В начале прошлого столетия началось внедрение электроснабжения в металлургические процессы: электронагрев стал применяться для передачи большой мощности. В этой ситуации стало невозможно использовать традиционные кабельные системы: при увеличении количества проводников на фазу они стали слишком громоздкими. Началась эпоха шинных систем.
В начале XX века с переходом от многоэтажного домостроения к строительству небоскребов (рис.1) появилась необходимость распределения электроэнергии по этажам. Была создана мобильная распределительная системы средней мощности - распределительный шинопровод. Еще десятилетие спустя мир увидел внедрение магистрального шинопровода. Но из-за второй мировой войны развитие шинопроводов было поставлено на паузу.
Шинопровод как альтернатива кабелю
Сегодня среди причин популярности шинопроводов как альтернативы кабельным связям стоит назвать не только экономию пространства (рис.2), но и существенный экономического эффекта.
Конечно, одно вытекает из другого, но давайте пойдем постепенно.
Если проанализировать физико-геометрические свойства, то в проводниках круглого сечения происходит снижение пропускной способности из-за явления поверхностного эффекта. Этот эффект связан с различной геометрией проводника, влияющей на его пропускную способность.
В отличие от постоянного тока, где поле равномерно распределено по сечению проводника, независимо от его геометрической формы, на переменном токе картина распределения меняется (рис.3).
С увеличением сечения круглого проводника его пропускная способность падает из-за роста внутреннего электрического сопротивления, ибо центр проводника связан с множеством концентрических слоев, образуемых электромагнитным полем переменного тока.
Из-за постоянного изменения направления тока с частотой 50 раз в секунду внутреннее сопротивление проводника круглой формы возрастает и ток перемещается ближе к внешней части проводника - туда, где сопротивление меньше и поэтому часть сечения проводника недоиспользуется (рис.4). И, следовательно, дальнейший рост сечения проводника становится невыгодным, увеличение количества меди или алюминия в проводнике круглого сечения не приводит к пропорциональному увеличению пропускной способности по току.
В плоской же шине распределение тока более равномерно, поскольку центр шины расположен ближе к краям. Чем больше величина отношения высоты шины к ее толщине, тем лучше картина распределения плотности тока в ней. По этой причине пропускная способность по току шинопроводов с проводниками плоского сечения выше, чем у кабелей круглого сечения (ПУЭ 7, т. 1.3.29, т. 1.3.31).
Экономический эффект от применения шинопровода
О чем же нам говорит повышенная пропускная способность проводника?
Если проводник, совершая передачу тока электрической энергии, подвержен меньшему сопротивлению и тем самым к меньшему нагреву, это позволяет снизить потерю активной мощности, что прямо выражается в экономии средств за покупку электрической энергии.
Вторым фактором является, как ранее уже было озвучено, уменьшение габаритов конструкции, что так же приведет к экономии затрат на возведение строительных конструкций. Самой важной «статьей» в структуре затрат являются технологические отверстия в стенах при пересечении с шинопроводом. Наличие кабельных проходок является обязательным требованием технического регламента по пожарной безопасности, и при использовании шинопровода они будут значительно меньше по сравнению с применением кабеля, ведь плоская медная шина сечением 3 х 25 = 75 мм2 несет такую же нагрузку, как и круглый медный провод, но уже большего, 95 мм2 сечения, т.е. по 340 А.
В связи с указанными особенностями проводников круглого профиля, сечения кабелей ограничивают. Их максимальное значение не превышает 185 мм2, при этом максимальная нагрузка для трехжильных кабелей с медными жилами при прокладке на воздухе составляет 350 А.
Можно подсчитать, что для передачи до ГРЩ трансформаторной мощности, например, 1600 кВА, при трехфазном токе и напряжении 380 В, потребуется кабелей: n = Р/√3 • Imax к • U = 1600000 / 1.73 • 350 •380 = 6,95, т.е. 7 четырехжильных кабелей сечением 4 х 185 мм2.
Для прокладки такого количества кабелей, с учетом диаметра кабеля, равного 5,5 см и такой же величины зазора между каждым кабелем нам потребуется лоток с высотой борта 10 см и шириной лотка bл : bл. = 7 х 5,5 + 7 х 5,5 = 77 см. Площадь поперечного сечения такого лотка Sл составит: Sл = 77 х 10 = 770 см2, а площадь поперечного сечения шинопровода с медными шинами для передачи такой же мощности ориентировочно составит 300 см2, что напрямую снизит затраты как минимум на кабельные проходки.
Но если делать ошибку и сравнивать метр шинопровода с метром кабеля, то конечно шинопровод выглядит на несколько порядков дороже, а если принять реальные затраты как системы, то получается в расчете необходимо учитывать, для кабеля стоимость самого кабеля, стоимость кабельных конструкций, стоимость монтажа кабельных конструкций и стоимость монтажа кабеля, а для шинопровода стоимость самого шинопровода и стоимость монтажа шинопровода, а еще сюда можно добавить трудозатраты на монтажный персонал и необходимое дополнительное оборудование, например, для кабельных муфт.
В совокупности уже не так и выгодно смотрится использование кабеля, не так ли?
Ошибка при выборе шинопровода на этапе строительства может дорого обойтись – уже позднее, при эксплуатации объекта. Компания ЭТМ предлагает решения по шинопроводу от проверенных партнеров-производителей, таких как DKC, Systeme Electric, IEK, Piton, СОЭМИ.
Весь ассортимент можно увидеть по ссылке.
Также проектно-расчетное управление ЭТМ осуществляет инженерные расчеты по шинопроводу вы можете найти здесь.