих цепях (выключатели, разъединители и др.) соединяются между собой проводниками разного типа, которые образуют токоведущие части электрической установки.

Рассмотрим типы проводников, применяемых на электростанциях и подстанциях. На рис. 3.1 упрощенно, без разъединителей, показаны элементы схем ТЭЦ, КЭС и подстанции.

Цепь генератора на ТЭЦ (рис. 3.1, а). В переделах турбинного отделения от выводов генератора G до фасадной стены (участок АБ) токоведущие части выполняются шинным мостом из жестких голых алюминевых шин или комплектным пофазно экранированным токопроводом (в цепях генератора мощностью 60 МВт и выше). На участке БВ между турбинным отделением и ГРУ соединение выполняется шинным мостом, гибким подвесным токопроводом или комплектным токопроводом. Все соединения внутри закрытого РУ 6 – 10 кВ, включая сборные шины, выполняются жесткими голыми алюминиевыми шинами прямоугольного или коробчатого сечения. Соединение от ГРУ до выводов трансформатора связи Т1 (участок ИК) осуществляется шинным мостом, гибким подвесным токопроводом или комплектным токопроводом.

Токоведущие части в РУ 35 кВ и выше обычно выполняются сталеалюминевыми проводами АС. В некоторых конструкциях ОРУ часть или вся ошиновка может выполняться алюминиевыми трубами.

Цепь трансформатора собственных нужд (рис. 3.1, а) От стены ГРУ до выводов Т2, установленного вблизи ГРУ, соединение выполняется жесткми алюминиевыми шинами. Если трансформатор собственных нужд устанавливается у фасадной стены главного корпуса, то участок ГД выполняется гибким токопроводом. От трансформатора до РУ собственных нужд (участок ЕЖ) применяется кабельное соединение.

а	б	в
	Рис. 3.1. К выбору проводников в основных электрических цепях а – элементы схем ТЭЦ, б – элементы схем КЭС и АЭС, в – элементы схем подстанции

В цепях линий 6 -10 кВ вся ошиновка от реактора и за ним. А также в шкафах КРУ выполнена прямоугольными алюминиевыми шинами. Непосредственно к потребителю отходят кабельные линии.

В блоке генератор – трансформатор на КЭС участок АБ и отпайка к трансформатору собственных нужд ВГ (рис. 3.1, б) выполняются комплектно пофазно экранированным токопроводом.

Для участка ЕД от Т2 до РУ собственных нужд применяется закрытый токопровод 6 кВ.

В цепи резервного трансформатора собственных нужд участок ЖЗ может быть выполнене кабелем или гибким проводом. Выбор того или другого способа соединения зависит от взаимного расположения ОРУ, главного корпуса и резервного Т3. Так же как ТЭЦ, вся ошиновка в РУ 35 кВ и выше выполняется проводами АС.

На подстанциях (в открытой части) могут применяться провода АС или жесткая ошиновка алюминиевыми трубами. Соединение трансформатора с закрытым РУ 6 -10 кВ или с КРУ 6 -10 кВ осуществляется гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. В РУ 6 -10 кВ применяется жесткая ошиновка.

Материалом жестких шин может быть медь, алюминий, сталь. Медь обладает относительно небольшим удельным электрическим сопротивлением при достаточно большой механической прочности. Алюминий обладает примерно в 1,6 раза большим удельным сопротивлением, соответственно чему получается и большое сечение алюминиевых шин (при том же токе нагрузки и одинаковой допускаемой температуре нагрева). Несмотря на это расход алюминия получается все же в 2-2,3 раза меньше, так как алюминий легче меди примерно в 3,3 раза. В результате алюминиевые шины оказываются дешевле медных. В ЗРУ и ОРУ всех напряжений в настоящее время, как правило, применяют алюминиевые шины. Стальные шины обладают значительным удельным сопротивлением (примерно в 7 раз больше медных). Кроме того, при переменном токе существенны потери в стальных шинах, вызванных гистерезисом и вихревыми токами. Вместе с тем стальные шины дешевы. Поэтому стальные шины применяют, но в сравнительно маломощных установках и при рабочих токах не более 200-300 А.

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой стоимости не применяют даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000 А применяют одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения. Например при токе 2650 А необходимы алюминиевые шины трехполосные размеров 60×10 мм или коробчатые - 2×695 мм² с допустимым током 2670 А. В первом случае сечение шин составляет 1800 мм², во втором – 1390 мм². Как видно допустимая плотность тока в коробчатых шинах значительно больше (1,92 вместо 1,47 А/мм²).

Распространенные формы поперечного сечения шин (рис. 3.2)

Рис. 3.2. Формы поперечного сечения жестких шин а – прямоугольное сечение, б, в – двух- и трехполосное прямоугольное сечение, г – коробчатое сечение, д – круглое кольцевое сечение

В установках напряжением до 35 кВ применяют шины прямоугольного сечения – более экономичные, чем круглые шины сплошного сечения. Объясняется это тем, что при одинаковой площади поперечного сечения шины прямоугольной формы лучше охлаждаются вследствие большей поверхности охлаждения. Кроме того, при переменном токе электрическое сопротивление круглых шин больше, чем прямоугольных той же площади сечения, вследствие поверхностного эффекта – неравномерного распределения переменного тока по сечению шины. При переменном токе наибольшая плотность тока (А/мм2) будет вблизи внешней поверхности проводника и наименьшая в сере

Рис. 3.3. Эскизы крепления шин: А – горизонтальное, Б,В – вертикальное, 1 –опорный изолятор, 2 –стальная планка, 3 –шина, 4 –стальная распорная трубка, 5 – алюминиевая трубка, 6 - шпилка

дине проводника.В результате допускаемый ток нагрузки на прямоугольные шины больше, чем на круглые (при одинаковой площади сечения и температуре нагрева).

В целях лучшего охлаждения и уменьшения влияния поверхностного эффекта целесообразно применение прямоугольных шин малой толщины. Медные и алюминиевые шины обычно имеют соотношение сторон 1/5 – 1/12 (наибольшая шина 10120 = 1200 мм²), а толщина стальных шин обычно не превышает 3 мм. На рис. 3.3 представлены эскизы крепления шин разного профиля.

Если ток нагрузки превышает допускаемый ток полосы наибольшего сечения, то применяют на фазу несколько полос, собираемых в общий пакет и укрепляемых совместно на опорных изоляторах. Расстояние между полосами в пакете обычно равно толщине одной полосы, что необходимо для их лучшего охлаждения.

В установках 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов в РУ 6-10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка – сталеалюминевые – несут в основном механическую нагрузку от собственной массы, гололеда и ветра. Остальные провода – алюминиевые – являются только токоведущими.

При выполнении шинных конструкции на напряжении 35 кВ и выше приходится считаться с явлением короны. Вокруг провода существует электрическое поле, напряженность которого зависит от напряжения электроустановки и расстояния между фазами. С увеличением напряжения и уменьшением расстояния между фазами напряженность электрического поля увеличивается. Наибольшая напряженность электрического поля наблюдается вблизи поверхности проводов, по мере удаления от провода напряженность электрического поля резко уменьшается. Если напряженность электрического поля вблизи поверхности провода превышает величину электрической прочности воздуха (примерно 21,1 кВ/см), то вокруг провода происходит интенсивная ионизация воздуха и возникает фиолетовое свечение, называемое короной, которая хорошо видна в темноте.

Коронирование шин весьма нежелательна, так как интенсивная ионизация воздуха снижает его электрическую прочность, что облегчает перекрытие изоляторов и пробой между фазами, особенно, если поверхность изоляции загрязнена. В области короны происходят химические реакции, сопровождающиеся образованием озона и окислов азота. Озон интенсивно окисляет металлические конструкции РУ. Окислы азота образуют с водой азотную кислоту; разрушающе действующую на органическую изоляцию и металлы. Коронирование шин, сопровождающееся характерным шумом и потрескиванием, затрудняет проверку работы оборудования путем прослушивания его эксплуатационным персоналом. Легкие потрескивания при искрениях в неплотно соединенных контактах и при начинающемся пробое или перекрытии в аппаратах, дребезжащее гудение вследствие неплотностей в магнитной системе трансформаторах и т.д. трудно услышать, если шины РУ коронируют. Своевременным же обнаружением указанных явлений можно предотвратить развитие повреждений и предупредить аварию.

Особенно интенсивное коронирование наблюдается в установках 110 кВ и выше. Поэтому в этих установках применяют шины круглой формы, так как при заданном напряжении установки и расстояния между фазами можно путем увеличения диаметра круглой шины настолько уменьшить напряженность у ее поверхности, что шина совсем не будет коронировать. В практике стремятся к тому, чтобы шины РУ 35 кВ и выше нормально не коронировали, допуская некоторое коронирование шин ОРУ в плохую погоду.

При подвеске шин на подвесных изоляторах применяют алюминиевые, сталеалюминевые и медные голые многожильные провода. В установках очень высоких напряжений (220 – 750 кВ), где токи нагрузки сравнительно невелики, а по условию недопустимости коронирования диаметр провода должен быть значительный, применяют в целях экономии металла гибкие полые медные провода. При креплении шин установок 35 кВ и выше на штыревых или стержневых опорных изоляторах применяют трубчатые шины.

Соединение отдельных участков шин и ответвлений от них выполняют сваркой, давлением (опрессовкой) и при помощи болтов. Все неразъемные соединения шин следует выполнять сваркой, которая является весьма надежным, простым и дешевым способом. Болтовые соединения следует применять при присоединениях шин к выводам машин и аппаратов и в тех местах, где шины должны быть разъемными по условиям монтажа и ремонта оборудования.

Все жесткие шин, закрепленные на опорных изоляторах, окрашивают эмалевыми красками следующих цветов:

Трехфазный ток: Шины фазы А – желтый, фазы В – зеленый, фазы С – красный;

Постоянный ток: Шины положительного полюса – бордо, отрицательного – синий.

Причины окраски жеских шин: 1) окраска шин несколько улучшает теплоотдачу и позволяет увеличить допускаемый ток нагрузки на шины, 2) окраска стальных шин защищает их от коррозии, 3) цветная окраска шин помогает персоналу распознать отдельные фазы установки.

Гибкие шины (провода) не окрашиваются. Для распознавания фаз на шинах РУ подвешивают кружки, окрашенные в соответствующие фазам цвета.