Шинопровод: надежное и экономичное решения для эффективного электроснабжения без потерь

Busbar – reliable and cost efficient solution for efficient and lossfree power distribution

Автор: Анатолий Францович Афтенюк, инженер по проектированию шинопроводов, компания Schneider Electric

Anatoly Aftenyuk, busbar engineer, Schneider Electric, Russia

Аннотация: В данной статье рассматриваются технические особенности и сферы применения набирающих все большую популярность сегодня шинопроводных систем, или шинопроводов. Способ передачи и распределения электрической мощности в сетях напряжением до 1000 В является одной из главных задач в электроэнергетике. Как правило, в качестве проводников используются кабели, которые нашли широкое применение в многоэтажных домах, торговых комплексах, промышленных предприятиях и т.д. В статье автор описывает как технические, так и экономические преимущества шинопроводов перед кабельными системами.

Annotation: This article deals with technical and usage patterns of busbar systems which becomes more and more widely used today. Electrical power transmission and distribution for networks under 1000V is one of the main questions in energy sphere. Cables are often used as electric conductors especially for multistory housing, shopping malls, industry etc. The economic and technical benefits of up-to-date busbars for these fields by the side of traditional cable are examined in the text below.

Ключевые слова: шинопровод, распределительный шинопровод, осветительный шинопровод, троллейный шинопровод, CanBrass, Canalis.

Key words: busbar, distribution busbar, lightning busbar, trolley duct, CanBrass, Canalis.

Типология и назначение

Шинопровод представляет собой устройство из неизолированных или изолированных проводников, изоляторов и конструкций, которые служат для передачи и распределения электроэнергии в производственных помещениях, на территориях промышленных предприятий, стояках многоквартирных домов, торговых помещениях и пр. Согласно ГОСТ 28668.1-91 (МЭК 439-2-87), шинопровод — комплектное устройство в виде системы проводников, состоящее из шин, разделенных промежутками и опирающихся на изолирующий материал, помещенных внутри трубы, лотка или другой подобной оболочки, прошедшее типовые испытания.

Шинопровод может включать в себя следующие элементы: прямые секции стандартной длины (2м, 3м, 4м), секции для распределения, блоки для соединения секций (у компании Schneider Electric с самозатягивающимися гайками), элементы подключения к щитам и трансформаторам, секции специального назначения – транспозиции фаз, компенсационные, гибкие, отводные блоки для установки автоматических выключателей и иной коммутационной аппаратуры.

По назначению шинопроводы подразделяют на магистральные, распределительные, осветительные и троллейные.

Магистральными называются шинопроводы, предназначенные для сооружения магистральных линий, связи подстанций по стороне низкого напряжения, для питания распределительных шинопроводов, распределительных пунктов, отдельных крупных электроприемников напряжением до 1000 В частотой 50 Гц. Шинопроводы представляют собой комплектную электрическую сеть, состоящую из конструкций для крепления и отдельных секций, соединяемых между собой предусмотренным способом. Они изготавливаются отдельными секциями нормализованной длины — прямые и фигурные (угловые и ответвительные), что позволяет собрать шинопровод любой конфигурации. Номиналы магистральных шинопроводов составляют от 630А до 6300А.

Распределительные шинопроводы – это шинопроводы, состоящие из специальных секций для распределения с установленными отводными блоками, непосредственно к которым присоединятся электропотребители. Номиналы распределительных шинопроводов составляют от 100А до 6300А.

Осветительные шинопроводы применяют для создания сетей освещения и подключения осветительных приборов, а также потребителей небольшой мощности. Осветительные шинопроводы производят на токи от 25 до 40 А.

Троллейные шинопроводы применяют для питания цеховых электроприемников подвижного состава (например, кранов, кран-балок, монорельсовых дорог, напольных тележек, установок для раскроя тканей) и выпускают на токи от 35 А до 1 кА.

Преимущества конструкции

Конструкция большинства современных шинопроводов представляет собой пакет шин, плотно прижатых друг к другу, изолированных при помощи полиэфирной пленки и помещенных в кожух. Шины изготавливаются из меди или алюминия прямоугольной формы. Кожух, в зависимости от производителя, может быть либо алюминиевый, либо стальной. В качестве примера, на Рис. 1 представлено сечение шинопровода Canalis KT производства Schneider Electric.

Благодаря именно такой конструкции шинопровода обеспечивается равномерное распределение плотности тока по сечению проводника, в отличие от кабеля. Эта особенность приводит к значительному сокращению падения напряжения и потерь энергии в магистрали. Расчёты показывают, что при применении шинопровода на ток 2000А длиной 100 м вместо кабельной линии такой же длины на аналогичную нагрузку можно сэкономить 1 936 110 руб. в год только на потерях, которые возникают в линии при передаче электроэнергии.

Пример:

В качестве примера рассмотрим линию для передачи электроэнергии длиной L=100м, напряжением U=400В и на ток I=2000А при cosϕ=0,9, температура окружающей среды t=35°С.

Решение:

Падение напряжения в ШП KTA2000 исполнение Per (табличное значение стр.144 каталога 2016 года):

ДUт= 0,003 (В/100 м/А);

Падение напряжения в ШП при распределенной нагрузке:

ДUшп = ДUт•L•I = (0,003•100•2000)/100 = 6 В.

Падение напряжения в кабельных линиях ВВГнг-FRLS 5х240-1:

ДUкл  = (P•R•L+Q•X•L)/U= 33 В, где

P и Q – соответственно - активная и реактивная мощности,

R и X - соответственно - активное и реактивное сопротивления кабеля.

Таким образом, дельта в падениях напряжения между кабелем и шинопроводом составит:

ДUкабель – ДUшинопровод = 33 – 6 = 27 В

Эквивалентные потери мощности при условии, что линия работает в течение 10 часов в сутки составит:

ДPсут = 3•I•ДU•cosϕ•10= 3•2000•27•0,9•10 = 1458 кВт/час

1 кВт электроэнергии при одноставочном тарифе для предприятий равен 5,03 руб./кВт.ч. Следовательно дополнительные затраты на оплату потерь, которые будут возникать в случае установки кабельных трасс по отношению к трассам шинопроводов в месяц, при условии, что предприятие работает 22 дня в месяце составит:

ДСдоп.з.мес=22•ДPсут•5,03 = 22•1458•5,03=161 340 руб

Дополнительные затраты в год:

ДСдоп.з.год=12• ДСдоп.з.мес=12•161340=1 936 110 руб

Еще один миф, который хочется развеять – это то, что стоимость шинопровода значительно выше стоимости кабельной системы. В качестве примера используем данные, которые даны выше, а именно: магистральная трасса длиной L=100м, напряжением U=400В и на ток I=2000А.

В данном случае будем сравнивать стоимость кабельной системы с применением кабелей ВВГнг-FRLS-5x240-1, в количестве 5 штук (так как ток одного кабеля согласно тех данных 472А) и шинопровода с усиленным исполнением земли Per - KTA2000.

Расчет предоставим в виде таблицы:

Таблица 1. Сводная спецификация стоимости материалов и монтажа линии 2000А длиной 100 м для вариантов а) кабельная система и б) шинопровод магистральный

Таким образом, легко сделать вывод, что в современных условиях 2016 года, стоимость системы шинопровода оказывается меньше стоимости кабельной системой на 86 441 руб. Это является еще одной причиной интереса и спроса на шинопроводы.

Компактные, надежные и безопасносные

Помимо двух важных технико-экономических показателей рассмотренных выше стоит отметить ряд других технических преимуществ шинопровода по сравнению с кабелями.

К примеру, простота планирования и проектирования трасс. Все трассы шинопроводов могут быть прорисованы на этапе проектирования в 3D виде, что позволяет четко оценить граф сети и расположение возможной установки отводных блоков для питания потребителей. Некоторые производители шинопроводов предлагают специальное программное обеспечение, например, CanBrass или Brass II от компании Schneider Electric, которые позволяют прочертить трассы шинопроводов в DWG расширении в 3D виде с последующей возможностью загрузки трасс в чертежи проектов.

В связи с тем, что шинопроводы поставляются в виде отдельных секций конечной длины и понятной формы, монтаж представляет собой последовательный сбор модулей: как будто вы собираете конструктор, следуя четкой и понятной инструкции. Это позволяет сэкономить до 70% рабочего времени по сравнению с монтажом аналогичной трассы кабельной системы. Подключение потребителей даже к уже имеющейся шине осуществляется очень быстро благодаря специальным стыковочным модулям. Возможен монтаж на любые несущие конструкции.

Следует отметить массогабаритные размеры шинопровода по сравнению с кабелями. Трасса шинопровода всегда будет занимать меньше места по сравнению с кабельной трассой независимо от номинала. В качестве примера приведем чертеж сравнения габаритов и нагрузки на метр длины шинопровода и кабельной трассы для линии на 2000А (Рис. 2). Данный факт позволят экономить на металлических конструкция здания – колоннах, фермах и т.д., а также обеспечить эстетичный вид трасс электроснабжения.

Гибкость трансформации системы - еще один плюс шинопроводов. Это особенно важно при распределенной нагрузке, когда мощность потребителей часто меняется или они переносятся с место на место. Возможность отбора мощности в разных точках сети без перерыва в электроснабжении является существенным преимуществом шинопроводов.

Стоит также отметить возможность многоразового использования. Трасса шинопровода может быть разобрана и собрана и пригодна к использованию неограниченное количество раз при условии, что монтаж-демонтаж проводились без нарушений.

Шинопроводная система является более безопасной и надежной по сравнению с кабельной трассой по следующим параметрам:

Ø     благодаря экранирующим свойствам кожуха шинопровода обеспечивается низкий уровень электромагнитного излучения. Это позволяет прокладывать трассу шинопровода в непосредственной близости к сети передачи данных или располагать рядом с радиоэлектронной аппаратурой;

Ø     стандартное исполнение шинопровода имеет высокую степень защиты IP55 и механическую прочность IK08. Конструкция шинопровода предотвращает попадание воды от спринклеров систем, а также высокую степень защиты кожуха от ударов и вибростойкость;

Ø     все элементы шинопровода не содержат галогены и ПВХ. При пожаре шинопровод не выделяет дым и токсичные газы, а также сам является противоогненным барьером и предотвращает распределение огня в течение 2-х часов при использовании дополнительных огнезащитных барьеров;

Ø     устройства блокировки исключают монтажные ошибки, а также установку и снятие отводного блока под напряжением. Степень защиты от прикосновения к токоведущим частям электроустановки IP**D обеспечивает абсолютно безопасные условия труда для обслуживающего персонала вследствие отсутствия доступа к токоведущим частям;

Ø     специально разработанная конструкция шинопровода, узлов присоединения по питающей стороне, стороне потребителя, стыковые моноблочные соединения, ответвительные модули.  Соблюдение усилий затяжки и положения узлов при монтаже гарантируют надёжность передачи и распределения электроэнергии;

Ø     за счёт плотной укладки изолированных проводников без воздушного зазора и их соприкосновения друг с другом и с корпусом, который выступает в роли радиатора охлаждения, обеспечивается лёгкий отвод тепла, выделяемого при протекании тока.

Ø     при нормальной эксплуатации шинопроводы практически не нуждаются в обслуживании в течение всего срока службы, составляющего 25-30 лет.

Таким образом, налицо явные преимущества шинопроводных систем для электроснабжения любых объектов: сокращение падения напряжения и потерь энергии в магистрали, значительаня экономия средств при монтаже шинопровода, экономия места, простота монтажа, безопасность и надежность.

Литература:

1) Библия электрика: ПУЭ, МПОТ, ПТЭ. — М.: Эксмо, 2012. — 752 с. — (Российское законодательство. Техническая литература).

2) ГОСТ 28668.1-91 (МЭК 439-2-87) Низковольтные комплектные устройства распределения и управления.

3) Техническая коллекция Schneider Electric, Выпуск №