Токопроводы и шинопроводы

Токопроводы – это линии электропередач, токоведущие части которых выполнены из жестко закрепленных алюминиевых или медных проводов или шин, относящихся к ним поддерживающих и опорных конструкций и изоляторов, защитных оболочек (коробов). В зависимости от вида проводников токопроводы подразделяют на гибкие (при использовании проводов) и жесткие (при использовании жестких шин). В сетях 6…10 кВ промышленных предприятий экономически целесообразно вместо кабелей применять гибкие или жесткие токопроводы при передаваемой мощности 15…40 МВА на напряжении 6 кВ и 20…70 МВА на напряжении 10 кВ (рис. 3.14).

Преимущества токопроводов по сравнению с кабельными линиями:

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

· меньшие стоимость и трудоемкость изготовления;

· лучшие условия эксплуатации, так как возможен визуальный осмотр;

· большая перегрузочная способность благодаря лучшим условиям охлаждения.

· модульная конструкция шинных систем позволяет применять ее в зданиях или сооружениях любого типа и любой конфигурации, но, в отличие от кабельных, шинные системы можно легко изменять, дополнять или переносить в другое помещение без особых капитальных затрат.

Рис. 3.14. Магистральный комплектный токопровод

Модульная конструкция шинных систем отличается гибкостью и мобильностью. В то же время большее индуктивное сопротивление, потери электроэнергии в шинодержателях, арматуре и конструкциях при токах 1 кА и более от воздействия магнитного поля, различное сопротивление фаз приводят к несимметрии напряжения фаз протяженных токопроводов при токах 2,5 кА и более и являются, конечно, недостатками применения токопроводов по сравнению с кабелями.

Наиболее широкое распространение в сетях 6…35 кВ промпредприятий получили жесткие магистральные токопроводы с расположением шин в вертикальной плоскости и с шинами, расположенными по вершинам равностороннего треугольника (рис. 3.15). Эти конструкции могут быть выполнены как на опорных, так и на подвесных изоляторах либо скрыто – в туннелях (рис. 3.16) и галереях.

а б

Рис. 3.15. Симметричный подвесной токопровод с жесткими шинами

и опорными изоляторами для прокладки:

а – на открытом воздухе; б – в помещениях

Рис. 3.16. Прокладка жесткого симметричного токопровода 6…10 кВ в туннеле

Для снижения и выравнивания индуктивного сопротивления токопроводов предусматривается ряд мер: располагают полосы в пролетах по сторонам квадрата, применяют спаренные фазы, про-фильные шины, выполняют внутрифазные транспозиции и т.д.

В отключенной линии двухцепного токопровода в результате влияния неуравновешенного электрического и магнитного полей оставшегося под напряжением токопровода наводится напряжение, которое 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, располага-емых по окружности с помощью крепежных деталей (рис. 3.17), 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 предусматривают в пролете одну-две междуфазные распорки.

Рис. 3.17. Варианты конструкции фазы гибкого токопровода:

1 – провод; 2 – стальные скобы; 3 – скобы из алюминиевого сплава;

4 – несущий провод

Совмещенная прокладка гибких токопроводов напряжением выше 1 кВ и технологических токопроводов на общих опорах не допускается. Жесткие токопроводы до 1 кВ, поставляемые комплектно, называют шинопроводами; их комплектуют секциями унифицированной длины, которые могут быть прямыми, угловыми, гибкими, вводными, ответвительными, компенсационными, переходными, подгоночными (рис. 3.18). Все шинопроводы имеют сходную конструкцию: плоские шины располагаются широкими сторонами друг другу. При больших токах в магистральных сетях шины спарены.

Рис. 3.18. Способы прокладки жестких токопроводов:

а – в закрытой эстакаде; б – на железобетонной опоре; в – на железобетонных кронштейнах, прикрепляемых к стене здания; 1 – фиксатор; 2 – приточные вентиляционные отверстия; 3 – cъемные асбестоцементные волнистые листы; 4 – магистраль заземления

Конструкция шинопровода является самонесущей, где шины определяют жесткость конструкции. В коробах имеются окна, через которые осуществляются ответвления, штепсельные присоединения (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Типовая секция токопровода с вводной коробкой

Ответвительные коробки могут быть выполнены с предохранителями, установочными автоматами, выключателями, рубильниками. Типы шинопроводов в зависимости от назначения разделяют на магистральные, распределительные, троллейные и осветительные.

Магистральные шинопроводы (МШ) применяют на переменном токе для соединения трансформатора с главным распределительным щитом (ГРЩ) либо вводным распределительным устройством (ВРУ) или в блоке трансформатор-магистраль для потребителей большой мощности. На отходящих от ГРЩ или ВРУ линиях МШ применяют для питания энергоемких потребителей, распределительных щитов или для подключения распределительных шинопроводов. Их применяют в системе четырехпроводных электрических сетей с глухозаземленной нейтралью. Нулевым проводом может быть либо четвертая шина, либо алю-миниевые профилированные боковины (ШМА-73) (рис. 3.20). Номинальный ток достигает 4000 А.

Рис. 3.20. Магистральный шинопровод ШМА-73:

а – прямая секция; б – поперечный разрез; 1 – фазные шины; 2 – изолятор;

3 – эластичная прокладка; 4 – верхняя крышка; 5 – обойма; 6 – болт;

7 – боковая крышка; 8 – изоляционная перегородка между шинами;

9 – угольник крепления шинопровода к опорной конструкции

На переменном токе большое влияние на технические характеристики средств передачи электроэнергии оказывают конфигурация проводников, их взаимное расположение и схема их соединения в силу явлений поверхностного эффекта и эффекта близости. В современных конструкциях МШ применяют шины с соотношением высоты к ее толщине кратным от 10 до 30.

Существующие конструкции МШ (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 МШ вентилируемых типов 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 МШ через перекрытие. На рис. 3.21 дан пример компоновки МШ на вертикальном участке трассы.

Рис. 3.21. Пример компоновки МШ на вертикальном участке трассы:

h – высота этажа, А, В – высоты выводов, а – толщина перекрытия

С развитием химической промышленности появились электроизоляционные материалы, обладающие наряду с большой электрической прочностью и высокой степенью нагревостойкости. Это обстоятельство вызвало новый подход к конструированию шинопроводов. Появились МШ со схемой соединения, называемой условно «Пакет», получившие широкое распространение вплоть до настоящего времени.

В промышленных установках постоянного тока применяют МШ на напряжение до 1200 В и токи от 1600 до 6300 А (ШМАД, ШМАДК), например для соединения машинных или статических преобразователей с электродвигателями главных приводов прокатных станов.

Номенклатура распределительных шинопроводов (РШ) во многом схожа с номенклатурой МШ, за исключением секций транспозиционных и присоединительных к трансформаторам, которые в РШ отсутствуют. Конструкции РШ выпускают с одной шиной на фазу с зазорами между шинами. Действие поверхностного эффекта в такой конструкции чуть больше, чем в МШ, но значительно меньше, чем в кабелях круглого сечения. С другой стороны, упрощаются условия присоединения к РШ возможно большего числа потребителей (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Применение распределительных шинопроводов

ШРА (с алюминиевыми жилами) и ШРМ (с медными шинами) предназначены для передачи и распределения электроэнергии напряжением 380/220 В при возможности непосредственного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью, а также для подачи питания на осветительные шинопроводы (рис. 3.22). Распределительные шинопроводы выпускаются на токи до 630 А. Крепят РШ так же, как и магистральные: на стойках, кронштейнах, подвесах.

В сетях до 1 кВ различают закрытые, защищенные и открытые шинопроводы. Закрытые шинопроводы комплектуются из элементов, изготавливаемых на заводах. Их применение в 4…5 раз уменьшает время монтажа, они могут прокладываться на не-большой высоте, в непосредственной близости от любых коммуникаций и установок, безопасны в обслуживании (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Пример установки закрытого магистрального токопровода серии ШМА

Конструкции РШ современного типа (КО) имеют четырех- и пятипроводное исполнение. На рис. 3.24, 2 и 3 приведен пример возможного повышения степени защиты конструкции РШ с использованием уплотнительных прокладок, что делает их применение более универсальным. При проходе через перекрытия устанавливается секция КО с противопожарной внутренней перегородкой.

Разновидностью РШ могут быть напольные шинопроводы, прокладываемые под фальшполами для выполнения модульных совмещенных сетей. Такие сети обычно применяют в административных, торговых, выставочных и других зданиях, например, при совмещении электросети с сетями персональных компьютеров, радио, связи, телевидения, источников бесперебойного питания, для рабочих мест операторов. Напольные РШ выпускают на токи от 25 до 63 А.

Рис. 3.24. Распределительный шинопровод типа КО:

1 – соединительный блок контактных вставок; 2 – уплотнительные прокладки

на соединительном элементе; 3 – уплотнительные

прокладки на присоединительном оконце; 4 – одноболтовый сжим

Осветительные шинопроводы ШОС имеют в своей номенклатуре секции прямые, подгоночные, вводные и устройства ответвительные, с защитой или без нее для подключения осветительных приборов или потребителей небольшой мощности и выпускаются на ток 25, 63, 100 А для групповых четырехпроводных линий в сетях до 1 кВ с нулевым проводом. В качестве токоведущих элементов в осветительных шинопроводах применяют медные изолированные провода либо шины – медные или алюминиевые, плакированные медью. Ответвительные устройства для питания однофазных потребителей могут быть снабжены шнурами, в которых в целях обеспечения равномерной нагрузки на трехфазную линию ШОС штепселя маркированы для подключения их к соответствующим фазам. Также в номенклатуру ШОС могут входить угловые и тройниковые секции. Иногда для этих целей применяют гибкие секции.

В последнее десятилетие стали широко применять осветительные шинопроводы ШОС2-25 (однофазные) и ШОС4-25 (трехфазные) для выполнения на промышленных предприятиях, в общественных и административных зданиях осветительных линий, питающих однофазные нагрузки в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью. Поперечное сечение шинопроводов приведено на рис. 3.25, а,б.

Рис. 3.25. Осветительные шинопроводы:

а, б – поперечное сечение шинопровода ШОС2 (а) и ШОС4 (б),

в-ж – шинопровод ШОС80: поперечное сечение (в); прямая секция (г);

соединитель (д); угловая секция (е) штепсель (ж):

1 – шнур штепселя; 2 – патрубок для установки светильника

Осветительный шинопровод ШОС8О (рис. 3.26, в – ж) предназначен для осветительных линий в помещениях общественных зданий, а также в административных и бытовых помещениях промышленных зданий. На прямых секциях снизу через каждые 500 мм смонтированы соединительные розетки, закрытые откидными крышками. Розетки предназначены для подключения светильников втычным контактом через штепсель 10 А. Короб заземлен нулевым проводом. Светильники подвешивают к несущим конструкциям или непосредственно к ШОС. Для сетей с изолированной нейтралью все большее применение находят ШОС типа КАМ на токи 25 и 32 А (рис. 3.26).

Троллейные шинопроводы выпускают как с защитным кожухом, например ТВ ЕАЕ-Электрик «ВСК- Электро», так и в открытом исполнении. В ТШ этого типа, так называемых монотроллейных шинопроводах, шины изолированы пофазно, и они выпускаются на токи от 35 до 1000 А.

Рис. 3.26. Применение осветительных шинопроводов типа КАМ:

1 – секция прямая; 2 – секция вводная; 3 – ответвительная коробка

с предохранителем; 4 – ответвительная коробка с глухим присоединением;

5 – гибкая вставка (угловая); 6 – крепление светильника к шинопроводу;

7 – подвес (стержень М8); 8 – скоба крепления шинопровода к подвесу;

9, 10 – осветительные приборы

В номенклатуру троллейных шинопроводов (ТШ) [1, 6] включены секции: прямые, подгоночные, радиусные, вводные, компенсационные и разделительные, для организации ремонтных участков. Также в номенклатуру ТШ входят: токосъемные каретки с роликами или токосъемники с щетками, траверсы для крепления на них токосъемных устройств, устанавливаемых на подвижном составе токоприемника, и индикаторы напряжения или указатели троллейные. Для монорельсовых дорог с автоматическим адресованием груза, предназначенных, например, для установки в складских помещениях с большими объемами и номенклатурой продукции, применяют ловители. Эти элементы устанавливают в местах сочленения прямых и радиусных секций или на сложных переходах, поскольку скорости перемещения подвижного состава, например, кранового оборудования, могут составлять 250 м/мин и более. В состав монотроллейных ТШ входят соединители, троллеедержатели, клицы опорные и промежуточные, токосъемники со щетками. Шинопроводы всех типов имеют специально разработанные для них поддерживающие и опорные устройства для крепления к строительным конструкциям зданий.

Вопросы для самоконтроля

1. Как классифицируются линии электропередач (ЛЭП) по конструктивному исполнению? Какими факторами определяется выбор типа ЛЭП?

2. Каким требованиям должны удовлетворять материалы и конструкции ВЛ?

3. Из каких основных конструктивных элементов состоит ВЛ? Каковы ее основные геометрические характеристики и чем они определяются?

4. В чем назначение опор? Каковы их типы, различающиеся по функциональному назначению, а также их преимущества и недостатки?

5. Назвать материалы, применяемые для изготовления проводов и грозозащитных тросов. Каковы преимущества и недостатки алюминиевых, медных и сталеалюминиевых проводов?

6. Какие типы изоляторов используются на ВЛ?

7. Назвать основную арматуру ВЛ. Каково ее назначение?

8. Сформулируйте принципы выбора проводниковых устройств для кабельной канализации электроэнергии по заводу.

9. Назовите основные применяемые кабели в системах электроснабжения и расшифруйте их маркировку, увязав ее со способами прокладки.

10. В каких случаях применяются кабельные линии?

11. Назовите преимущества и недостатки кабельных линий по сравнению с ВЛ.

12. Какими условиями определяется выбор способа прокладки кабеля?

13. Чем вызвано появление способа прокладки кабелей на эстакадах?

14. Чем конструктивно отличаются кабели напряжением 10 кВ и 110 кВ?

15. Какие применяют типы кабельных муфт?

16. Как конструктивно устроены жесткие и гибкие токопроводы?

17. Виды электропроводок.

18. В каких случаях целесообразнее применять воздушные, кабельные линии и токопроводы?