Системи шинопроводи ниско напрежение

Системите за пренос и разпределение на електроенергия стават все по-сложни. Електрическото захранване трябва да е на разположение по всяко време и на всяко място. Бюджетите намаляват, като в същото време натискът от страна на конкурентите се увеличава. Тези предизвикателства диктуват нужди, които конвенционалното разпределение на електроенергията чрез кабели не може да изпълни. Кабелите изискват много пространство и създават голям риск от пожар. Освен това инсталирането им е сложно и скъпо. Ефективността на разходите на електроразпределителните системи също е решаващ фактор. Системата от магистрални шинопроводи предлага технологично по-добра алтернатива на кабелите, съчетавайки икономическа ефективност, производителност и гъвкавост с безопасност и надеждност.

Съвременните електрически инсталации налагат нарастващи изисквания към всички продукти на производителите на електрическо оборудване. Продуктите трябва да имат надежден експлоатационен живот, адаптивност към нови изисквания, ниски разходи за инсталация, поддръжка и закупуване, безопасност, енергийна ефективност и безопасно рециклиране. Тези характеристики могат да се реализират чрез използването на система от магистрални шинопроводи.

За разпределянето на електроенергията в предварително определена зона най-често се използват инсталации от шинопроводи. Те могат да се полагат вертикално или хоризонтално, или комбинация от двете. Типични приложения са захранване на голям брой осветителни тела, разпределение на електроенергията за фабрики и офиси, увеличаване на мощността на захранването на главните разпределителни табла в офисни сгради или жилищни блокове, обслужващи отделни етажи. Електрозахранването на отделните консуматори се отвежда от магистралния шинопровод чрез отклонителни устройства, които се включват на предназначените за това места.

Видове и характеристики на магистралните шинопроводи
Захранващите магистрали се използват за електрическа връзка между главни разпределителни табла или разпределителни табла и трансформатори, като шинопроводите са по-икономични за употреба особено при по-големи токове. Преимуществата пред кабелните инсталации са по-голяма механична якост при големи дължини с минимални закрепвания, което води до по-кратки монтажни времена, заменят множество кабели с тяхната поддържаща метална арматура, по-лесни за инсталиране в сравнение с многобройни кабели с всички свързани с това проблеми, заемат по-малко пространство, завоите и компенсациите могат да бъдат инсталирани в много по-малка площ от еквивалентните кабелни връзки, осигуряват по-добра устойчивост на разпространение на огъня, падът на напрежение в повечето случаи е по-малък спрямо същата дължина с кабели.

Устройствата за отклонение са два вида - щепселни или фиксирани. Щепселните устройства са проектирани да бъдат поставени в контактите на изходните отвори, намиращи се по дължината на разпределителния магистрален шинопровод. Фиксираните отвори за отклонение се проектират и разполагат по време на производството, за да отговарят на конкретна инсталация. Устройството за отклонение обикновено съдържа апаратура, осигуряваща защита от претоварване на изходната верига, като например прекъсвачи с лят корпус, високомощни предпазители или миниатюрни автоматични прекъсвачи.

Всяко устройство за отклонение включва необходимите елементи за безопасност за защита на системите и персонала. Щепселните устройства са проектирани така, че могат да бъдат включени само по един начин за да се запази правилната поредност на фазите. Когато отклонителните устройствата са снабдени с разединител или прекъсвач, те могат да бъдат блокирани в изключено положение. Покритията, позволяващи достъп до части под напрежение, могат да бъдат отстранени само с помощта на инструмент, като остават вътрешно изложени части под напрежение, екранирани до минимум IP2X или IPXXB в съответствие със стандарта EN 60529 (защитени от допир с пръсти). Свързването на товарите се осъществява чрез кабели или чрез изводи за гнезда според EN 60309-2.

Щепселните разпределителни табла са предназначени за използване, когато има ограничено пространство. Това решение премахва нуждата от устройство за отклоняване, отделно разпределително табло и свързващ кабел. Те са проектирани да бъдат разположени в изходните отвори на шинопроводите. Щепселното табло може да съдържа входно устройство обикновено прекъсвач с лят корпус или високомощни предпазители и изходни устройства като миниатюрни автоматични прекъсвачи, прекъсвач с дефектнотокова защита, високомощни предпазители и др.

Противопожарната бариера е специален шинопровод, предназначен да предотврати разпространението на огън при пожар и да ограничи разпространяването на топлината през стените и подовете на сградата за определено време. Мерките за противопожарна охрана обикновено се монтират фабрично от производителя и се позиционират съгласно схематичния чертеж на инсталацията. Трябва да се обърне особено внимание на необходимия достъп до цялата противопожарната бариера. Възможно е да се наложи да се монтират секции от противопожарна бариера на етапа на монтаж на шинопроводите, ако достъпът до тях е невъзможен.

Защитното заземяване, разположено извън системата от магистрални шинопроводи, трябва да отговаря на Правилника за устройство на електрическите инсталации. Проектантът на електрическата мрежа определя напречното сечение на неутралната шина в зависимост от натоварването на мрежата. Обикновено тя е със същото напречно сечение като фазовите шини (т. е. 100%), а като минимум може да бъде до 50%.

С увеличаването на нелинейните (почти всякакви електронни) еднофазни товари свързани с мрежата, например електронни баласти в осветителните тела или импулсни захранвания (типично се намират в персоналните компютри), се увеличават общите хармонични изкривявания. Ефектите на хармоничните токове върху електрическите проводници са повишена температура, причинена от по-големите токове във фазите на системата, увеличаване на ефективното им съпротивление, причинено от "повърхностния ефект", при който по-високите честоти намаляват ефективната площ на напречното сечение. Токовете на третия хармоник в трифазна система се добавят към тока в неутралната шина, независимо от това дали фазовите токове са балансирани. Токовете в неутралата, дължащи се на хармонично изкривяване предизвикват изкривяване на напрежението и потенциали между неутралата и заземяването.

Наличието на тройни хармоници (кратни на третия) зависи от конкретното приложение и могат да присъстват в шинопроводи за малки и големи токове. Следователно е необходимо да се получат данни и/или да се извърши проучване за всеки нелинеен товар, за да се определи нивото на хармоничните изкривявания.

Един лесен начин за справяне с допълнителната топлина е използването на неутрална шина с по-голямо сечение. Това важи за цялата система от шинопроводи, включително за засегнатите отклонителни устройства и свързаните защитни устройства с неутралната шина. Производителите на магистрални шинопроводи могат да осигурят "усилени" шинопроводи, за да издържат на големия ток в неутралата или да използват паралелно свързани шинопроводи, за да отговарят на спецификацията. Допълнителната топлина, произведена в шинопроводите може да доведе до необходимост от прилагане на температурни корекции, за да могат да се използват стандартни шинопроводи. Възможно е да има ненормално повишаване на температурата в шините поради хармонични токове, протичащи във фазите и сумирането на тройните хармоници в неутралата. Като алтернатива, производителят може да предостави шинопроводи, специално проектирани за дадено ниво на хармонични изкривявания без да е необходима корекция. Друго възможно техническо решение е инсталиране на активни филтри за хармоници, свързани с товара източник на изкривяванията.

Системите от магистрални шинопроводи са конструирани така, че да издържат на ефектите от токове на късо съединение в резултат на повреда в която и да е точка на натоварване, например при контактите за отклонение или в края на трасето на линията. Те се проверяват в съответствие с EN 61439-6, за да се установи тяхната издръжливост на късо съединение.

Изискванията за пад на напрежението в дадена инсталация са дадени в Правилника за устройство на електрическите инсталации. В стандарта EN 61439-6 е определен метод за изчисляване на пада на напрежение за магистрални шинопроводи. Действителният ток обикновено е по-малък от номиналния ток и по този начин съпротивлението на проводниците ще бъде по-малко поради намалената работна температура. Факторът на мощността на товара също влияе на пада на напрежение в зависимост от активното и реактивното съпротивление на самия шинопровод. Когато товарът се отклонява от магистралния шинопровод по дължината му, това също трябва да се вземе под внимание, като се изчислява пада на напрежението за всеки участък.

Всеки електрически проводник, който провежда ток, генерира магнитно поле. Този ефект е важен в някои приложения, за да се гарантира безопасността на персонала и безпроблемната работа на оборудването, инсталирано в близост. Стандартът EN 61439-6 предоставя метод за изпитване и установяване на силата на полето, което заобикаля шинопровода, за да се определят разстоянията за безопасни нива на излагане. Този тест не е задължителен и не е условие за спазване на стандарта.

Алуминий или мед като материал
Тези два материала са както физически, така и икономически приложими за използване като проводници в шинопроводите. Някои производители предлагат продукт с медни шини, а други предлагат продукт с алуминиеви шини. Решенията, водещи до избор на материал, се определят от наличността на суровината, нейната цена и до известна степен от физическите свойства на съответните материали. Друг фактор е съотношението между използването на кабели и шинопроводи. Производителността на системата от магистрални шинопроводи, използващи алуминиеви или медни шини, ще бъде една и съща за всяка спецификация. Ефективността се диктува от съответствието с действащия национален стандарт EN 61439-6. Това са диелектричните свойства (честота и импулсно напрежение на издържане), пожароустойчивост (където е приложимо), импедансни характеристики (R, X, Z), защита от проникване (IP степен), механична якост, съпротивление на разрушаване, издържане на късо съединение, повишаване на температурата, топлинна цикличност (за отклонителните устройства), пад на напрежение.

Алуминият има по-ниска плътност от медта, докато медта има по-висока проводимост. По-ниската плътност на материала означава, че шинопровод с алуминиева шина ще бъде по-лек за даден номинален ток. По-ниската плътност се компенсира до известна степен, тъй като по-ниската проводимост на алуминия означава, че напречното сечение на шините за даден ток ще бъде по-голямо от това на медните шини. Теглото на шината е само част от общото тегло на шинопровода, което включва корпус от алуминий или стомана, плюс изолацията и свързващите средства. Въпреки това може да се покаже, че средно шинопровод с алуминиеви шини ще бъде 30% по-лек от такъв за същия номинален ток, но с медни шини.

Падът на напрежение по протежение на магистралните шинопроводи зависи от големината на протичащия ток и импеданса на шините. Данните, публикувани от производителя за пада на напрежение се основават на най-лошите условия, т. е. при произтичане ток при пълно натоварване и температура на околната среда 35°C. Благодарение на по-високата проводимост на медта, изместена до известна степен от по-голямото напречно сечение на алуминиевата шина, пада на напрежение на единица дължина с медни шини ще бъде средно с около 25% по-нисък, отколкото при алуминиеви шини със същия номинален ток.

Стойностите за загубата на мощност могат да бъдат предоставени от данните, направени по време на тестването за ефективност на системата от шинопроводи. Тъй като загубата на мощност е до голяма степен пропорционална на електрическото съпротивление на шините, тя ще бъде с 25% по-ниска за инсталация от шинопроводи с медни шини, отколкото такава с алуминиеви шини със същия номинален ток. Например трифазен шинопровод с номинален ток 800А може да транспортира мощност до 500kW, загубата на мощност за 50m от шинопровода е от порядъка на 8kW, т. е. ефективността на пренос е 98,4%.

Инсталиране и тестване
Условията на експлоатация трябва да са близо до нормалните условия според стандарта EN61439-6, особено по отношение на температурата и влажността. Тъй като електрическите връзки не са защитени (IP00), докато инсталацията не бъде завършена, компонентите трябва да бъдат защитени от прах/вода и кондензационни/ корозивни материали, тъй като такава защита не може да бъде предоставена от опаковката на производителя. Трябва да се използва подходящо оборудване за товарене, съобразено с теглото и размерите на шинопроводите. Всички компоненти трябва да бъдат проверени за механични повреди и да бъдат подложени на изпитване за изолационно съпротивление преди монтажа. Системите от шинопроводи трябва да бъдат закрепени към сградата в съответствие с инструкциите на производителя. Свързващите контактни повърхности трябва да са чисти и да са особено внимателно подравнени по време на свързването - трябва да се използват най-добрите практики при извършване на електрически връзки. Товарната способност зависи от контактното налягане, за това трябва да се използват данни за въртящия момент, определени от производителя. Извършването на първоначалната проверка на изискванията на Правилника за електрически инсталации и всички допълнителни изисквания от инструкциите на производителя трябва да стане по време на инсталацията, а не преди въвеждане в експлоатация. За да се провери дали инсталацията е извършена правилно и да се предоставят записи за сравнение по време на техническото обслужване, трябва да се провери изолационното съпротивление на цялата система и да се зададат минимални стойности. Измерената стойност зависи не само от качеството на изолацията и дължината на шинопроводите, но също така може да бъде повлияна например от навлизане на влага при инсталацията. Един метод за мониторинг на ефективността на магистралните шинопроводи при пускане в експлоатация е да се направи температурен профил при типични условия на натоварване, като периодично да се извършват повторни проверки за сравнение. Типичното повишение на температурата на външната повърхност до 55К може да се очаква при ток на пълно натоварване.

Безопасност на системата
При производството на шинопроводите не се използват големи количества изолационен пластмасов материал и потенциално опасни материали в случай на пожар. Освен това пластмасовите материали, използвани за изолационните части на шините, винаги са самозагасващи (от V0 до V2), а газовите емисии обикновено са много ниски (без халоген). Ниското електромагнитно излъчване е друго предимство на шините, в резултат на това обвивката на шинопроводите служи като екран за електрическото поле (екранирано заграждение), а близостта между фазовите шини значително намалява излъчването на магнитното поле. Тези характеристики правят шинопроводите неизбежния избор за болнични заведения, центрове за обработка на данни и където е необходимо да се доставя голямо количество енергия в близост до работни места и/или чувствителни съоръжения.

Гъвкавост на системата
Използвайки изходните отвори, разположени върху правите елементи, шинопроводите осигуряват гъвкавост както при планиране, така и при инсталиране на системата. Те се използват и за неизбежните промени, изисквани от електрическата система да се адаптира към разнообразните потребности на крайния потребител по време на експлоатация на инсталацията.

Отклонителните кутии могат да се включват и изваждат от техните отвори с контакти, дори когато шинопровода е под напрежение и да се поставят в друг отвор с контакт, като по този начин се избягва престой. Няма повече връзки точка-точка, а само една електроразпределителна система, от която винаги може да се захрани консуматор там, където има свободен отвор с контакти. Поради своята гъвкавост и издръжливост шинопроводите, монтирани вътре в сградата, позволяват лесно да се промени предназначението на помещенията.

Обслужването на широк кръг от потребители ефикасно, безопасно и надеждно става все по важно. Икономическата ефективност на електроразпределителните системи също е решаващ фактор. Независимо дали е сграда с офиси, изложбена зала, център за данни, работилница, болница или вятърна турбина, независимо дали е за хранително-вкусовата, нефтената и газовата промишленост, автомобилната индустрия, химическата промишленост или производството, системата от магистрални шинопроводи може да се използва навсякъде, където трябва да бъде осигурена надеждна, сигурна и икономична разпределителна система.