Виды изоляции для шинопроводов и токопроводов, особенности и отличия

Изоляция токопроводов и шинопроводов важный элемент энергопередающей линии. От вида изоляции зависит и исполнение токопроводом своей главной функции – передачи электроэнергии, и безопасность персонала, и сокращение риска аварийных ситуаций, пожаров, невосстанавливаемых повреждений оборудования, и многие другие важные факторы, такие, например, как конструктивное исполнение токопроводов и шинопроводов, условия эксплуатации, габариты и т.д.

Изоляция электрораспределительных линий должна обеспечивать надежную работоспособность и при эксплуатации в диапазоне расчетно-рабочих напряжений необходимо продолжительный период времени, и при кратковременных, многократно превышающих номинальное напряжение скачках и перегрузках, связанных с грозовыми или коммутационными процессами.

Работоспособное состояние изоляции зависит от таких факторов:

  • Величина напряжения;
  • Солнечные лучи;
  • Механическое воздействие;
  • Температура;
  • Степень агрессивности окружающей среды.

В нашем обзоре, руководствуясь определениями ПУЭ, мы будем использовать следующее, обычно применяемое на практике условное деление всех электропередающих устройств на шинопроводы и токопроводы.

Шинопроводы – те токопроводы, которые имеют в качестве проводников жесткие шины, преимущественно прямоугольной формы, и используются для распределения электроэнергии напряжением до 1 кВ.

Токопроводы – устройства электропередачи жесткого вида для напряжений свыше 1 кВ и гибкого конструкторского исполнения для распределения любых эксплуатируемых напряжений.

Эти определения уже содержат в себе специфику требований к изоляции каждого из двух видов электроустройств. Но прежде чем говорить об их особенностях, сначала рассмотрим, какие вообще материалы применяют в качестве электроизоляции.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Существуют следующие две основные группы классификации изоматериалов.

По агрегатному состоянию:

  • Газообразные диэлектрики;
  • Жидкие;
  • Твердые.

По виду природы материала электроизоляции:

  • Природные органические диэлектрики;
  • Органическая синтетика;
  • Природная неорганика;
  • Искусственная неорганика.

Газообразная электроизоляция. В большинстве случаев используется атмосферный воздух, но с недавнего времени находит все более широкое применение элегазовая изоляция (в основе – серные гексафториды). У элегазовой изоляции гораздо выше дугогасительная способность и примерно в три раза выше величина пробойного напряжения. У изоляции на основе газовой рабочей среды хорошие величины диэлектрической проницаемости (около единицы), невысокий тангенс диэлектрических потерь, но, тем не менее, все электроизоляционные материалы такого рода отличают сравнительно небольшое напряжение пробоя. При необходимости усиления изоляционных качеств иногда совместно используют газообразную электроизоляцию и изоляцию на основе твердой органики.

Жидкая электроизоляция. Чаще всего отдают предпочтение таким диэлектрическим материалам, как трансформаторное, конденсаторное, касторовое масла и различные синтетические жидкости. В токопроводах жидкие диэлектрики чаще всего используют в качестве пропитывающего материала. Ими пропитывают обычно специальную бумагу и разнообразный пленочный материал.

В качестве твердых изоляционных материалов широко распространена природная неорганика (мусковит, флоголит, слюда), искусственная неорганика (фарфор, стекло, различные виды керамики), синтетическая органика (различные пластмассы, эластомеры и др.), естественная органика, но она имеет все меньшее использование (целлюлозы, каучук, парафины и природная смола).

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИЯ ШИНОПРОВОДОВ

Шинопровод применяют для передачи электроэнергии переменного и постоянного тока. Современные технологии все активнее и активнее используют шинопровод по сравнению с традиционными типами электропроводки в промышленности, в строительстве, в телекоммуникационных и в других самых различных отраслях для решения следующих задач:

  • Подача и распределение электроэнергии по потребителям;
  • Подключение электропитания в распредустройствах низкого напряжения;
  • Соединение силового оборудования.

Токопровод в виде самонесущей жесткой шины обеспечивает конструкции высокие прочностные характеристики и гарантированно высокую надежность, что значительно облегчает монтаж шинопроводов. Шины изготавливается из меди или алюминия. Во всех шинопроводах прямоугольные шины имеют параллельное взаиморасположение широкой стороной друг относительно друга. В электромагистралях с высокой величиной тока применяют спаренные шины.

Для шинопроводов используются три основных типа изоляции:

  • Воздушная изоляция;
  • Литая изоляция;
  • Шинопровод типа «сэндвич» с полимерной или воздушной изоляцией.

Воздушная изоляция

Шинопроводы с воздушной изоляцией иногда называют шинными мостами. По конструктивному исполнению бывают закрытого и открытого вида. Имеют ограниченное применение вследствие ряда своих недостатков.

Преимущества шинопрводов с воздушной изоляцией:

  • Небольшая стоимость относительно шинопроводов закрытого типа;
  • Простота конструкции;
  • Допускает прохождение тока до 6000А, а иногда и выше;
  • Сравнительно высокий срок службы (30 – 40 лет);
  • Естественное воздушное охлаждение, что позволяет пропускать через них заметно большую нагрузку при одном и том же сечении токопроводника;
  • Высокая огнестойкость;
  • Повреждения, как правило, не имеют необратимого характера, поэтому работоспособность таких шинопроводов восстанавливается достаточно быстро.

Недостатки шинопроводов с воздушной изоляцией:

  • Проигрыш в габаритах;
  • Сложный монтаж, требующий сварки и квалифицированных специалистов;
  • Необходимость периодического технического обслуживания;
  • Надежность и безопасность более низкого уровня.

 

Литая изоляция

Шины друг от друга и от корпуса изолируются с помощью эпоксидной смолы. Шинопроводы с такой изоляцией имеют высокую степень защиты (уровень IР 68), что позволяет использовать его даже под водой. Шинопровод изготавливается в виде секций различной конфигурации. В секциях располагают шины, изоляция которых обеспечивается с помощью специального компаундного материала (чаще всего это эпоксидные смолы) с мелкозернистым наполнителем. Толщина изоляционного слоя зависит от величины рабочего напряжения. В шинопроводах в отличие от токопроводов, пропускающих напряжения большей величины, внутри изоляции обычно отсутствуют заземляющие и полупроводящие слои.

На месте прокладки шинопровода все места соединения секций также заливают тем же компаундным составом. Таким образом конструктивно создается монолитная, равномерно изолированная шинопроводная трасса, не требующая технического обслуживания весь срок своей службы, как правило, это несколько десятков лет. Иногда изолированные шины помещают в металлический кожух. Кожух обеспечивает и дополнительное предохранение токопроводящих элементов, и их изоляции от механического воздействия, а также служит в качестве теплоотвода, забирая на себя тепло от шин и передавая его в окружающую среду.

Основные достоинства шинопроводов с литой изоляцией:

  • Высокие диэлектрические характеристики;
  • Допустимая сила тока до 8 000 А;
  • Повышенная стойкость к коротким замыканиям и другим кратковременным перегрузкам;
  • Малые потери мощности;
  • Уровень защиты до IР 68;
  • Высокая механическая и химическая стойкость;
  • Не требуют технического обслуживания в течение всего срока службы;
  • Высокая теплопроводность;
  • Стойкость к влажной и агрессивной среде;
  • Повышенная пожаробезопасность, не огнепроводны, не выделяют при пожаре вредных газов;
  • Компактные габариты.

Недостатки шинопроводов с литой изоляцией:

· Проигрыш по массе;

· Более сложная технология изготовления;

· Более высокая стоимость.

 

Шинопроводы типа «сэндвич»

Электрошины располагаются между двумя или более корпусными элементами. Увеличение числа корпусных деталей ведет к снижению уровня пыле/влагозащиты и предъявляет более высокие требования к изоляции электропроводника. Материал корпуса также влияет на выбор изоляции. Обычно применяется сталь или алюминий – соответственно корпус может иметь, например, различия по массе и теплоотводу и соответствующим образом влиять на изоляцию шин.

В шинопроводах сэндвич-типа обычно используется либо воздушная изоляция шин, либо пленочно-полимерная в определенное количество слоев.

Преимущества шинопроводов типа сэндвич:

· Невысокая масса;

· Компактность габаритов;

· Быстрота и легкость монтажа;

· Большой срок службы (не менее сорока лет);

· Допустимый ток до 6 500 А;

· Высокий уровень защиты – до IР 68;

· Стоимость – средняя по рынку;

· Удобство корректировки трассы, оперативной замены, добавлений и многократность использования сэндвич-секций;

· Не нуждаются в техобслуживании.

Герметичность сэндвич-конструкций, исключающая дымоходный эффект, повышает пожаробезопасность электропередачи и позволяет использовать данный ее вид в помещениях, где присутствует большое количество людей – торговые центры, вокзалы, больницы, аэропорты, высотные здания, гостиницы и т.д.

К недостаткам шинопроводов сандвич-типа с полимерной изоляцией можно отнести использование в некоторых конструкциях полимерной пленки с низкими пожаростойкими свойствами, что, как раз, исключает применение этих конструкций в вышеуказанных помещениях. И относительно небольшой пропускной ток.

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИЯ ТОКОПРОВОДОВ

На специфику требований к свойствам изоляции токопроводов накладывают свой отпечаток особенности, связанные с большей энергомощностью, проходящей по их линиям в отличие от шинопроводов, другая протяженность этих линий и особенности эксплуатации.

Для токопроводов используются те же три основных типа изоляции:

· Воздушная изоляция;

· Литая изоляция;

· Шинопровод типа «сэндвич» с полимерной или воздушной изоляцией.

Токопровод с воздушным типом изоляции

Данный вид электролиний распространен несколько больше, чем шинопроводы с таким же типом изоляции. Это обусловлено тем, что для передачи большей мощности имеется достаточно эффективная естественная вентиляция, не требующая значительных дополнительных затрат. Благодаря этому имеется возможность передавать электромощности в несколько десятков кА номинальной токовой нагрузки. С добавлением искусственной системы вентиляции этот показатель может быть значительно превзойден.

Пофазное экранирование токопроводов и использование междуфазных перегородок позволяет существенно снизить вероятность коротких замыканий. Также к преимуществам этого типа изоляции перед другими видами изоляционных вариантов конструкций токопроводов можно отнести хорошую электродинамическую устойчивость. Цельносварная конструкция позволяет сохранить надежную самонесущую конструкцию. В остальном плюсы и минусы этого вида изоляции схожи с аналогичным видом для шинопроводов.

Токопроводы с литой изоляцией

Используют для электрического соединения энергооборудования со средним и высоким номиналом напряжений в трехфазных сетях переменного тока и в сетях постоянного тока. Конструктивное исполнение чаще всего применяется пофазноизолированное.

Изготовление литой изоляции токопровода состоит из нескольких стадий, каждая из которых влияет на свои особые функциональные свойства изоляции. Сначала токопроводник в несколько слоев оборачивают специальной бумагой с эпоксидной пропиткой. В соответствии с классом эксплуатационного напряжения создают полупроводящие слои. Затем делается фольгированная обертка, сверху которой накладывается экранирующая металлическая сетка. После чего все заливается компаундным составом, высушивается в автоклаве и охлаждается. Обязательным считается испытание изоляции токопровода на частичный разряд, который может значительно сократить срок службы изоляции и даже вывести из строя электрооборудование.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ИЗОЛЯЦИИ

Характеристика

Воздушная изоляция

Литая изоляция

Типа «сэндвич» с полимерной или воздушной изоляцией

Монтаж

усложненный, требует сварки и участия специалистов

простой

простой

Габаритность

большая

компактная

компактная

Необходимость технического обслуживания

требуется

не требуется

не требуется

Стоимость

невысокая

наиболее высокая из всех

средняя

По теме

Шинопроводы магистральные и распределительные в алюминиевом кожухе 250А – 7500А

Шинный мост до 7500 А

Элементы шинопровода

Монтаж шинопровода НТЦ Энерго-Ресурс

Преимущества шинопроводов НТЦ Энерго-Ресурс

X