1. ГОСТ Р 50571.15-97 (МЭК 364-5-52-93) ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЗДАНИЙ ЧАСТЬ 5 ВЫБОР И МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ГЛАВА 52 ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ

2. НТП ЭПП-94 НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ. М788-1090

3. ПУЭ, гл. 2.2

Токопроводы

ПУЭ 2.2.2. Токопроводом называется устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии, состоящее из неизолированных или изолированных проводников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, ответвительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций.

ПУЭ 2.2.3. В зависимости от вида проводников токопроводы подразделяются на гибкие (при использовании проводов) и жесткие (при использовании жестких шин).

ПУЭ 2.2.4. Токопровод напряжением выше 1 кВ, выходящий за пределы одной электроустановки, называется протяженным.

НТП ЭПП-94 6.3.9. Магистральные схемы распределения электроэнергии при напряжении 6-10 кВ рекомендуется осуществлять токопроводами, отличающимися большей надежностью по сравнению с линиями, выполненными из большого числа параллельных кабелей. Для энергоемких предприятий могут быть рекомендованы следующие магистральные схемы, выполненные токопроводами 6-10 кВ:

• от трансформаторов ГПП по магистралям получают питание несколько РП 6-10 кВ;

• от шин генераторного напряжения ТЭЦ, собственной электростанции прокладываются магистрали до РП 6-10 кВ, расположенных по промплощадке предприятия. Трасса токопровода в этом случае, в основном, проходит вне площадки.

Для указанных схем распределения следует применять, как правило, двухцепные токопроводы. Применение двух одноцепных токопроводов взамен двухцепного токопровода должно быть обосновано в проекте. Питание двух РП 6-10 кВ может быть выполнено по магистральной кабельной линии, если этому не препятствует расположение РП и значение электрической нагрузки.

НТП ЭПП-94 6.3.16. При построении схемы подстанции на стороне напряжения 6-10 кВ следует по возможности избегать применения громоздких и дорогих выключателей. С этой целью токопроводы напряжением 6-10 кВ следует подключать непосредственно к трансформатору через отдельные выключатели. При отсутствии отбора энергии на напряжении 6-10 кВ помимо токопровода следует применять схему блока "трансформатор-токопровод".

Основными отраслями промышленности, в которых широкое применение находят токопроводы, являются чер­ная и цветная металлургия и химия. 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 характеризуются степенью защиты от попаданий твердых тел и от проникновения воды. Нормируются семь степеней защиты от попадания твердых тел и девять - от проникновения воды. Характеристика защиты от попадания твердых посторонних тел: 0 - защита оборудования от попадания твердых посторонних тел отсутствует; 1 - от крупных тел диаметром не менее 52,5 мм; 2 - от тел среднего размера диаметром не менее 12,5 мм; 3 - от мелких тел не менее 2,5 мм; 4 - от мелких тел диаметром не менее 1 мм; 5 - защита оборудования от вредных отложений пыли; 6 - защита оборудования от попадания пыли. Характеристики защиты от проникновения воды: 0 - защита отсутствует; 1 - защита от капель сконденсировавшейся воды; капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на оборудование, помещенное в оболочку; 2 - от капель воды, падающих на оболочку, наклоненную к вертикали под углом не более 15°; 3 - защита от дождя; дождь, попадающий на оболочку, наклоненную под углом не более 60° к вертикали, не должен оказывать вредного влияния на оборудование, помещенное в оболочку; 4 - защита от брызг любого направления; 5 - защита от водяных струй; 6 - защита от воздействий, характерных для палубы корабля, включая палубное водонепроницаемое оборудование; 7 - защита от погружения в воду; вода не должна проникать в оболочку при давлении и в течение времени, указанных в стандартах или технических условиях на отдельные виды электрооборудования; 8 - защита при неограниченно длительном погружении в воду при давлении, указанном в стандарте или технических условиях на отдельные виды электрооборудования; вода не должна проникать внутрь оболочки.

Преимущества токопроводов по сравнению с кабельными линиями:

1) большая надежность, в основном из-за отсутствия кабельных муфт;

2) меньшие стоимость и трудоемкость изготовления;

3) лучшие условия эксплуатации за счет возможности визуального осмотра;

4) большая перегрузочная способность, за счет лучших условий охлаждения.

Недостатки токопроводов:

1) большее индуктивное сопротивление, что приводит к дополнительным потерям напряжения; сопротивления, фаз различны, что приводит к несимметрии напряжения фаз протяженных токопроводов при токах 2,5 кА и более;

2) дополнительные потери электроэнергии в шинодержателях, арматуре и конструкциях при токах 1 кА и более от воздействия магнитного поля;

3) укрупнение единичной мощности токопровода по сравнению с несколькими кабелями КЛ.

ПУЭ 2.2.5. В сетях 6-35 кВ промышленных предприятий для передачи в одном направлении мощности более 15-20 МВ·А при напряжении 6 кВ, более 25-35 МВ·А при напряжении 10 кВ и более 35 МВ·А при напряжении 35 кВ следует применять, как правило, гибкие или жесткие токопроводы преимущественно перед линиями, выполненными из большого числа параллельно прокладываемых кабелей. Открытую прокладку токопроводов следует применять во всех случаях, когда она возможна по условиям генплана объекта электроснабжения и окружающей среды.

ПУЭ 2.2.6. В местах, где в воздухе содержатся химически активные вещества, воздействующие разрушающе на токоведущие части, поддерживающие конструкции и изоляторы, токопроводы должны иметь соответствующее исполнение или должны быть приняты другие меры их защиты от указанных воздействий.

НТП ЭПП-94 12.5.4. Сечение токопровода следует выбирать по экономической плотности тока, значение которой определяется расчетом для нормального режима при проектировании конкретного объекта. Выбранное сечение токопровода следует проверить на нагрев током послеаварийного режима.

ПУЭ 2.2.7. Расчет и выбор проводников, изоляторов, арматуры, конструкций и аппаратов токопроводов следует производить как по нормальным условиям работы (соответствие рабочему напряжению и току), так и по условиям работы при коротких замыканиях.

НТП ЭПП-94 12.5.5. При выборе токопровода, прокладываемого по территории предприятия, следует учитывать стоимость отчуждаемой территории. Можно принимать, что отчуждение территории под жесткий токопровод составляет 10 м, под гибкий токопровод - 18 м.

ПУЭ 2.2.10. Для заземления токоведущих частей токопроводов должны предусматриваться стационарные заземляющие ножи или переносные заземления в соответствии с требованиями 4.2.25 (см. также 2.2.30, п. 3).

ПУЭ 2.2.13. Токопроводы выше 1 кВ на открытом воздухе должны быть защищены от грозовых перенапряжений в соответствии с требованиями 4.2.167 и 4.2.168.

ПУЭ 2.2.14. В токопроводах переменного тока с симметричной нагрузкой при токе 1 кА и более рекомендуется, а при токе 1,6 кА и более следует предусматривать меры по снижению потерь электроэнергии в шинодержателях, арматуре и конструкциях от воздействия магнитного поля.

При токах 2,5 кА и более должны быть, кроме того, предусмотрены меры по снижению и выравниванию индуктивного сопротивления (например, расположение полос в пакетах по сторонам квадрата, применение спаренных фаз, профильных шин, круглых и квадратных полых труб, транспозиции). Для протяженных гибких токопроводов рекомендуется также применение внутрифазных транспозиций, количество которых должно определяться расчетным путем в зависимости от длины токопровода.

При несимметричных нагрузках значение тока, при котором необходимо предусматривать меры по снижению потерь электроэнергии от воздействия магнитного поля, должно в каждом отдельном случае определяться расчетом.

ПУЭ 2.2.15. В случаях, когда изменение температуры, вибрация трансформаторов, неравномерная осадка здания и т. п. могут повлечь за собой опасные механические напряжения в проводниках, изоляторах или других элементах токопроводов, следует предусматривать меры к устранению этих напряжений (компенсаторы или подобные им приспособления). На жестких токопроводах компенсаторы должны устанавливаться также в местах пересечений с температурными и осадочными швами зданий и сооружений.

В отключенной линии двухцепного токопровода за счет влияния неуравновешенного электрического и магнитного полей оставшегося под напряжением токопровода наводится напряжение. Это напряжение зависит от длины токопровода, расположения фаз на опоре, расстояния между фазами. Для уменьшения значения наведенного напряжения фазы цепи протяженного токопровода рекомендуется располагать по вершинам равностороннего треугольника.

Каждая фаза гибкого токопровода выполняется из нескольких алюминиевых или сталеалюминиевых проводов, располагаемых по окружности с помощью крепежных деталей (рис.) , которые осуществляют их крепление к изоляторам и противодействие схлестыванию при КЗ. Механическую нагрузку обычно несут два сталеалюминиевых провода, токовую - остальные. Во избежание схлестывания проводов при КЗ между проводами гиб­ких и жестких подвесных токопроводов предусматриваются одна-две междуфазные распорки в пролете.

Рис. 6.5. Варианты конструкции фазы гибкого токопровода:

1 - провод; 2 - стальные скобы; 3 - скобы из алюминиевого сплава; 4 - несущий провод

Переменный ток в отличие от постоянного по сечению токопровода распределяется неравномерно, смещаясь к периферии сечения, за счет чего активное сопротивление R_~ (сопротивление на переменном токе) одного и того же участка больше омического (на постоянном то­ке). Неравномерность распределения тока по сечению проводника оценивается коэффициентом поверхностного эффекта который определяется в зависимости от конструктивных размеров проводника и частоты (с увеличением частоты поверхностный эффект усиливается). В токопроводах магнитные поля близко расположенных проводников влияют на распределение тока по их сечению: при одинаковом направлении ток вытесняется к периферии, при противоположном - стягивается к середине расположения проводников; это явление называется эффектом близости и характеризуется коэффициентом близости Кэ.б. В отличие от коэффициента поверхностного эффекта, который всегда больше единицы, коэффициент близости может быть больше единицы и меньше ее, т. е. может и увеличивать, и уменьшать неравномерность распределения тока по сечению (для круглых шин Кэ.б > 1, для прямоугольных - зависит от их взаимного расположения). При расчетах токопроводов поверхностный эффект и эффект близости учитывают коэффициенты дополнительных потерь Кд.п = Кп.э / Кэ.б. В жестких токопроводах, состоящих из шин, смонтированных на штыревых или подвесных изоляторах, расстояние между фазами, диаметр фаз меньше, чем в гибких, поэтому при их расчете дополнительные потери учитываются коэффициентом Кд.п. Более экономичны гибкие и жесткие токопроводы с расположением фаз в вершинах равностороннего треугольника (рис. 6.6) по сравнению с токопроводами с вертикальным или горизонтальным расположением фаз за счет взаимной компенсации магнитных полей фаз; такие токопроводы являются симметричными. Жесткие токопроводы более компактны, чем гибкие, имеют разнообразное крепление к поддерживающим конструкциям. Фазы токопровода из неизолированных алюминиевых шин для защиты от пыли могут находиться в одном общем немагнитном кожухе (например, из алюминия); монтируются на опорных изоляторах в вершинах равностороннего треугольника.

По условиям прикосновения к токоведущим частям различают токопроводы открытые, защищен­ные и закрытые.

НТП ЭПП-94 12.5. При целесообразности распределения электроэнергии на напряжениях 6-10 кВ по промплощадке энергоемкого промышленного предприятия следует применять открыто проложенные токопроводы с симметричным расположением фаз следующих конструктивных исполнений:

• жесткий подвесной с трубчатыми шинами и подвесными изоляторами;

• гибкий с расщепленными проводами;

• комплектный закрытый типа ТЗК-10.

О ткрытые токопрово­ды с жесткой несиммет­ричной ошиновкой. Шины токопроводов изготовляют из алюминия или из его сплавов. При силе тока до 2000 А пакет шин со­стоит из плоских шин, а при силе тока больше 2000 А - из шин швел­лерного профиля. Конструкция открытого токопровода с верти­кально расположенными опорны­ми изоляторами для наружной установки приведена на рис. Этот токопровод имеет высокую стоимость строительной части, а также создает значительную несимметрию напряжения вследствие разной индуктивности фаз.

Открытые токопроводы с жесткой симметрич­ной ошиновкой. Жесткие шины токопровода закреплены на опорных изоляторах по вершинам равностороннего треугольника (рис. ). Это исполнение токопровода выгодно отличается от ис­полнений рассмотренных выше токопроводов пониженной величи­ной дополнительных потерь мощности, симметрией напряжений и меньшей стоимостью.

НТП ЭПП-94 12.5.1. Для систем канализации 6-10 кВ промышленных предприятий рекомендуется применять, как правило, жесткие токопроводы с трубчатыми шинами из алюминиевого сплава АД31. Токопроводы разработаны в исполнениях для наружной и внутренней установки при нормальной среде и в исполнении для наружной установки для предприятий с сильно загрязненной средой. Жесткие токопроводы не рекомендуется прокладывать в тоннелях и в полностью закрытых галереях из-за значительного увеличения капитальных затрат. При применении жестких токопроводов следует пользоваться разработанными типовыми проектами узлов и деталей.

НТП ЭПП-94 12.5.3. Комплектные закрытые токопроводы ТЗК-10 не рекомендуется прокладывать по территории промышленных предприятий из-за значительных затрат и по условиям эксплуатации. Токопровод ТЗК-10 следует применять на вводах незначительной длины (порядка 50 м) от трансформаторов до распределительных устройств 6-10 кВ, а также при ошиновке электроустановок внутри зданий.

Гибкие токопроводы. Жесткие токопроводы имеют не­большие пролеты между точками крепления шин, а следовательно, большее число пунктов изоляции и контактных с оединений. Гиб­кий токопровод (рис.) практически представляет собой воздуш­ную линию с большими сечениями проводов, величина пролета в нем резко увеличена по сравнению с жестким токопроводом. Одна­ко гибкие токопроводы требуют больше места для прохождения на промышленной площадке, чем жесткие. Ширина полосы террито­рии, занимаемой двухцепным гибким токопроводом вместе с его молниезащитными устройствами, составляет 24 м. Поддерживающие гирлянды крепятся на высоте 15 м от уровня земли. Унифицированные гибкие шинопроводы имеют следующее число алюминиевых проводов А600 на фазу: 4, 6, 8, 10. Их пропускная способность по силе тока составляет соответственно 4080,6120,8160,10200 А. Гибкий токопровод с междуфазными и фазными распорками может быть применен при ударном токе КЗ до 400 кА.

НТП ЭПП-94 12.5.2. Гибкие токопроводы рекомендуется применять при наличии одновременно следующих факторов: нестесненной планировки предприятия, позволяющей не учитывать условную стоимость отчуждаемой под гибкий токопровод территории, и минимального количества (до двух-трех на 1 км) углов поворота трассы.

НТП ЭПП-94 12.6. При необходимости передачи значительной мощности на напряжении 35 кВ рекомендуется применять жесткий токопровод 35 кВ подвесной с трубчатыми шинами и подвесными изоляторами.