Шинные конструкции распределительных устройств

Сборные шины распределительных устройств представляют собой неизолированные, сравнительно массивные токоведущие проводники прямоугольного, круглого или профильного сечения. В пределах помещения закрытого РУ все ответвления от шин и присоединения к аппаратам выполняются также голыми проводниками, образующими ошиновку.

Сборные шины являются центральной и наиболее ответственной частью РУ, так как к ним поступает электроэнергия от всех генераторов станции (или трансформаторов подстанции) и к ним же присоединяются все отходящие линии.

В закрытых РУ до 35 кв включительно сборные шины выполняют из алюминиевых полос прямоугольного сечения. Стальные шины применяют в электроустановках малой мощности при токах нагрузки не свыше 300—400 А.

Следует отметить, что прямоугольные (плоские) проводники более экономичны, чем круглые. При равной площади сечения у прямоугольной шины боковая поверхность охлаждения больше, чем у круглой.

В помещении РУ шины монтируются на специальных шинных полках или каркасах аппаратных ячеек. Шины укладываются на опорных фарфоровых изоляторах на ребро или плашмя и закрепляются при помощи шинодержателей.

Существует много различных способов установки шин. Каждому из них присущи свои преимущества и недостатки.

Условия охлаждения шин, установленных на ребро, лучше, чем расположенных плашмя. В первом случае коэффициент теплоотдачи на 10—15% выше, чем во втором, и это учитывается при определении допускаемое токовой нагрузки (ПУЭ). Шины, обращенные к соседним своей узкой стороной (ребром), обладают большей механической устойчивостью.

Для возможности перемещения шин вдоль их осп при температурном удлинении шина в середине участка крепится жестко, а в пролете — свободно. Кроме того, при большой длине шин устанавливают компенсаторы, которые принимают на себя температурные удлинения. Две шинные полосы соединяются между собой при помощи гибкого пакета тонких медных или алюминиевых лент. Концы шинных полос имеют на опорном изоляторе не жесткое, а скользящее крепление через продольные овальные отверстия.

Для исключения температурных напряжений шины в некоторых случаях присоединяются к неподвижным аппаратам (зажимам) при помощи гибких пакетов, которые наращиваются на концах жестких шин.

Наибольшие применяемые размеры однополосных медных и алюминиевых шин составляют 120х10 мм.

При больших токовых нагрузках (для медных шин более 2650 А и для алюминиевых — 2070 А) применяют многополосные шины — пакеты из двух и реже из трех полос на фазу; нормальное расстояние между полосами в пакете принимают равным толщине одной полосы (b).

Близость полос одного и того же пакета друг к другу вызывает неравное распределение тока между ними: большая нагрузка приходится на крайние полосы пакета и меньшая — на средние. Например, в трехполосном пакете в крайних полосах протекает по 40%, а в средней — только 20% полного тока фазы. Это явление, аналогичное явлению поверхностного эффекта в одном проводнике, делает нецелесообразным применение более трех полос шин при переменном токе.

При рабочих токах, превышающих допустимые для двухполосных шин, наиболее целесообразно применять шины корытного профиля (швеллеры), дающие возможность лучше использовать проводниковый материал и получить высокую механическую прочность.

В настоящее время в мощных установках применяют пакет из двух швеллеров на фазу, который приближается по форме и kп к полому квадрату. Наибольший размер швеллера со стенкой 250 мм и толщиной 12,5 мм при двух швеллерах в пакете позволяет передавать ток 12 500 А для меди и 10 800 А — для алюминия.

Шины и вся ошиновка закрытого РУ окрашиваются эмалевыми красками в опознавательные цвета, что позволяет оперативному персоналу легко распознавать токоведущие части, относящиеся к определенным фазам и цепям.

Кроме того, окраска защищает шины от окисления и улучшает теплоотдачу с их поверхности. Увеличение допустимого тока от окраски шин составляет 15—17% для медных и 25—28% для алюминиевых шин.

Для шин различных фаз применяют следующие цвета окраски: трехфазный ток: фаза А — желтый, фаза В — зеленый, фаза С— красный; нулевые шины: при незаземленной нейтрали — белый, при заземленной нейтрали, а также заземляющие проводники — черный; постоянный ток: положительная шина — красный, отрицательная шина — синий.

Ошиновка открытых РУ может выполняться гибкими проводами или жесткими шинами. При напряжениях 35, 110 кв и выше для повышения коронного напряжения и снижения потерь на корону применяют провода только круглого сечения.

В большинстве открытых РУ ошиновка выполняется из многопроволочных сталеалюминиевых проводов такой же конструкции, как и на линиях электропередач.

Медные провода для ошиновки применяются лишь в тех случаях, когда открытое РУ расположено вблизи (около 1,5 км) берегов соленых морей или химических заводов, активные испарения которых и унос могут вызвать быструю коррозию алюминиевых проводов. В отдельных случаях в открытых РУ применяют жесткую ошиновку, которая выполняется из стальных или алюминиевых труб, укрепляемых на опорных изоляторах.

Сечения шин и других токоведущих проводников могут быть рассчитаны исходя из величины рабочих токов и допускаемых температур на основании условий нагрева.

Что касается шин, применяемых в РУ, то сечения их стандартизованы и для них составлены таблицы допустимых длительных токовых нагрузок. Поэтому в практических условиях нет необходимости вести расчет по формулам, а достаточно произвести выбор по таблицам.

Таблицы допустимых длительных токовых нагрузок на голые шины и провода рассчитаны и проверены экспериментально; при их составлении принята допустимая температура нагрева 70° С при температуре окружающего воздуха +25° С.

Такие таблицы для стандартных сечений шин и проводов из основных проводниковых материалов и определенных профилей (прямоугольный, трубчатый, швеллер, полый квадрат и др.) приведены в ПУЭ и справочниках.

Для шин прямоугольного сечения табличные токовые нагрузки составлены при установке их на ребро; поэтому при расположении шин плашмя нагрузки должны быть уменьшены на 5% для шин шириною полос до 60 мм и на 8% для шин шириною полос более 60 мм. В тех случаях, когда средняя температура окружающего воздуха отличается от стандартной (+25°С), допускаемые нагрузки шин, полученные из таблиц, должны быть пересчитаны по следующей приближенной формуле:

где IН—допускаемая нагрузка, взятая из таблиц.

Сечение проводников должно быть проверено по экономической плотности тока.

Экономическим сечением проводников или шин qЭК называют такое сечение, при котором суммарная величина ежегодных расходов, определенная по капитальным затратам и эксплуатационным расходам, оказывается наименьшей.

Экономическое сечение проводов и шин получается при делений, тока наибольшей нагрузки в нормальном режиме на электрическую плотность тока:

Полученное по экономическому условию сечение округляют до ближайшего стандартного и проверяют по длительно допускаемому току нагрузки. Следует отметить, что сборные шины РУ всех напряжений по экономической плотности тока не выбирают, так как экономические сечения при больших токах получаются равными либо меньше сечений, выбранных по нагреву.

Кроме этого, шины РУ проверяют на термическую и электродинамическую устойчивость при коротких замыканиях, а при 110 кв и выше — также на коронирование.

Таким образом, проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и аварийных режимов.

Если сечение проводника, определенное по экономическим условиям и условиям длительной нагрузки, не равно сечению, которое требуется по другим аварийным условиям (термическая и динамическая устойчивость при коротких замыканиях), то должно приниматься большее сечение, удовлетворяющее всем условиям.

Следует также отметить, что при установке шин больших сечений необходимо обеспечивать наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и эффекта близости и наилучшие условия для охлаждения. Это может быть достигнуто путем уменьшения числа полос в пакете и их надлежащего пространственного и взаимного расположения, рациональной конструкции пакета, применения профильных шин — корытных, полых и др.

При применении стальных шин определение величины допустимого тока производится несколько иным путем.

В стальных шинах вследствие поверхностного эффекта происходит значительное вытеснение тока к поверхности проводника глубина проникновения не превышает 1,5—1,8 мм.

Исследованиями установлено, что допустимая нагрузка стальных шин переменным током практически зависит от периметра поперечного сечения шин, а не от площади этого сечения.

На основании этих исследований принят следующий способ расчета стальных шин переменного тока:

1. Сначала определяют ток нагрузки шины (для однополосной шины не свыше 300—400 А) и находят линейную плотность тока:

где Iн — ток нагрузки, А; р — периметр поперечного сечения шины, мм.

Линейная плотность тока зависит от допустимой температуры перегрева стальной шины над температурой окружающего воздуха. Эта зависимость определяется следующим выражением:

Установлено, что при болтовых соединениях стальных шин величина Θ не должна превышать 40° С, а для сварных соединений она может быть повышена до 55° С.

Если принять температуру окружающего воздуха v0 — 35°, то линейная плотность тока при болтовых соединениях будет равна

2. По этим данным определяем величину необходимого периметра поперечного сечения шины:

По периметру шины, имея сортамент шин, можно легко подобрать нужный размер стандартных стальных полос, соблюдая условие

где h—высота шины, мм; b—толщина шины, мм.

Приведенный выше расчет стальных шин относится к однополосным шинам.

При больших токах нагрузки можно применить пакеты из нескольких стальных шин. В этом случае периметр поперечного сечения одной полосы шины, входящей в пакет, подбирается с соблюдением следующих условий:

Для упрощения расчетов можно пользоваться диаграммой зависимости периметра р поперечного сечения шины от тока нагрузки IН.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Основные виды и типы электротехнических шин

В данной статье будут рассмотрены основные виды и типы электротехнических шин и регламентирующих их производство документов.

Электротехническая шина — это проводник с низким сопротивлением (активным и реактивным), к которому могут подсоединяться отдельные электрические цепи (в низковольтных установках и сетях) или высоковольтные устройства (электрические подстанции, высоковольтные РУ и т.д.). Использование шин обеспечивает экономию площади установки, материало- и трудозатрат.

В качестве основного материала для изготовления электротехнических шин как правило используют алюминий и медь.

Производство шин регламентируется рядом ГОСТов и технических условий:

ГОСТ 15176-89 Шины прессованные электротехнического назначения из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. В ГОСТе регламентируются параметры, в соответствии с которыми должны изготовляться алюминиевые шины — толщина, ширина, длина, площадь поперечного сечения, диаметр окружности и соответствующая им масса на 1 метр для готовых шин. Указываются допустимые предельные отклонения от указанных величин, марки алюминия, требования к качеству, внешнему виду, механическим и электрическим параметрам. Приводятся правила маркировки, упаковки и приема шин данного типа.

ГОСТ 434-78 Проволока прямоугольного сечения и шины медные для электрических целей. Технические условия. В стандарте указаны номинальные размеры и расчетные сечения медных шин, марки меди, удельное электрическое сопротивление и предельные отклонения размеров. Приводятся допустимые длины шин и массы бухт, а также возможные отклонения от данных величин. Предъявляются требования к материалу изготовления шин, внешнему виду готовых изделий (допустимые дефекты, цвета). Изложены правила упаковки, транспортировки и хранения, приемки и испытаний.

ГОСТ 10434-82 Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования. Приведена классификация контактных соединений по таким параметрам как: область применения, климатическое исполнение и категории размещения электротехнических устройств, конструктивное исполнение. Указаны требования к конструкции, электрическим и механическим параметрам, надежности и безопасности в зависимости от классификации. Даны ссылки на ряд сопутствующих ГОСТов.

ГОСТ 8617-81 Профили прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. Приведена классификация профилей данного типа (по типу, по состоянию материала и типу прочности). Даны ссылки на ГОСТы с номинальными размерами, указаны величины предельных отклонений. Описаны технические требования к маркам алюминиевых сплавов для изготовления профилей, к механическим свойствам, допустимым дефектам, качеству поверхности и внешнему виду готовых изделий. Описаны условия транспортировки и хранения, правила приемки, методы испытаний.

ТУ 1-5-009-80 Шины электротехнические из алюминиевых сплавов.

ТУ 16.705.002-77. Шины алюминиевые прямоугольные. Описаны технические условия для изготовления алюминиевых шин прямоугольным сечением. Указаны номинальные и допустимые размеры, марки сплавов, электрические характеристики.

Согласно классификации, существует несколько типов шин.

Сборная шина — это шина, к которой могут подключаться распределительные шины и блоки ввода/вывода.

Силовая шина (шина электропитания) — шина, которая служит для передачи энергии внутри силовых блоков и между элементами мощных преобразовательных устройств и характеризуется высокими значениями токов и напряжений. Силовая шина может являть собой твердую неизолированную шину, твердую шину в изоляции или конструкцию из набора чередующихся проводящих и изолирующих слоёв. Твердая неизолированная медная шина поставляется производителями с изолирующими шинодержателями различных типов и изолирующими экранами, исключающими непосредственный доступ к клеммам силовых шин. Данные шины характеризуют большая допустимая плотность тока и высокое напряжение изоляции. В качестве материала шин зачастую используется медь и медные сплавы, а также алюминий. По способу крепления силовые шины могут быть вертикальные, горизонтальные, изолированные, задние/ступенчатые и универсальные (мультистандартные).

Шина заземления — главная деталь заземляющей системы электроустановок и электросетей. Её также называют главная заземляющая шина ГЗШ. С шиной заземления соединяется рабочий ноль, защитные нулевые проводники и провода внешних заземлений. Обычно ГЗШ являет собой медную пластину с перфорированными отверстиями. Хотя иногда встречаются и стальные ГЗШ.

Перфорированная медная шина заземления

Перед подключением к ГЗШ, провода заземления должны быть опрессованы наконечником для кабелей или соединительной гильзой, а затем уже подключены на болт с гайкой (например М5). Шина также комплектуется опорными изоляторами с крепежом.

Шина заземления на опорных изоляторах с проводами заземления

Шины для крепления на DIN-рейке — шины, применяемые для крепления на монтажных рейках в электрических щитах или шкафах управления. Данный тип шин зачастую производят из латуни или луженой меди, а диэлектрическое основание, которым осуществляется крепление к монтажным рейкам, из полиамида. Шинами на din-рейку являются нулевые шины, коммутирующие в щитах нулевые провода и провода заземления, или же распределительные шины. Встречаются также шины на din-рейку в корпусе. Такие шины называются распределительными шинами в блоке или распределительными блоками.

Шина нулевая в изоляторе на DIN-рейку

Распределительная шина в блоке

Распределительная шина — это шина, подключенная к сборной шине и питающая устройство вывода. Данная шина входит в состав одной секции НКУ (низковольтного устройства распределения и управления). Одним из видов распределительных шин являются соединительные или гребенчатые шины. Они предназначены для параллельного включения модульных автоматов, УЗО, дифференциальных автоматов, контакторов и т.д. Гребенчатые шины исполняются из медной пластины прямоугольного сечения и помещаются в пластиковый корпус.

Частным случаем распределительных шин являются ступенчатые распределительные блоки. Блоки состоят из ступенчатых изоляционных опор, с помощью которых осуществляется крепление, и как правило 4-х медных шин. На шинках находятся отверстия: резьбовые (М6) для отходящих цепей и без резьбы для питания распределительного блока. Блок может устанавливаться как горизонтально (в зоне коммутационного оборудования), так и вертикально (в кабельном канале шкафа). К лицевой части блока крепится изолирующий экран.

Ступенчатый распределительный блок

Схема горизонтальной и вертикальной установки распределительного блока

Номинальные значения параметров шин указаны в приведенных в начале статьи ГОСТах. Поэтому далее в статье будут приведены лишь ключевые характеристики различных типов шин.

Выпуск алюминиевых шин марки ШАТ регламентирует ТУ 16-705 002-77. Данные шины изготавливают прямоугольным сечением. Диапазон изменения ширина шины ШАТ — от 10 до 120 мм, толщины — от 3 до 12 мм, поперечного сечения — от 30 до 1440 мм 2 . Величина удельного сопротивления не больше 0,0282 мкОм*м. Шины марок АД0 и АД31 (ГОСТ 11069-79 и ГОСТ 15176-89) изготавливаются прямоугольным сечением площадью от 30 до 25800 мм 2 . Диапазон изменения толщины данных шин — от 3 мм до 110 мм, ширины — от 6 мм до 500 мм. Значение удельного сопротивления постоянному току: шины АД0 — до 0.029 мкОм*м; шины АД31 — от 0,0325 до 0,0350 мкОм*м (зависит от типа). Диапазон длительно допустимых токов (определяется сечением шины) — от 165 А до 2300 А. Для производства шин используется алюминий А5, А5Е, А6, А7, АД00, АД0 и алюминиевые сплавы АД31 и АД31Е. Для изменения свойств материала используются следующие технологии: закаливание и естественное состаривание, закаливание и искусственное состаривание, не полное закаливание и искусственное состаривание, а также горячее прессование (без термической обработки). Длина алюминиевых шин зависит от площади поперечного сечения и должна быть равной или кратной: от 3 до 6 м для шин сечением до 0.8 см 2 ; от 3 до 8 м — для шин сечением от 0.8 до 1.5 см 2 ; от 3 до 10 м — для шин сечением более 1.5 см 2 . Колебания в длине — не более 20мм. Алюминиевые шины отличаются малым весом и невысокой стоимостью.

Медные шины согласно ГОСТ 434-78 выпускаются таких марок: ШММ — шина медная мягкая, ШМТ — шина медная твердая, ШМТВ — шина медная твердая из бескислородной меди. Минимальная и максимальная ширина медных шин — 16 мм и 120 мм, толщина — 4 мм и 30 мм, поперечное сечение — 159 мм 2 и 1498 мм 2 . Значение удельного электрического сопротивления — не больше 0,01724 мкОм*м. Диапазон длительно допустимых токов — от 210 до 2950 А (шина 120×10) и выше при большей толщине, для гибкой медной шины — от 280 до 2330 А. Масса шин в бухте должна быть в пределах от 35 кг до 150 кг. Длина шин согласно ГОСТ — от 2 до 6 м. Твердые медные шины в сравнении с мягкими обладают меньшей проводимостью и применяются там, где требуется прочный и неподвижный шинопровод. Для изготовления мягких шин используется медь марок М1, М1М, М2. Гибкие шины более распространены, они обладают большей прочностью, долговечностью и лучшими характеристиками. Для изготовления шин из бескислородной меди используют особые медные сплавы, не имеющие в своем составе оксидов. Медные шины отличают такие преимущества в сравнении с алюминиевыми: высокая удельная проводимость (в 1,6 выше чем у алюминиевых шин), механическая прочность, теплопроводность и гибкость, коррозийная стойкость, стыковые контакты с другими шинами не окисляются. По причине высокой окисляемости на открытом воздухе и хрупкости, применение алюминиевых шин имеет ряд ограничений. Они не используются в машинах и механизмах с подвижными частями или вибрирующим корпусом. Поэтому в случаях, когда к токоведущим частям предъявляются повышенные требования, применяются медные шины.

Шины являют собой токоведущие части электрических установок, соединяя между собой оборудование различного типа: генераторы, трансформаторы, синхронные компенсаторы, выключатели, разъединители, контакторы и т.д. Током нагрузки определяется сечение шин, также учитывается устойчивость к току к.з.

Шинный мост из жестких неизолированных шин применяется: на выводах генераторов, на входах главных распределительных устройств, в соединениях трансформатора с РУ и КРУ на 6 — 10 кВ, ГРУ и трансформатора связи.

Шинный мост от силового трансформатора

Соединения из жестких неизолированных шин прямоугольным или коробчатым сечением выполняются в закрытых РУ 6 — 10 кВ (в том числе сборные шины), в качестве соединений между ГРУ и трансформатором собственных нужд, между шкафами распределительных щитов. Шины коробчатого сечения рекомендуют использовать при больших токах, они обеспечивают меньшие потери и лучшее охлаждение. Крепление жестких шин осуществляется с помощью опорных изоляторов. Гибкие шины применяются в РУ на 35 кВ и выше, в соединениях блочных трансформаторов с ОРУ.

Во всех типах соединений в низковольтных установках и сетях промышленного назначения для передачи, распределения электроэнергии и подключения управляющих устройств используются медные изолированные шины (как жесткие, так и гибкие). Конструктивно данные шины являют собой одну или несколько медных тонких пластин иногда луженых с концов, покрытых изолирующей оболочкой как правило из ПВХ или другого диэлектрика с высоким сопротивлением. Данные шины являются альтернативой как кабелям, так и жесткой ошиновке и могут служить соединением между: главной силовой машиной и распределительным оборудованием (контакторами, прерывателями цепи, переключателями и т.д.), выводом трансформатора и шинопроводом, шинопроводом и электрическим шкафом.

Коммутация гибкой изолированной шиной отходящих автоматов

Применение изолированных шин позволяет экономить место, так как шины можно располагать гораздо ближе друг к другу, чем в случае неизолированной ошиновки. Преимущества изолированных шин — устойчивость к коррозии и простота монтажа. Крепежные отверстия контактных площадок делаются пробивкой непосредственно в материале контакта, что лишает потребности в кабельных наконечниках и устраняет проблемы плохого присоединения контактов. Большим спросом пользуются именно гибкие изолированные медные шины. Их главное преимущество в сравнении с жесткими — более легкий монтаж, так как нет необходимости в специнструментах и резке шины, если нужен поворот в плоскости. Гибкая шина легко меняет форму в зависимости от потребностей монтажа. Однако ряд производителей выпускают твердые изолированные шины, в том числе и по запросу. Крепление изолированных шин осуществляется с использованием болта и контактных шайб. Затягивать необходимо ключом, имеющим ограничения по моменту затяжки. Крепеж не должен быть в смазке.

Крепление медной изолированной шины

Еще одной разновидностью гибких шин являются медные плетённые шины. Такая шина сплетена из медных полос и является очень гибкой. Она используется в местах, подверженных сверхсильной вибрации, таких например, как трансформаторные шинные мосты. Данные шины также применяются для подключения различного оборудования к шинопроводам и линиям шин. Контактные площадки плетённых шин бывают как со сверлением, так и без. Выпускаются также плетённые шины, изготовленные особым методом — диффузионной сварки под давлением. Тонкослойные материалы свариваются путем пропускания через них постоянного тока под давлением. Такие шины также называют пластинчатые шинные компенсаторы или гибкие пластинчатые шины. Они имеют большую токопроводимость и меньшее тепловыделение.

Их применяют там, где необходимы компенсация теплового расширения, вибро- или сейсмоустойчивость, а также где происходит регулярный изгиб в одной оси. Например это могут быть: гибкие токопроводы для сварочных аппаратов, автоматических выключателей, шины питания для индукционных печей и печей сопротивления и т.д.

Жесткая медная шина более всего подходит для замены кабеля, используется в распределительных устройствах, а также для изготовления шинных сборок и шинопроводов. Производителями выпускаются как перфорированные так и гладкие шины различных размеров, в соответствии с ГОСТ. Производителями шин в настоящее время выпускается множество зажимов, соединителей и шинодержателей, облегчающих монтаж и обеспечивающих надёжный контакт. Зажимы предназначены для соединения жестких и гибких шин различного типа, биметаллические пластины — для алюминиевых и медных шин.

Шинодержатели выпускаются плоские, регулируемые плоские, компактные и усиленные, ступенчатые, а также универсальные.

Производителями предлагается широкий выбор изоляторов: опорные, проходные, изоляторы типа «лесенка». Все они используются для фиксации шин внутри шкафов и корпусов. Изоляторы одной стороной крепятся с помощью болтов к монтажному корпусу, с другой к ним крепится шина.

Шинный изолятор типа «лесенка»

Производителей меди и алюминия на рынке РФ можно пересчитать «по пальцам», точнее объединяющих их холдинги. Брендов электротехнических шин огромное количество, одних только марок мы насчитали более сотни (по всем типам шин) в виду этого нами принято решение развить эту тему и создать отдельный сайт полностью посвященный электротехническим шинам.

В этой связи приглашаем всех участников рынка электротехнических шин разместить информацию о своих продуктах на новом сайте.

Источник