Шини и шинопроводи

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2010

Шини и шинопроводиШини и шинопроводиШини и шинопроводиШини и шинопроводиШини и шинопроводи

Шинопроводите са със значително по-висока степен на претоварване в сравнение с кабелните линии при по-високи мощности


 
    Във всички европейски държави електроенергетиката се базира на производството, преноса, разпределението и консумацията на трифазен променлив ток с честота 50 Hz. Използването на трифазен ток се обяснява с голямата икономичност на мрежите и консуматорите на променлив ток в сравнение с работещите с еднофазен променлив ток, а също така и с възможността за използване на по-надеждните, елементарни и икономични трифазни асинхронни двигатели.

Видове мрежи според напрежението
Според големината на напрежението, мрежите се определят като:
l Мрежи за ниско напрежение (НН) - до 1 kV;
l Мрежи за средно напрежение (СН) - 3 до 35 kV;
l Мрежи за високо напрежение (ВН) - 110 до 220 kV;
l Мрежи за свръхвисоко напрежение (СВН) - 330 до 750 kV;
l Мрежи за ултрависоко напрежение (УВН) - по-високо от 1000 kV.
Номинално напрежение на преносните и разпределителни мрежи, генераторите, трансформаторите и консуматорите е това, за което те са пригодени за нормална работа продължително време.
В съответствие с различни стандарти, действащи в държавите от Европейския съюз и извън него, са приети стандартни величини на номиналното трифазно напрежение на променливия ток, показани в таблица 1. Направено е с цел продажба на електроенергия извън границите на дадена държава, както и с цел възстановяване на последици от голяма авария в цялостната енергийна система на някоя държава-производител.
За захранване на електродвигатели с неголяма мощност обикновено се използва напрежение 380 V. С напрежение 6 kV се захранват двигатели с мощност, равна и по-голяма от 160 kW. Напрежение 10 kV се използва много рядко и то за електродвигатели със специално предназначение.
За захранване на осветителни инсталации и битови консуматори се прилага четирипроводна мрежа с напрежение 380/220 V. В енергийния пръстен, за връзка между отделните електроцентрали, обикновено се използва напрежение 110 кV.
Напрежения от порядъка на 220 до 750 kV се прилагат обикновено при трансгранично пренасяне на електроенергия.

Първични и вторични вериги
Електрическата част на всяка електроцентрала и подстанция се характеризира със своя схема на електрическите съединения, на която с условни обозначения са нанесени всички апарати и агрегати и съединенията между тях.
Схемите на електрическите съединения се разделят на две основни групи:
l Главни схеми или схеми на първичните вериги;
l Схеми на вторичните вериги.
Първични са веригите, по които електроенергията се предава от генератора към потребителите, т.е. през които преминават основните товарни токове. В тези вериги се включват комутационните апаратури, апаратурите за ограничаване на токовете на късо съединение, измервателните трансформатори за ток и напрежение, апаратурата за защита от пренапрежение и др.
Вторични са веригите, предназначени за контрол, защита и управление на основното оборудване в първичните вериги. Към вторичното оборудване се отнасят измервателните прибори, релейните защити и автоматиката, приборите за сигнализация, управление и блокировки и т.н.

Единната енергийна система
Известно е, че съвкупността от електроцентрали, преносни и разпределителни мрежи за високо и средно напрежение, подстанции, мрежи за ниско напрежение и консуматори, представлява енергийната системата на една държава. Обединението на отделните електроцентрали, електропреносни мрежи и разпределителни уредби в единна енергийна система се характеризира с определени технически и икономически преимущества, включително:
l Повишава надеждността и икономичността на електроснабдяването;
l Позволява да се постигне натоварване на електроцентралите, съответстващо на икономично производство на електроенергия в системата, при оптимално използване на енергийните ресурси (горива, вода и др.);
l Подобрява качеството на електроенергията, т.е. обезпечава постоянна честота и напрежение, тъй като колебанията в товарите се възприемат от голямо количество агрегати;
l При паралелната работа на много генератори в системата не е необходимо във всяка централа да има резервни, а е достатъчно да се осигури и поддържа обща за цялата енергийна система резервна мощност. Тя обикновено е от 10% до 12% от мощността на генераторите в системата. Но тази мощност не трябва да бъде по-малка от мощността на най-големия генератор, включен в структурата на системата (в случай на аварийно изключване или планов ремонт).

Използвани трансформатори в системата
Произведената електроенергия от отделните генератори в енергийната системата се различава по големината на изходното напрежение (вж. табл. 1). За тази цел напрежението трябва да се промени до приетата в дадената държава стойност (например 110 kV или 220 kV). За целта се използват различни високоволтови силови трансформатори. Те се изработват като повишаващи или понижаващи, дву- или тринамотъчни, еднофазни или трифазни. Най-голямо приложение са получили трифазните трансформатори. Причината е, че се отличават с редица предимства в сравнение с еднофазните. Например, трифазните трансформатори на 110 кV се произвеждат с мощност до 400 МVА включително, а за напрежение 220 kV - до 1000 МVА.
В повишаващите двунамотъчни трансформатори мощността от първичната намотка, например от средно напрежение по електромагнитен път, се превръща във високо напрежение. Подобни трансформатори се поставят на изхода на генераторите към преносната мрежа. Например, на изхода на генератора напрежението е 12,6 kV и чрез трансформатора се повишава до 110 kV. Обратно, в подстанциите - високото напрежение (ВН) от преносната мрежа се трансформира в средно или НН, чрез използването на понижаващи двунамотъчни трансформатори.
Тринамотъчните трансформатори се прилaгат за връзка между три напрежения, например ниско, средно и високо. Широко разпространение са получили тансформаторите за 110, 35 и 6,3 до 10 kV.
Независимо от това дали напрежението се повишава или понижава, електроенергията, произведена от генератора, трябва да се отдаде към преносната и разпределителна мрежа и да се доведе от подстанция до крайния потребител.

Приложна област и предимства на шинопроводите
Електрическата връзка между отделните апарати в първичните вериги се осъществяват чрез неизолирани проводници - шини и изолирани проводници - кабели. В разпределителните устройства най-голямо приложение намират шините, благодарение на простотата на монтаж, лесната експлоатация, високата икономичност и голямата им надеждност.
Шините се изработват от алуминий, мед, стомана или от техни сплави. Шинопроводите с напрежение 6 - 35 kV се използват в приложения с голяма относителна плътност на натоварването, концентрирана в разположението на големи мощности. Намират приложение и при разпределение на потребители, благоприятно за осъществяването на магистрално захранване.
Шинопроводите се отличават с редица преимущества в сравнение с кабелните линии. Те позволяват да се заменят кабели ВН с неизолирани алуминиеви шини или шинопроводи. По този начин се икономисва олово, алуминий и стомана и голямо количество изолационни материали. Строежът на шинопроводите се индустриализира, тъй като за монтаж се използват готови секции.
Шинопроводите са със значително по-висока степен на претоварване в сравнение с кабелните линии, поради отсъствието на горима изолация. Обследването на работещи шинопроводи от различни типове показва, че те са по-надеждни от кабелните линии. В таблица 2 е показан диапазонът от мощности и дължини, при които е изгодно използването на шинопроводи. При малки мощности шинопроводите нямат преимущества пред кабелните линии.
Шинопроводите се различават според електрическите си параметри (напрежение, ток и съпротивление). Различни са и по отношение на условията на съприкосновение към тоководещите части. Също така, шинопроводите могат да се класифицират по ред технически характеристики (тип, разположение на фазите, изолация и т.н.).
Според условията на съприкосновение към тоководещите части различаваме открити, защитени и закрити шинопроводи
Защитените и закритите шинопроводи обикновено се използват в мрежи с напрежение до 1 kV, монтирани в промишлените обекти. В мрежите с напрежение 6 - 35 kV намират приложение открити шинопроводи.
Твърдите алуминиеви шини се използват в установки за генераторно напрежение. При ток до 2000 А се използват еднополюсни шини, при токове от 2000 А до 3000 А - двуполюсни, а при токове от 3000 А до 10 000 А - шини, оформени като кутия. Този тип шини се характеризира с най-добро охлаждане, с по-малко влияние на т.нар. повърхностен ефект, както и на ефекта от близост, т.е. металът се използва най-пълно. Допустимата плътност на тока на шините, оформени като кутия, е значително по-голяма, отколкото при шините с правоъгълно сечение.
При двуполюсни и особено при триполюсни шинопроводи, материалът на шините не се използва в пълна степен, тъй като токът се разпределя неравномерно по сечението благодарение на ефекта на близост и повърхностния ефект. Затова триполюсни шини в настоящето не се използват.
Комплектните пофазно-екранирани шинопроводи (КПЕШ), фиг.1г, също се използват широко за свързване на генераторите с повишаващите трансформатори в енергийните блокове, както и за генератори, работещи на сборни шини за генераторно напрежение. На фигурата е показана едната фаза на шинопровода, състояща се от шина с цилиндрична форма, укрепена с помощта на четири броя изолатори вътре в метален екран. Тези шинопроводи осигуряват висока надеждност на работа и изискват малко време за монтаж, тъй като отделните елементи на КПЕШ пристигат в съответната централа в готов вид.
Гъвкавите шини се използват на открито за съединяване на силови трансформатри със сборните шини на откритите разпределителни устройства (ОРУ) 35 kV. В ОРУ цялата ошиновка и сборните шини се изпълняват от алуминиеви и стоманено-алуминиеви проводници. В разпределителните уредби за 330 kV, всяка фаза се състои от 2 - 3 проводника. Това е необходимо за отстраняване на електрическите разряди около проводниците (явление "корона" в електрическо поле с висока напрегнатост).
В зависимост от спецификите на конструктивното решение на разпределителните устройства и взаимното разположение в машинна зала на главното разпределително устройство (ГРУ) и откритото разпределително устройство (ОРУ) е възможно използването на гъвкави шинопроводи в уредбите 6 - 10 kV и твърди цилиндрични шини в уредбите 110 kV.
В уредбите до 35 kV както закрит, така и открит тип, е възможно използването на твърди правоъгълни алуминиеви шини. Твърдите шини се боядисват: фаза А - с жълт цвят, фаза В - със зелен и фаза С - с червен. Боядисването на шините облекчава експлоатацията и подобрява условията за охлаждане.

Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top