39.2 ] Электроснабжение промышленных предприятий 443

21 Шинные конструкции

Шинной конструкцией называют систему неизолированных (голых) проводников, укрепляемую с помощью изоляторов и предназначенную для электрической связи между элементами электроустановки.

По экономическим соображениям применяют исключительно шины из алюминия и его сплавов с различными электрическими и механическими характеристиками. Форму и размеры поперечного сечения шин выбирают в соответствии с рабочим током, учитывая явления поверхностного эффекта, а также требования термической и электродинамической стойкости при К.З.

На электростанциях и подстанциях наиболее широкое применение нашли четыре основных вида проводников: гибкие проводники; жесткие шины; кабели; токопроводы.

В РУ 35 кВ и выше при небольших токах К.З. применяют гибкие многопроволочные сталеалюминевые провода типа АС или АСО. Проводники крепятся с помощью подвесных изоляторов к стальным или железобетонным опорам.

По мере увеличения номинального напряжения и рабочих токов, одиночные провода заменяют пучками из двух, трех и четырех проводов в фазе большего сечения с установкой дистанционных распарок, чтобы увеличить нагрузочную способность и устранить коронирование (рис.1).

Обычно, гибкие токопроводы крепят на гирляндах подвесных изоляторов с достаточно большими расстояниями между фазами (35кВ – 1,5 м; 110 кВ – 3 м). Поэтому на термическое и электродинамическое действие токов К.З. проверяют гибкие шины и токопроводы РУ при начальном значении периодической составляющей тока К.З. >20 кА.

Этим токопроводам присущи недостатки: при К.З., вследствие электродинамического взаимодействия, провода отклоняются от своего нормального положения, тяжение проводов и соответствующие нагрузки на опоры резко увеличиваются, что введет к возникновению качания проводов и опасности их сближения. В связи с этим вопросы электродинамической стойкости являются основными при проектировании этих токопроводов.

Минимальные сечения одиночных проводов и проводов в пучках, исключающие коронирование, (для РУ с U_н ≥110 кВ), а также величина допустимых токов приводятся в справочной литературе.

Этот вид шин применяется в цепях генераторов и силовых трансформаторов.

В качестве жестких шин наибольшее распространение нашли алюминиевые шины прямоугольного сечения (см. рис. 2). Шины укладываются на опорных изоляторах на ребро или плашмя и закрепляются при помощи шинодержателей (рис.3). Условия охлаждения шин, установленных на ребро, лучше, чем расположенных плашмя, что учитывается при определении допустимой токовой нагрузки.

Шины, расположенные плашмя, обладают большей механической устойчивостью. Наибольшие применяемые размеры однополосных шин 120х10 мм². Длительно допустимый ток таких шин при нормированной температуре окружающей среды (25⁰С) равен 2070 А.

При большем рабочем токе применяют пакет из двух или трех полос на каждую фазу. При двух полосах в пакете по каждой полосе проходит половина рабочего тока и длительно допустимый ток составляет уже 3200 А. При трех полосах в пакете, в результате поверхностного эффекта, в крайних полосах проходит ток по 0,4 I_раб., а в средней – 0,2 I_раб..

Указанный недостаток, а также сложность монтажа и недостаточная механическая прочность полос при КЗ, что требует применения прокладок для исключения их сближения, делают нецелесообразным применение пакетов из трех и четырех полос при переменном токе.

При токах более 3000 А рекомендуется применение шин коробчатого типа, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения. При необходимости могут быть использованы пакеты из шин этого типа. При этом также необходим монтаж дистанционных прокладок. Наиболее совершенной формой поперечного сечения шин при рабочем токе свыше 2000 А является круглое кольцевое. При правильно выбранном отношении толщины стенки к диаметру трубы обеспечивается хороший отвод тепла, а также механическая прочность.

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам из проводников прямоугольного или коробчатого типа крепятся на опорных изоляторах. Шинодержатели, с помощью которых шины закреплены на изоляторах, допускают продольное смещение шин при их удлинении вследствие нагрева. При большой длине шин устанавливаются компенсаторы из тонких полосок того же материала, что и шины (рис. 4.).

Концы шин на изоляторе имеют скользящее крепление через продольные овальные отверстия и шпильку с пружинящей шайбой. В местах присоединения к аппаратам изгибают шины или устанавливают компенсаторы, чтобы усилие, возникающее при температурных удлинениях шин, не передавалось на аппарат. Соединение шин по длине обычно осуществляется сваркой. Присоединение алюминиевых шин к медным (латунным) зажимам аппаратов производится с помощью переходных зажимов, предотвращающих образование электролитической пары медь – алюминий.

Жесткие шины окрашивают эма­лями для увеличения теплоотдачи из­лучением, что позволяет увеличить номинальные рабочие токи на 15 — 30%. Для фаз А, В, С применяют со­ответственно желтую, зеленую и красную краски. На рис.5 показан жесткий шинный мост.

На электростанциях и подстанциях в цепях генераторов, повышающих трансформаторов, цепях собственных нужд, электродвигателей С.Н., синхронных компенсаторов, отходящих линиях к потребителям от п/ст применяют кабели, если по каким либо причинам эти соединения не могут быть выполнены шинами или многопроволочными проводами. Трехжильные кабели на напряжение 6 - 10 кВ изготовляют с максимальным сечением алюминиевых жил 3х240 мм². Такие кабели при прокладке в земле рассчитаны на рабочие токи соответственно 390 и 355 А. Если рабочий ток больше этих значений, то применяют пучки из нескольких кабелей, включенных параллельно, чаще из двух кабелей.

Трех жильные кабели на напряжение 20-35 кВ с вязкой пропиткой изготовляют с круглыми отдельно освинцованными жилами. На станциях для соединения повышающих трансформаторов с РУ высокого напряжения применяют кабели на напряжение 110—500 кВ, если по местным условиям эти соединения не могут быть выполнены шинами или многопроволочными проводами. Конструкция этих кабелей весьма разнообразна. Наибольшее распространение получили кабельные линии из трех одножильных кабелей, заключенных в стальную трубу с маслом под давлением около 1, 5 МПа.

На промпредприятиях для внецеховой кабельной сети следует применять трех- и четырехжильные силовые кабели с пластмассовой или бумажной изоляцией, пропитанной маслоканифольным составом, в алюминиевых или пластмассовых оболочках.

Применение кабелей со свинцовой оболочкой и бронированных допустимо только при соответствующем обосновании.

Для вертикальных и крутонаклонных трасс рекомендуется применение кабелей с обеднено-пропитанной бумажной изоляцией, допускающих разность уровней прокладки до 100 м, кабелей с бумажной изоляцией, пропитанной вязким составом, не стекающим при рабочих температурах жил, и кабелей с пластмассовой и резиновой изоляцией и оболочкой, для которых не ограничиваются разности уровней прокладки.

Токопроводы подразделяются на токопроводы с жесткими проводниками, с гибкими проводниками и пофазно-экранированные токопроводы.

Токопроводы с жесткими проводниками нашли применение в наружных и внутренних РУ всех напряжений. В токопроводах открытых РУ напряжением 110 кВ и выше в качестве проводников используют трубы из алюминиевых сплавов. Токопроводы в закрытых РУ на напряжения 6-35 кВ выполняют аналогично, но, с меньшими пролетами и расстояниями между фазами. В качестве проводников используют трубы, а также проводники прямоугольного или корытообразного сечений.

Токопроводы имеют ряд пре­имуществ по сравнению с кабельными прокладками. Они позволя­ют заменять кабели высокого напряжения неизолированными алюминиевыми шинами или проводами, экономить свинец и алю­миний, идущий на оболочки кабеля, а также изоляционные мате­риалы. Индустриализуются монтажные работы по сетям, так как на монтаж поступают готовые секции токопроводов.

Токопроводы имеют значительно большую способность к пе­регрузке, чем кабельные линии, из-за отсутствия горючей изоля­ции. Обследования работающих токопроводов различных типов показали, что токопроводы значительно надежнее кабельных про­кладок.

На мощных тепловых электростанциях, для соединения генераторов с силовыми трансформаторами, широко применяются комплектные пофазно - экранированные токопроводы. В них в качестве проводников используют исключительно алюминиевые трубы.

В этих токопроводах проводники каждой фазы в месте с опорными изоляторами помещены в проводящий заземленный экран-кожух, назначение которого заключается в следующем:

1. обеспечить безопасность обслуживания;

2. защитить проводники и изоляторы от пыли, влаги, случайного попадания посторонних предметов;

3. исключить возможность междуфазных замыканий в пределах токопровода;

4. уменьшить электродинамические силы взаимодействия между проводниками при внешних К.З.

Кожух выполнен из алюминия, в избежании сильного нагрева вихревыми токами, которые возникают при воздействии магнитного потока, созданного током нагрузки. Кожух токопровода типа ТЭН (токопровод экранированный непрерывный) изготовляют в виде секций длиной 10-12 м. Расстояние между изоляторами по длине токопровода составляют 4-5 м, т.е. значительно больше обычных расстояний в неэкранированных токопроводах сборного типа. Изготовленные таким образом секции собирают в трехфазную систему на месте установки и связываются поперечными балками.

Крепится токопровод на опорах с пролетом до 15-20 м. Как проводники, так и кожухи отдельных секций соединяют сваркой. В токопроводы могут быть встроены разъединители, заземлители, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Большая часть токопроводов с номинальным током вплоть до 15-20 кА работают с естественным воздушным охлаждением. Существуют токопроводы, выполненные с проточной вентиляцией и водяным охлаждением, а так же элегазовые токопроводы.

Токопроводы на напряжение 6-10 кВ и рабочие токи до 3200 А предназначены для распределения энергии на промпредприятиях и в системах собственных нужд электростанций. Их изготовляют со стальными (до 2000 А) и алюминиевыми (выше 2000 А)( для уменьшения потерь) кожухами, как правило прямоугольного или круглого сечений. В том и другом случае кожухи выполняют в двух вариантах: без междуфазных перегородок и с ними. Эти перегородки повышают надежность работы токопроводов и применяются, как правило, при наружной установке.

Сечения шин и других токоведущих проводников могут быть рассчитаны исходя из величины рабочих токов и допустимых температур. Что касается шин, применяемых в РУ, то сечения их стандартизированы и для них составлены таблицы допустимых длительных токовых нагрузок.

Для шин прямоугольного сечения табличные токовые нагрузке составлены при установке их на ребро; поэтому при расположении шин плашмя нагрузки должны быть уменьшены на 5% для шин шириной полос до 60 мм, и на 8% для шин шириной полос более 60 мм.

При применении стальных шин определение величины допустимого тока производится по расчетным кривым.