1.4 Выбор сечений шинопроводов и кабельных линий.

Выбор шинопровода

На промышленных предприятиях в связи с увеличением их мощности и ростом плотности электрических нагрузок появилась необходимость передавать токи до 5000 А и более. В этих случаях целесообразно применять специальные мощные шинопроводы, которые имеют преимущества перед линиями, выполненными из большого числа параллельно проложенных кабельных линий. Преимущества эти следующие: большая надежность, возможность индустриализации монтажных работ, а также доступность наблюдения и осмотра шинопроводов в процессе эксплуатации.

Магистральный шинопровод (ШМА), предназначен для магистральных четырехпроводных электрических сетей в системе с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ[9]. Они прокладываются на вертикальных стойка высотой 3 м. В качестве опорных конструкций применяют кронштейны или тросовые подвески. ШМА собраны из прямоугольных алюминиевых шин, изолированных, расположенных вертикально и зажатых между специальными изоляторами внутри перфорированного контура.

Число шин в магистральных шинопроводах: 3, 4, 6 (три спаренных). Магистральный шинопровод состоит из прямых и угловых секций с поворотом шин на ребро и плоскость, ответвительных вертикальных и горизонтальных секций. Шины соединяют в основном сваркой при сборке блоков.

Магистральные шинопроводы прокладываются на вертикальных стойка высотой 3 м. В качестве опорных конструкций применяют кронштейны и тросовые подвески.

Распределительные шинопроводы ШРА предназначены для передачи и распределения электроэнергии напряжением 380/220кВ, кроме того, имеется возможность непосредственного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью. Распределительные шинопроводы прокладываются аналогично магистральным.

Каждый приемник электрической энергии запитывается кабелем от РП отделения. Примем к прокладке кабели марки АВВГ. Выбор такой марки кабеля обуславливается низкой коррозийной активностью среды, защищенностью кабеля от внешних воздействий и повреждений.

Шинопроводная система для электрического распределения это - альтернатива тяжелой классической кабельной системе

Шинопровод позволяет создать или изменить любую схему компоновки трассы

Шинопровод не требует установки дополнительного щитового оборудования и панелей

Электропитание может подаваться через ответвительные коробки в любое место, тогда как при использовании кабеля для подачи питания на этаж или к токоприемникам требуется дополнительная установка распределительных щитов

Быстро и просто монтируется, не требуется специальных навыков для установки, имеет привлекательный вид любая секция шинопроводов может быть удалена, без нарушения общей системы

На переменном токе большое влияние на технические характеристики средств передачи электроэнергии оказывает конфигурация проводников, их взаимное расположение и схема их соединения в силу явлений поверхностного эффекта (скин-эффекта) и эффекта близости. Например, при пропускании больших токов по проводнику круглого сечения его внутреннее сопротивление возрастает с ростом диаметра проводника. По этой причине сечения трехжильных кабелей на напряжение до 1 кВ в ПУЭ[9] ограничены (при токах порядка 370 А для медных проводников) 185 мм2. Для обеспечения необходимой пропускной способности по току следует или увеличивать число кабелей или применять проводники с шинами плоского сечения, у которых значение скин-эффекта менее выражено. Чем больше соотношение сторон проводника, тем лучше распределение плотности тока в них. В современных конструкциях магистральных шинопроводов применяют шины с соотношением высоты к ее толщине кратным от 10 до 30.

Известно, что технические характеристики магистральных шинопроводов при токах нагрузки 1,6 кА и более с двумя или тремя шинами на одну фазу, во многом зависят от схемы соединения шин. На ранней стадии развития электропромышленности применялась схема соединения с расщепленными фазами. Однако шинопроводы по этой схеме обладали недостатками из-за громоздкости конструкции (голые шины на изоляторах Защищались со всех сторон металлической сеткой) и больших значений коэффициента добавочных потерь Кд = 1,4; где Кп = 5 отношение сопротивлений (или мощностей): активного при номинальной нагрузке на переменном токе к омическому — на постоянном. На значение Кд в этой схеме оказывает влияние еще и действие эффекта близости, связанное со стремлением токов одного направления сконцентрироваться в наиболее удаленных друг от друга частях проводников. Более совершенны схемы соединения со спаренными фазами, в которых используется принцип равенства и противоположности действий токов в полуфазах, за счет чего значительно снижена величина индуктивного сопротивления. Значение же потерь активной мощности остается еще большим и Кд достигает уровня 1,33. По этой схеме в России изготавливались шинопроводы ШМА 68-Н и ШМА-73 для использования в четырехпроводных сетях с глухо заземленной нейтралью. Соединение секций заводского изготовления между собой на монтаже осуществлялось, как правило, аргонодуговой сваркой с последующим изолированием места стыка стеклолакотканью с клеем. В ограниченных случаях (поскольку контактные части шин не были обработаны защитным от окисления покрытием) для соединений допускалось применение одноболтовых сжимов, собираемых с помощью стандартного инструмента. В такой конструкции охлаждение нагретых шин происходит за счет конвективного теплообмена.

К недостаткам такой схемы можно отнести невысокие степень защиты оболочкой и надежность работы одно болтового сжима, ограниченность номенклатуры (нет изделий для вертикальной прокладки, z-образных), а также трудоемкий монтаж при сборке. В настоящее время эти шинопроводы, хотя и сняты с производства, но находятся в эксплуатации на многих действующих предприятиях России. В настоящее время шинопроводы, помимо традиционного промышленного применения, широко используют при строительстве административных, жилых и общественных зданий. Поэтому с начала девяностых годов в России стали применять шинопроводы с улучшенными параметрами за счет применения системы шин с шихтованными фазами. Хотя конструкция корпуса с использованием перфорированных стальных крышек, с конвективным теплообменом для охлаждения шин и степенью защиты — IP 31 напоминает конструкцию со спаренными фазами, Кд достигает уже значения 1,15. На территории России применялась модификация этих схем в виде шинопровода ШЗМ16, изготовленного в сплошном алюминиевом корпусе, со сварным способом соединения шин.

С развитием химической промышленности появились электроизоляционные материалы, обладающие наряду с большой электрическом прочностью еще и высокой степенью нагревостойкости. Это обстоятельство вызвало новый подход к конструированию шинопроводов. Появились магистральные шинопроводы со схемой соединения, называемой условно «Пакет», получившие широкое распространение вплоть до настоящего времени. Изолированные шины, плотно сжатые с помощью одноболтового сжима в пакет, заключены в стальной кожух с хорошо развитой поверхностью, выполняющей назначение радиатора охлаждения. Процесс охлаждения этого магистрального шинопровода происходит благодаря теплопроводности от шин на стенки кожуха и от кожуха в окружающую среду конвективно и излучением. Независимо от количества пакетов в конструкции (два на ток от 2,5 кА и три на ток от 4 кА) шина одной и той же фазы, разделенная пакетами модулей, представляет собой единую шину с большим соотношением ее высоты к толщине. Такое расположение делает распределение плотности тока по сечению шины оптимальным, сводя скин-эффект и активное сопротивление к минимуму по сравнению с другими схемами соединения шин. В плотно сжатых шинах индуктивное сопротивление также имеет минимальные значения. Коэффициент добавочных потерь для этой схемы К_л = 1,09... 1,10.

Размещение шины одной фазы в двух- или трехмодульном (пакетном) шинопроводе придает большую электродинамическую стойкость всей конструкции магистрального шинопровода в целом.

На всех современных конструкциях шины защищают от окисления. Для того, чтобы избежать образования окисной пленки Аl2О3, обладающей высоким переходным сопротивлением, у алюминиевых шип делают двойное покрытие цинком и оловом, либо цинком и никелем. Такая мера значительно снижает величину переходного   сопротивления и предохраняет контакты от окисления и разрушения в связи с большой разницей электрохимических потенциалов при подсоединении, например, отходящих медных проводником. Медные шины также защищают, подвергая их лужению, делая более надежным место стыка при соединении двух секций. Для стабилизации давления в стыке в режиме постоянного цикла «нагрев охлаждение», затяжку одноболтового сжима производят моментным ключом с усилием 80 Н. Для предотвращения самоотвинчиваним применяют специальные шайбы, с возможностью визуального контроля через прозрачные колпачки за положением специально нанесенных рисок. В такой конструкции сборка секций при монтаже осуществляется намного быстрее, в том числе и за счет отсутствия необходимости изолирования шин в месте стыка. В конструкции этого типа применяют встроенные изоляторы из высокопрочного и термостойкого материала (стеатитовых или на основе поликарбонатов). Такая усиленная изоляция позволяет применять магистральных шинопроводах в различных неблагоприятных средах, в том числе и для уличных условий, например, для электроснабжения фуникулеров в горнолыжных комплексах. Выпускаемые в России шинопроводы пакетного типа ШMA4 для четырехпроводных сетей с глухо заземленной нейтралью и ШМА5 для пятипроводных — с изолированной нейтралью, сохранили способ соединения и изолирования шин по аналогии с конструкцией ШМА73.

Полная номенклатура магистральных шинопроводов включает в себя следующие секции: присоединительные к трансформаторам и шкафам ГРЩ или ВРУ; прямые стандартной длины 3 (и реже 4) метра и подгоночные; ответвительные с защитным, отключающим аппаратом или без него, с глухим присоединением; угловые горизонтальные и вертикальные; Z-образные с поворотом в одной и двух плоскостях, а также Т-образные, переходные с одного тока на другой, компенсационные, фазировочные, вводные, концевые и транспозиционные. Современные конструкции магистральных шинопроводов (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 вентилируемые типы магистральных шинопроводов, а также распределительные шинопроводы, 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.

Шинопровод выбираем по току трансформатора:

, (1.12)

Выбираем шинопровод ШЗМ16.

Технические характеристики[10]:

I_н, А – 1600А;

U_н, В – 380В;

R_н на фазу – 0,018 Ом/км ,

L_н на фазу – 0,012 Ом/км;

Z_н на фазу – 0,022 Ом/км;

cos φ = 0,8;

Ударный ток, кА – 70кА.

Расчет сечения проводов силовых сетей напряжением до 1000 В

Сечение проводов и кабелей рассчитывают по допустимому нагреву, а затем проверяют по условиям механической прочности и допустимой потере напряжения[10].

В момент включения оборудования в цепи возникают переходные процессы с апериодическим затуханием амплитуды тока. Максимальное значение этого тока принято называть пиковым значением. Для электродвигателей значение пикового тока определяется по формуле:

, (1.13)

где – кратность пускового тока электродвигателя. Для двигателей серии RA кратность пускового тока равна=7. Значение номинального тока приведено в таблице 1.6.

А.

В нормальном режиме работы температура жил проводов и кабелей не должна превышать допустимую, значение которой определяется изоляцией проводника. Значение тока, при котором соблюдается это условие, принято называть длительно допустимым значением тока.

, (1.14)

где – длительно допустимый ток, А;

–продолжительность включения;

–коэффициент, учитывающий отклонение температуры окружающей среды от температуры жил проводника;

–коэффициент, учитывающий совместное расположение кабелей в одном канале;

–коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление грунта.

Продолжительность включения определяется как отношение времени работы электрооборудования к времени цикла. Однако при расчете длительно допустимого тока двигателя величиной можно пренебречь. Коэффициенты,,определяются согласно [2]:=0,94;=1;=1.

(А).

По значению длительно допустимого тока для кабеля марки ВВГ определяем сечение кабеля: мм².

Для медных жил минимальное сечение по условиям механической прочности составляет 1,5 мм².

В нормальном режиме работы сечение и длина кабеля должны обеспечить отклонение напряжения на зажимах потребителя, не превышающего предельно допустимого значения (для внутренних проводок +\– 5%). Потеря напряжения определяется по формуле:

, (1.15)

где – длина кабеля, км;

–удельное активное сопротивление кабеля, Ом/км;

–удельное реактивное сопротивление кабеля, Ом/км.

Для кабеля ВВГ с сечением жилы 150 мм², значения удельных сопротивлений составляют: =0,124 Ом/км;=0,079 Ом/км. Длина кабеля=0,021км.

%.

Следовательно кабель удовлетворяет предъявленным требованиям. Расчет произведен для кабеля ВВГ 5х150[11], который питает электродвигатель АИР315S4 основной 1а, остальные расчеты сведены в таблицу 1.6

Таблица 1.6

№ линии	Наименование	Номинальный ток групп Iном, А	Длина линии l, м	Кп	cosφ	Пиковый ток Iпик, А	К1	Длительнодопустимый ток Iд.д, А	Сечение кабеля q, мм2	Потеря напряжения на участке ΔU,%	r активное	x реактивное
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1а	АИР315S4	286	21	5,5	0,91	1 573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,4	0,124	0,079
1в	АИР315S4	286	24	5,5	0,91	1 573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,46	0,124	0,079
1с	АИР315S4	286	28	5,5	0,91	1573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,53	0,124	0,079
2а	АИР315S4	286	32	5,5	0,91	1573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,61	0,124	0,079
2в	АИР315S4	286	37	5,5	0,91	1573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,7	0,124	0,079
2с	АИР315S4	286	40	5,5	0,91	1573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,76	0,124	0,079
2d	АИР315S4	286	43	5,5	0,91	1573	1,06	303,2	ВВГ 5х150	0,82	0,124	0,079
3а	АИР180М2	56	9	7,5	0,9	420	1,06	59,36	ВВГ 5х16	0,25	1,16	0,095

Продолжение таблицы 1.6

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
3в	АИР180М2	56	9	7,5	0,9	420	1,06	59,36	ВВГ 5х16	0,25	1,16	0,095
3с	АИР180М2	56	11	7,5	0,9	420	1,06	59,36	ВВГ 5х16	0,3	1,16	0,095
3d	АИР180М2	56	13	7,5	0,9	420	1,06	59,36	ВВГ 5х16	0,36	1,16	0,095
4а	АИР160М2	35	32	7	0,88	245	1,06	37,1	ВВГ 5х6	1,41	3,09	0,1
4в	АИР160М2	35	34	7	0,88	245	1,06	37,1	ВВГ 5х6	1,5	3,09	0,1
4с	АИР160М2	35	38	7	0,88	245	1,06	37,1	ВВГ 5х6	1,68	3,09	0,1
5а	АИР225М4	101	40	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	0,94	0,53	0,088
5в	АИР225М4	101	37	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	0,87	0,53	0,088
6	АИР160М2	35	81	7	0,88	245	1,06	37,1	ВВГ 5х6	3,58	3,09	0,1
7а	АИР180S4	43	28	7	0,89	301	1,06	45,58	ВВГ 5х6	1,53	3,09	0,1
7в	АИР180S4	43	30	7	0,89	301	1,06	45,58	ВВГ 5х6	1,64	3,09	0,1
8	АИР160М2	35	83	7	0,88	245	1,06	37,1	ВВГ 5х6	3,66	3,09	0,1
9а	АИР280М2	235	18	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	0,33	0,154	0,08
9в	АИР280М2	235	20	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	0,37	0,154	0,08
10а	АИР100S2	9	65	7,5	0,88	68	1,06	9,54	ВВГ 5х6	0,74	3,09	0,1
10в	АИР100S2	9	62	7,5	0,88	68	1,06	9,54	ВВГ 5х6	0,7	3,09	0,1
11	АИР100S2	9	77	7,5	0,88	68	1,06	9,54	ВВГ 5х6	0,87	3,09	0,1
12а	АИР180S4	43	47	7	0,87	301	1,06	45,58	ВВГ 5х6	2,52	3,09	0,1
12в	АИР180S4	43	47	7	0,87	301	1,06	45,58	ВВГ 5х6	2,52	3,09	0,1
13а	АИР132М2	22	39	7,5	0,9	165	1,06	23,32	ВВГ 5х6	1,1	3,09	0,1
13в	АИР132М2	22	42	7,5	0,9	165	1,06	23,32	ВВГ 5х6	1,19	3,09	0,1
14а	АИР200L2	84	40	7,5	0,88	630	1,06	89,04	ВВГ 5х25	1,06	0,74	0,091
14в	АИР200L2	84	43	7,5	0,88	630	1,06	89,04	ВВГ 5х25	1,14	0,74	0,091
14с	АИР200L2	84	44	7,5	0,88	630	1,06	89,04	ВВГ 5х6	1,17	0,74	0,091
15	АИР180S4	43	38	7	0,89	301	1,06	45,58	ВВГ 5х6	2,08	3,09	0,1
16а	АИР280М2	235	54	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	1	0,154	0,08
16в	АИР280М2	235	56	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	1,04	0,154	0,08
17а	АИР225М4	101	56	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	1,32	0,53	0,088
17в	АИР225М4	101	58	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	1,37	0,53	0,088
17с	АИР225М4	101	58	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	1,37	0,53	0,088
17d	АИР225М4	101	60	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	1,41	0,53	0,088
18а	АИР250S2	135	34	7,5	0,91	1013	1,06	143,1	ВВГ 5х50	0,78	0,37	0,085
18в	АИР250S2	135	38	7,5	0,91	1013	1,06	143,1	ВВГ 5х50	0,87	0,37	0,085
19	АИР250S2	135	26	7,5	0,91	1013	1,06	143,1	ВВГ 5х50	0,6	0,37	0,085
20а	АИР225М4	101	26	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	0,61	0,53	0,088
20в	АИР225М4	101	31	7	0,89	707	1,06	107,1	ВВГ 5х35	0,73	0,53	0,088
21а	АИР280М2	235	10	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	0,19	0,154	0,08
21в	АИР280М2	235	12	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	0,22	0,154	0,08
21с	АИР280М2	235	14	8,5	0,9	1998	1,06	249,1	ВВГ 5х120	0,26	0,154	0,08