Токопроводы, виды и применение.

Токопровод — устройство, выполненное в виде шин или проводов с изоляторами и поддерживающими конструкциями, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в пределах электростанции, подстанции или цеха (ГОСТ 24291-90). Общие описания и условия применения приведены в документах: СТО 56947007-29.120.60.106-2011 «Токопроводы с литой (твёрдой) изоляцией на напряжение 6-35 кВ. Технические требования», «ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК» (ПУЭ).

Токопроводы применяются при строительстве и расширении электростанций всех типов, а также при электрических соединениях турбогенераторов с трансформаторами различных типов.

Токопроводы для электрического соединения трехфазного переменного тока генераторов с повышающими блочными силовыми трансформаторами, также с силовыми трансформаторами собственных нужд и другими электрическими аппаратами главной цепи ТЭЦ, ГРЭС, АЭС называются токопроводами генераторного напряжения.
Токопроводы для электрического соединения трехфазного переменного тока силовых трансформаторов собственных нужд на электростанциях со стороны напряжения 6-10 кВ со шкафами комплектных распределительных устройств называются токопроводами собственных нужд.

По конструктивному исполнению токопроводы подразделяются:

• на пофазно-экранированные токопроводы с непрерывным экраном и с компенсированным внешним электромагнитным полем для генераторов ТЭЦ, ГРЭС, ГЭС и АЭС;
• токопроводы с общей для трех фаз из алюминия или стали оболочкой с разделительной перегородкой или без нее.

В настоящее время востребованы два основных вида токопроводов:

• токопроводы с воздушной изоляцией;
• и токопроводы с литой изоляцией.

Токопроводы с воздушной изоляцией производятся и применяются в энергетике с конца 80-х годов прошлого века. В настоящее время производители работают над совершенствованием конструкции таких токопроводов путем изменения конфигурации кожухов на более компактную, а также путем оптимизации изоляции. Помимо этого, производители переходят на более современные материалы, что делает изделие более надежным и продлевает срок эксплуатации. В современном производстве токопроводов с воздушной изоляцией имеются инновационные решения. Например, система наддува в изделиях ОАО «Мосэлектрощит», которая позволяет поддерживать на определенном уровне относительную влажность, тем самым предотвращая разрушение опорных изоляторов. Это же предприятие является автором системы, с помощью которой можно проконтролировать сопротивление опорных изоляторов в режиме on-line.

Токопроводы с литой изоляцией

Применение литых токопроводов экономически обосновано по-сравнению с кабелем в изоляции из сшитого полиэтилена и токопроводом с воздушной изоляцией в диапазоне номинальных токов от 1000 А до 6500 А, а в случае двух параллельных литых токопроводов – до 12 000 А. Для кабелей, чтобы обеспечить пропускание таких токов, необходимо параллельно прокладывать их большое количество, что часто весьма затруднительно и затратно. Кроме того, срок службы кабелей почти в три раза меньше срока службы литых токопроводов.
Применение токопроводов с воздушной изоляцией на такие токи по сравнению с литым токопроводом может быть значительно дороже из‑за необходимости изготовления специального фундамента для крепления токопровода и более сложного монтажа вследствие применения сварных работ.

Использование литых токопроводов вполне обосновано и даже может быть необходимо, если место их расположения очень ограничено и имеется много поворотов, если требуется высокая безопасность для работающего персонала и т. д. Максимальный экономический эффект при применении токопроводов с литой изоляцией с номинальным напряжением от 6 до 35 кВ достигается при строительстве новых компактных закрытых ПС на ограниченных площадях, при реконструкциях существующих закрытых ПС, на ГЭС с высокой плотностью установленного оборудования и большим числом отпаек у токопровода, а также на нефтеперерабатывающих заводах, морских газо-нефтедобывающих платформах, где требуются повышенные требования к степеням защиты, химической стойкости и крайне ограничено место для их монтажа и т. д.

Основные преимущества литых токопроводов:

• компактные размеры токопроводов и недорогой монтаж;
• любая геометрическая форма и малые радиусы изгиба;
• высокая механическая прочность изоляции;
• высокая пожаро- и взрывобезопасность;
• высокая устойчивость к токам короткого замыкания;
• высокие перегрузочные способности;
• высокая устойчивость в сейсмических районах;
• высокая химическая стойкость;
• малые удельные потери мощности;
• большой срок службы.

Конструктивные особенности токопроводов с литой изоляцией

Литые токопроводы до 35 кВ можно подразделить на два основных типа:

• Пофазноизолированные токопроводы с литой изоляцией;
• Комплектные шинопроводы с литой изоляцией.

Токопроводы пофазноизолированные литые 

Каждая фаза окопровода состоит из секций различной конфигурации длиной не более 10 м, которые соединяются специальными муфтами. При наружном исполнении секции и муфты изготавливаются заключенными в кожух из нержавеющей стали или алюминия.

Рис. 1. Пофазноизолированный токопровод с литой изоляцией:
а) конструкция секции токопровода;
б) конструкция муфты токопровода.

Токоведущая шина (1) токопровода представляет собой алюминиевую (медную) трубу или пруток, на концах которого расположены контакты (5). Литая изоляция (3) – это эпоксидный компаунд, внутри которого находятся полупроводящие слои (2), а также слой заземления (4). Полупроводящие слои предназначены для выравнивания потенциала внутри изоляции. В токопроводах ТПЛ на напряжение до 1 кВ полупроводящие слои в литой изоляции отсутствуют. Отдельные секции токопровода соединяются между собой шинными компенсаторами (6), которые позволяют скомпенсировать линейное расширение проводника при изменении температуры и строительных погрешностях. Изоляция места соединения секций токопровода достигается за счет применения соединительных муфт.

Комплектные токопроводы с литой изоляцией

Литой токопровод состоит из секций различной геометрической формы – прямых элементов, L-образных,T-образных, Z-образных и т. д., длиной не более 4 метров. В зависимости от номинального напряжения токопровода секции могут содержать две (постоянный ток) или три токоведущие шины для средних напряжений и до пяти токоведущих шин для низких напряжений (до 1 кВ, рис. 2).

Каждая секция токопровода представляет собой залитые в эпоксидной смоле (1) алюминиевые (или медные) шины (2) соответствующих геометрических форм. Концы шин в секциях свободны и дают возможность соединять между собой две различные секции, причем место соединения секций впоследствии также заливается эпоксидным компаундом.

Конструкция секций токопровода для средних напряжений предусматривает дополнительное охлаждение шин за счет сквозных отверстий (3) между соседними фазами. С помощью специальных залитых в эпоксидной смоле втулок на секциях средних напряжений предусмотрена также возможность для крепления металлического кожуха токопровода.

Присоединение токопровода к электротехническому оборудованию осуществляется с помощью специальных терминальных элементов, которые изготовляются индивидуально в зависимости от типа оборудования и способа присоединения.

Выбор типа токопровода с литой изоляцией

Оптимальный выбор типа литого токопровода, прежде всего, зависит от требований заказчика к его номинальным параметрам и условиям эксплуатации токопровода и требует учета многих факторов.

Пофазноизолированные токопроводы с литой изоляцией — по уровню изоляции конструкция позволяет изготавливать токопроводы на номинальные напряжения до 35 кВ и выше, в то время как комплектные токопроводы типа другого типа возможно изготавливать лишь на напряжение до 24 кВ, и, следовательно, по этому признаку пофазноизолированные токопроводы имеют преимущества перед комплектными токопроводами. Кроме того, пофазноизолированные токопроводы обладают меньшим удельным весом, что снижает требования к прочности строительной части здания, а также позволяет упростить монтаж.

Комплектные токопроводы с литой изоляцией имеют предпочтительное применнение если требуется степень защиты IP 68. Это обусловлено тем, что место соединения двух секций в комплектных токопроводах типа ТКЛ заливается эпоксидной смолой и полностью исключает возможность попадания внутрь влаги. В пофазноизолированных токопроводах места соединения двух секций изолируются и защищаются от влаги разборной муфтой и, следовательно, качество защиты будет зависеть от качества выполнения монтажных работ, что не всегда удается обеспечить.

Если заказчику требуются литые токопроводы на большие динамические токи при минимальных межфазных расстоянияx, то в данном случае предпочтение имеют комплектные токопроводы. Это обусловлено тем, что в литых комплектных токопроводах типа все три фазы залиты в один блок и, следовательно, такой токопровод будет очень устойчив к большим динамическим токам. Чтобы получить высокие значения токов динамической стойкости для пофазно-изолированных литых токопроводов, необходимо использовать специальные сложные крепления, и тем не менее тех же значений токов динамической стойкости как для комплектных токопроводов, достичь очень сложно.

Что касается механической прочности, огнестойкости и стойкости к агрессивным средам, то при выборе типа литого токопровода нужно учитывать, что комплектные токопроводы типа имеют предпочтение перед пофазноизолированными токопроводами. Это связано с тем, что изоляция пофазноизолированного токопровода состоит из электротехнической бумаги, пропитанной эпоксидной смолой, а изоляция комплектного литого токопровода на 85‑90 процентов состоит из кварцевого песка, и лишь остальная его часть – это эпоксидная смола.