Назначение токопроводов и их конструктивное отличие
Увеличение передаваемых мощностей в системе электроснабжения промышленных предприятий требует повышения сечения сетей. В последние 20 лет наблюдается постепенный переход от кабельных линий к токопроводам, обладающим большими надежностью и перегрузочной способностью.
Если в начальном периоде развития токопроводы использовались исключительно для питания отдельных потребителей (например, преобразовательных подстанций электролизных установок), то теперь их область значительно расширена: токопроводы питают подстанции, печные установки, группы потребителей металлургического, химического и других электроемких производств, расположенных вдоль трассы.
Токопроводы сооружаются на напряжения до и свыше 1000 в (до 35 кв). Конструктивно они различаются расположением фаз, материалом шин, их профилем и типом изоляторов. Большое развитие получают открытые токопроводы.
Современные токопроводы имеют следующие исполнения: с жесткими шинами, закрепленными на опорных изоляторах, с расположением фаз в одной плоскости; с жесткими шинами на опорных изоляторах, с симметричным расположением фаз по вершинам равностороннего треугольника; с жесткими шинами с наружным экраном; с гибкими шинами наружной прокладки на подвесных изоляторах.
Токопроводы с расположением фаз в одной плоскости сооружаются исключительно в закрытых галереях или туннелях. Это значительно повышает основные затраты на монтаж токопроводов.
Симметричные токопроводы с жесткими шинамн прокладывают в закрытых помещениях и на открытом воздухе.
По сравнению с расположением фаз в одной плоскости (горизонтальной или вертикальной) симметричное расположение фаз отличается меньшими потерями электроэнергии, не требует устройства транспозиции фаз, а также имеет меньшее индуктивное сопротивление.
Фазо-шины жестких токонроводов чаще всего выполняются из алюминиевого коробчатого профиля, а гибких токопроводов — из пучка голых, чаще алюминиевых проводов, расположенных по периметру круга.
В зависимости от характера трассы у гибких токопроводов фазо-шины располагаются симметрично — по вершинам треугольника в одной плоскости.
При сооружении предпочтение оказывается открытым токопроводам как более экономичным, и лишь в том случае, когда трасса часто пересекается зданиями и сооружениями или когда в атмосфере содержатся агрессивные вещества, действующие разрушающе на алюминий и изоляцию, применяют закрытую прокладку токопроводов в галерее или туннеле. Галереи сооружаются непосредственно на поверхности земли либо на эстакаде. Туннели располагаются в земле на глубине 1—3 м.
При выборе конструкций токопровода существенную роль наряду с основными затратами играют потери энергии в металлических частях поддерживающих и ограждающих конструкций, в арматуре и закладных деталях, в шинодержателях и др. Значительную долю их составляют потери на перемагничивание стали. Наибольшего значения потери достигают при несимметричном расположении фаз. Если в этом случае стальные части заменить на части из алюминиевых или медных сплавов, которые не имеют потерь на перемагничивание, то удается снизить общие потери на 35—40%.
Существенная роль в общем балансе потерь падает на поддерживающие конструкции, поэтому замена у них стали на сплавы имеет первостепенное значение. Удорожание стоимости конструкции из сплавов окупается сравнительно скоро, на втором-третьем году эксплуатации.
В токопроводах при симметричном расположении фаз переход от стали к сплавам не имеет актуального значения ввиду малых потерь в конструкциях благодаря скомпенсированному полю трех фаз. По этой причине поддерживающие конструкции из немагнитных сплавов находят применение главным образом при сооружении токопроводов с расположением фаз в одной плоскости.
Вторая важная особенность этих токопроводов заключается в различной индуктивности фаз (из-за нолей рассеяния), вызывающей нежелательный перекос фазных напряжений у электроприемников. Чтобы избежать этого, прибегают к транспозиции фаз. Транспозиция сводится к взаимному изменению положения всех трех фаз (скрещение).
Осуществление транспозиции, однако, связано с увеличением в этом месте галереи (туннеля), что удорожает строительные работы. Эти весьма существенные недостатки не свойственны симметричным токопроводам.
Для более экономичного использования опор обычно по трассе прокладывают не менее двух токопроводов. Если при этом в эксплуатации один из токопроводов отключен, то в нем от токов, проходящих в работающем токопроводе, благодаря взаимоиндукции наводится напряжение, которое может представлять опасность для персонала при ревизии или ремонте неработающего токопровода.
Для локализации наведенного напряжения конструкция токопровода предусматривает устройство стационарных заземляющих закороток. При длине токопровода 1 000 м количество закороток составляет не меньше четырех.
Защита от случайных прикосновений к токопроводящим шинам в галереях и туннелях осуществляется устройством ограждения, состоящего из металлических (смотровых) сеток против изоляторов и фанерных щитов в пролете между поддерживающими конструкциями. Симметричные токопроводы специальной конструкции с жесткими шинами находят также применение на вертикальных трассах, например в шахтах. Они сооружаются главным образом на токи до 600 а при напряжении до 1 000 в.
Особое место в передаче электроэнергии занимают экранированные (закрытые) токопроводы, которые находят применение главным образом на электростанциях, при присоединении генераторов к повышающим трансформаторам и к сборным шинам распределительных устройств.
Экранированный токопровод представляет собой трубу в трубе (или короб в трубе) с установленными между ними изоляторами, при этом внутренняя труба выполняет функции собственно токопровода, а наружная — экрана. Обе трубы выполняются из одного и того же проводникового материала — алюминия.
Шинный пакет с охватывающим его экраном (кожухом) принципиально представляет трансформатор тока без железного сердечника. Поэтому при прохождении тока по шине в экране возникает индуктированный ток размагничивающего действия, благодаря чему результирующее магнитное поле внутри короба заметно ослабляется, и, следовательно, электродинамическое воздействие между шинными пакетами отдельных фаз такого токопровода также в значительной мере ослаблено.
Экранированные токопроводы безопасны при прикосновении к экранам и устойчивы в динамическом отношении при прохождении токов короткого замыкания. Однако высокая их стоимость является серьезным препятствием к широкому распространению.
Развивающимся в настоящее время симметричным токопроводам с жесткими шинами присущи тоже некоторые недостатки, они характеризуются использованием дорогостоящих опорных изоляторов типа ИШД-35, а также технологической сложностью выполнения поворотов шинных пакетов в пространстве. Это вызывает необходимость дальнейших поисков новых конструктивных решений. Одним из возможных вариантов нового решения явится переход от жестких опорных конструкций (треугольников) к гибким подвесам с использованием более дешевых подвесных изоляторов типов П, ПМ и ПС, применяющихся на линиях электропередачи.
