Шинопровод: надежное и экономичное решение для электроснабжения без потерь

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 (2, 3, 4 м), 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 630 до 6300 А.

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

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.

Рис. 1. Конструкция шинопровода Canalis KT

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. Расчеты показывают, что при применении шинопровода на ток 2000 А 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 = 100 м, напряжением U = 400 В на ток I = 2000 А при cosϕ = 0,9, температура окружающей среды t = +35 °С.

Решение

Падение напряжения в шине питания (ШП) KTA2000 исполнение 3L+N+PER:

ДU_т = 0,003 В (100 м/А).

Падение напряжения в ШП при распределенной нагрузке:

ДU_шп = ДU_т × L × I = (0,003 × 100 × 2000) / 100 = 6 В.

Падение напряжения в кабельных линиях (КЛ) ВВГнг-FRLS 5×240-1:

ДU_кл = (P × R × L+Q × X × L) / U = 33 В,

где P и Q — активная и реактивная мощности соответственно; R и X — активное и реактивное сопротивления кабеля соответственно.

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

ДU_кабель–ДU_{шинопровод} = 33–6 = 27 В.

Эквивалентные потери мощности при условии, что линия работает в течение 10 ч в сутки, составят:

ДP_сут = 3 × I × ДU × cosϕ × 10 = 3 × 2000 × 27 × 0,9 × 10 = 1458 кВт·ч.

Стоимость 1 кВт электроэнергии при одноставочном тарифе для предприятий составляет 5,03 руб/кВт·ч. Следовательно, дополнительные затраты на потери, которые будут возникать в случае установки кабельных трасс, по отношению к трассам шинопроводов ежемесячно, при условии, что предприятие работает 22 дня в месяц, составят:

ДС_{доп/мес} = 22 × ДP_сут × 5,03 = 22 × 1458 × 5,03=161 340 руб.

Дополнительные затраты в год:

ДСдоп/год = 12 × ДС_{доп/мес} = 12 × 161340 = 1 936 110 руб.

Эффективность и экономия

Еще один миф, который хочется развеять, — утверждение о том, что стоимость шинопровода значительно выше стоимости кабельной системы. В качестве примера используем данные, которые приводились выше, а именно: магистральная трасса длиной L = 100 м, напряжение U = 400 В, ток I = 2000 А.

В данном случае будем сравнивать стоимость кабельной системы с применением кабелей ВВГнг-FRLS-5×240-1 в количестве 5 шт. (т. к. ток одного кабеля, согласно техническим данным завода-производителя, составляет 472 А) и шинопровода с усиленным исполнением земли 3L+N+PER — KTA2000. Расчет представлен в виде таблицы.

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

Компактные, надежные и безопасные

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, 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 трехмерном 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 массо-габаритные 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 2000 А (рис. 2). Данный факт позволяет экономить на металлических конструкция здания — колоннах, фермах и т. д., а также обеспечить эстетичный вид трасс электроснабжения.

Рис. 2. Массогабаритные параметры трасс

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:

• 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.
• 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.
• 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 двух часов при использовании дополнительных огнезащитных барьеров.
• 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.
• 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 надежность передачи и распределения электроэнергии.
• За счет плотной укладки изолированных проводников без воздушного зазора и их соприкосновения друг с другом и с корпусом, который выступает в роли радиатора охлаждения, обеспечивается легкий отвод тепла, выделяемого при протекании тока.
• 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, значительная экономия средств при монтаже шинопровода, экономия места, простота монтажа, безопасность и надежность.