Шинопроводни системи

Начало > Електроапаратурa > Сп. Инженеринг ревю - брой 8/2021 > 24.11.2021

Според функционалните си характеристики шинопроводите биват магистрални, разпределителни и комплектни

Интегрирането на кондензатори, индуктори и бобини в тези системи дава възможност за постигане на по-компактни размери

За защитата на шините на електрически централи и подстанции с напрежение 110 kV и по-високо се предвижда специална релейна защита за всяка шинна система

Нарастващите електроенергийни нужди създават и необходимост от сигурни и надеждни електроснабдителни и електроразпределителни услуги. Има два начина за свързване на електрическото оборудване в схемите на електрическите съединения – чрез шини и чрез кабели. Шинопроводите играят роля на опорната основа в разпределителните устройства, а прогнозите са в бъдеще да затвърдят тази си роля, като същевременно се развиват, за да отговорят на променящите се изисквания на приложенията.

За разлика от кабелите шините са неизолирани проводници. Монтажът им се осъществява много по-лесно и бързо, а надеждността им и икономичността им са предимства, които днес им отреждат мястото на най-предпочитаната технология за свързване на критична електроразпределителна апаратура. В енергоемки електрически приложения те са ключов елемент при големи товари за дадена инсталация. Шинопроводните системи могат да се реализират в най-различни конфигурации, в това число вертикални и хоризонтални линии в разпределителни табла или такива, които са част от определен промишлен процес. Шинопроводите са комплексни системи, които правят сложното разпределение на мощността по-лесно, по-евтино и по-гъвкаво.

 

Характеристики и функции на шинопроводните системи

Според функционалните си характеристики шинопроводите биват магистрални, разпределителни и комплектни. Магистралните служат за пренос на електричество с величина на тока до няколко хиляди ампера. Те захранват разпределителни табла или мощни единични консуматори. Разпределителните шинопроводи са за ток до 600 ампера и имат много отклонения, реализирани чрез разклонителни кутии и обикновено захранват консуматори с напрежение 220 V, 380 V. Комплектните шинопроводи често са затворени и защитени и се комплектуват с фабрично изработени елементи.

Профилите на шините обикновено са лентови, прътови или тръбни и са изработени от мед, алуминий или техни сплави, оптимизирани според изискванията на специфичното приложение и параметрите на подаваното електричество.

Тъй като шините изпълняват предимно функции на електрическо свързване, а не конструктивни функции, проектантите трябва да решат по какъв начин да се обединят в обща инфраструктура, като се вземат предвид търсената производителност на системата и ограниченията, свързани с оразмеряването й, както и да се гарантира, че са спазени определени параметри на разсейването на топлината.

С нарастването на нуждата от електрифициране на транспорта и индустрията и използването на възобновяеми енергийни източници расте и необходимостта модулите за преобразуване да бъдат все по-ефективни. За да се постигне максимална ефективност преносът на енергията към и от инверторното оборудване се превръща в елемент от критично значение за цялостната производителност на системата.
Например, за да се подобри производителността в приложения за високо напрежение, паразитната индуктивност в шините за постоянен ток трябва да се сведе до минимум, за да се минимизират пиковете на напрежението, което ще подобри скоростта на превключване. Конструктивни елементи като пътища на късо съединение и минимални разстояния между съседни шини влияят съществено за цялостната ефективност на системата.

В системите с ниско напрежение размерът на елементите често е отправният критерий за проектантите. Интегрирането на кондензатори, индуктори, бобини в тези системи дава възможност за постигане на по-компактни размери, което позволява на проектантите да интегрират цялостната система модули за захранване в части от електромоторното задвижване например.

 

Защита на шинопроводните системи

Основният нормативен документ, който регламентира изискванията и мерките за защита на шинопроводите е Наредба № 3 от 9 юни 2004 г.за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии. Тя гласи, че за защитата на шините на електрически централи и подстанции с напрежение 110 kV и по-високо се предвижда специална релейна защита за всяка шинна система (при двойни шинни системи, схема “прекъсвач и половина” и др.) и за всяка от секциите при единични секционирани с прекъсвачи шинни системи.

За защитата на единична шинна система и за двойна шинна система с постоянна работа на една от шините с напрежение 110 kV и по-високо също се предвижда защита. Специални защити на шините се изискват и за шините с напрежение до 35 kV на електрическите централи и важните понижаващи подстанции с високо напрежение 110 – 400 kV, когато това е необходимо. Шините с напрежение до 35 kV на отговорни районни подстанции с непрекъсната работа на двете шинни системи или на двете секции на шините, когато делителната защита на шиносъединителя или секционния прекъсвач не отговаря на изискванията за сигурна работа на системата (като се вземат предвид възможностите, осигурявани с прилагането на АПВ и АВР).

За защита на шините на електрическите централи и подстанции с напрежение 110 kV и по-високо (ако е необходима специална защита на шините и делителната защита на шиносъединителния или секционния прекъсвач не дава задоволително решение) се предвижда диференциално-токова защита без закъснение, обхващаща всички елементи, присъединени към системата или секцията на шините.

При двойна шинна система на електрическите централи и подстанциите с напрежение 110 kV и по-високо с един прекъсвач на присъединен елемент и при едновременна работа на двете шинни системи диференциалната защита се изпълнява за фиксирано разпределение на елементите.
За осигуряване на избирателно и бързо изключване на повредите при секционирани шини с напрежение 6 – 35 kV в електрически централи се поставя двустъпална непълна диференциална защита. Защита се изпълнява като токова отсечка или дистанционна защита за първо стъпало и максималнотокова защита със закъснение за второ стъпало. Защитата действа на изключване на захранващите елементи и трансформаторите за собствени нужди.

 

Технологии за свързване

Медните шинни системи, използвани например при постояннотоковата връзка към инверторните устройства, оптимизират преноса, минимизират загубите на мощност и осигуряват високо ниво на разсейване на топлина. Въпреки това свързването на шинните системи към други компоненти като постояннотокови кондензатори или към входа на захранващия модул доскоро беше труден процес.

Конвенционалните методи, използвани в приложения с по-големи мощности, като свързване на шините с болтове, заваряване или скоби, невинаги са приложими, тъй като към захранването все по-често са отправени изисквания за компактност и комплексност.

Запояването също представлява проблем, тъй като разсейването на топлината в шината прави този тип свързване непрактичен като част от конвенционалните процеси на автоматизирано асемблиране и често се изисква специализирано допълнително ръчно доработване. Това не само отнема време и средства, но, което е по-съществено, излагането на окомплектовани елементи на вторичен процес на запояване може да представлява риск от повреда на чувствителни компоненти.
Свързването чрез технология на запресоване (Press-fit) дава просто решение на тези проблеми, защото предлага отлична проводимост и елиминира нуждата от запояване.

Доскоро някои проектанти се колебаеха дали да възприемат тази технология за директно свързване при медни шини поради погрешното схващане, че поради свойството на медта да се деформира трайно при високи температури местата на снаждане може да се разхлабят с течение на времето и това да доведе до понижаване на капацитета на системата като цяло.

Проведени са множество тествания на прилагането на Press-fit технологията за свързване на медни шини, включително при тестване на ускорени промени в медта при високи температури, което поражда основно притеснения. Тестванията показват, че използването на този тип свързване на шините осигурява надеждна производителност при удължен жизнен цикъл на продукта.
Като цяло може да се каже, че цялостното изграждане на шиноповоди чрез запресоване в системите за електрозахранване значително подобрява ефективността, намалява разходите за материали, улеснява монтажа и опростява конструкциите и цялостно редуцира размерите на системата.

 

Технологии и материали за изграждане на шинопроводни системи

Технологията на ламинираните шини представлява многослойна композитна структура, която може да се разглежда като подобна на магистралната електрическа мрежа. За разлика от традиционните времеемки и тромави методи за опроводяване използването на ламинирани шини улеснява проектирането, прави инсталирането по-бързо и спомага за добре структурирани разпределителни системи. Характеризира се с устойчиви електрически характеристики, нисък импеданс, защита от смущения, висока надеждност, компактност, както и лесен и бърз монтаж.

Ламинираните шини се използват широко в множество приложения, в това число захранване за железопътен и хибриден транспорт, тягово оборудване, клетъчна комуникация, базови станции, основно мрежово оборудване, електроразпределителни системи, системи за производство на електроенергия, модули за преобразуване на мощности за електрооборудване и т.н.

Шините с гъвкави конструкции се състоят от плътно дифузно заварени слоеве медно фолио в зоните на монтаж. Този метод придава на краищата твърдост и здравина за качествено свързване, а същевременно междинните части запазват гъвкавост. Предимствата на шинопроводите изградени с този метод, са отличната способност за поглъщане на вибрации и удари, подобрена проводимост и висока енергийна ефективност. Гъвкавостта на конструкцията не компрометира здравината и надеждността на конструкцията, а същевременно позволява значително отместване/несъвпадение с проектната позиция на монтаж, както и лесно персонализиране, така че шинопроводната система да може лесно да се съвмести със специфични монтажни среди. Намират приложение в свързване на електрическата апаратура в комплектни разпределителни устройства, трансформатори, захранване за генераторни уредби и т.н.

Докато шините продължават да бъдат критичен фактор за пренос на електрическа енергия в и между сложни силови модули и приложения, основните технологии и подходи за проектиране и за внедряване на шини преминават през революционни промени.
За продуктовите инженери, които се стремят да внедряват най-рентабилните, надеждни и адаптивни решения в нови проекти, е важно да познават и разполагат с пълния набор от възможности за имплементация.



Ключови думи: шинопровдни системи, шини, електроразпределение, електрически станции, електропроводни линии



ЕКСКЛУЗИВНО

Top