Эксплуатация шинопроводов в тяжелых условиях

Помимо нормальных условий эксплуатации, шинопроводы могут использоваться в режимах различных перегрузок, начиная от климатических с температурой и влажностью, до условий с повышенной вибрацией и эксплуатацией в агрессивных пожароопасных средах и других.

Рассмотрим основные причины создающие так называемые тяжелые условия эксплуатации для шинопроводов:

1. Перепады температуры и относительной влажности наблюдаются при превышении предела расположения высоты над уровнем моря свыше 1000 м или установка в районах с арктическим климатом или приравненным к ним.

2. Сильное загрязнение воздуха пылью, наличие дыма, коррозийных или радиоактивных частиц, испарений или соли происходят в установках с повышенной степенью загрязнения с устойчивой электропроводимостью.

3. Воздействие сильных электрических или магнитных полей на шинопровод в установках приближенных к источникам ЭМП промышленной частоты (высоковольтные линии электропередачи, постоянные магниты, электромагниты, электролизные ванны, устройства, в которых используется постоянный ток).

4. Образование плесени или нападение мелких живых существ, происходит в шинопроводах установленных в местах наличия флоры и фауны.

5. Шинопровод испытывает влияние пожароопасной или взрывоопасной среды в зонах, расположенных вне помещения и в помещениях, в которых обращаются твердые и жидкие горючие вещества с температурой вспышки выше 61°С. Зоны, в которых взрывоопасные смеси присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени.

6. Воздействие сильной вибрации или ударов происходит в установках сейсмоопасных зон и/или непосредственно вблизи с источником вибрации и ударов (машины и оборудование, гармоники).

Далее мы подробно рассмотрим перечисленные факторы и их причины создающие тяжелые условия для шинопроводов, определим последствия к которым приводят те или иные виды перегрузок.

Подготовка к проведению многоуровнего предпродажного испытания шинопровода.

Влияние температурных перепадов на шинопроводы

Перепады температуры, в первую очередь вызывают тепловое расширение, воздействующее на состояние алюминиевой и медной шины, что учитывается еще при проектировании шинопроводов. Между рабочим и простым состоянием, температур летом и зимой разность температур от 60 до 70°С и более. Таким образом, этот перепад температур сказывается на перемещении шин по конструкции на определенное расстояние, от 20 до 40мм. Во-вторых, резкие изменения температуры / давления воздуха приводят к образованию конденсата.

Надо отметить, что в системах шинопроводов разработаны методы контроля и оказания противодействия таким негативным последствиям. К примеру, в ряде шинопроводов применяется система контроля температуры в виде оптоволокна и температурного контроллера системы шинопровода.

При проектировании шинопроводов, система рассчитывается на возможное перемещение сборных шин от 20 до 40 мм.

Эксплуатация шинопровода в условиях повышенной вибрации

Вследствие вибрации и частых периодических ударов (в экскаваторах, кранах, судах, подъемном оборудовании и локомотивах), шинопровод подвергается быстрой коррозии металлических частей и ухудшению поверхности изолирующих частей, приводящие к преждевременному старению всей системы.

Подключение шинопровода к трансформатору посредством шинного компенсатора.

Взрывозащита

В пожароопасных и взрывоопасных сооружениях, так и вне их, применяют шинопровод взрывозащищенного исполнения. Использование в потенциально взрывоопасной среде подлежит удовлетворению специфических требований: шина должна быть изолирована; шина в опасных зонах класса B-Ia должна быть медной, постоянное подключение шин должно быть опрессовано или выполнено сваркой; сборные шины должны быть защищены оболочкой со степенью защиты IP31, по крайней мере. Система разбирается только с помощью специального ключа.

Степени защиты

Защита IP характеризуется проникновением воды и твердых предметов. Для использования в зданиях, шинопровод будет гарантированно работать от -5 до +40°C без проблем.

Электроустановки для работы под открытым небом, желательно обеспечить степенью защиты максимально высокой – по возможности IP68. Так как пыль и вода может быть причиной короткого замыкания. Шинопровод уличного исполнения заполняют компаундом, который также служит в качестве защиты шин и каркаса. В таком случае в шинопроводе нет никакого пространства проникающей воды и пыли, что обеспечивает работу при температуре окружающей среды от -60 до + 60°С.

Изоляция эпоксидная или из полимерного бетона, поднимает защиту шинопровода до IP68.

Климатическое исполнение / Категория размещения

При установке шинопровода, рассчитывается его климатическое исполнение на основании принадлежности к климатическому району и месту размещения. Территория России условно делится на макроклиматические районы: умеренный (У), холодный (Х), тропический (Т), общеклиматический (О), морской (М), всеклиматический (В). Так же это деление распространяется на переходные и объединённые подгруппы (УХЛ, ТВ, ТС, ТМ, ОМ…).

В зависимости от местоположения, на высоте до 4300м (в том числе под землей и под водой), шинопровод производят в зависимости от категории применения: на открытом воздухе (1), под навесом (2), в помещении (3), в отапливаемом помещении (4), в отапливаемом помещении с повышенной влажностью (5).

Магистральный шинопровод IP66 УХЛ1 – Климатическое исполнение УХЛ (макроклиматический район с умеренным и холодным климатом), с категорией размещения 1 (на открытом воздухе).

Современные ГОСТы, СНиПы, СП, ТУ, ПУЭ и прочие нормативные документы, могут запутать любого профессионала. Но что касается «Эксплуатации шинопроводов в тяжелых условиях эксплуатации», то тут необходимо следовать перечню норм и правил в ГОСТах, носящих обязательный характер.

Условия эксплуатации ГОСТ 28668-90

6.2. Особые условия эксплуатации

При эксплуатации НКУ в особых нижеперечисленных условиях эти условия должны быть оговорены специальным соглашением между изготовителем и потребителем. Потребитель должен информировать изготовителя о наличии особых условий эксплуатации.

Примеры особых условий эксплуатации:

6.2.1. Значения температуры, относительной влажности и/или высоты над уровнем моря, отличающихся от значений, указанных в п.6.1.

Здесь нам следует вернуться к перечню нормальных условий эксплуатации:

«6.1. Нормальные условия эксплуатации

НКУ, соответствующие требованиям настоящего стандарта, должны эксплуатироваться в указанных ниже условиях.

Примечание. Если применены комплектующие элементы, например реле, электронное оборудование, которые не предназначены для эксплуатации в этих условиях, то должны быть приняты меры, обеспечивающие их надежную работу (см. п.7.6.2.4, второй абзац).

6.1.1. Температура окружающего воздуха

6.1.1.1. Температура окружающего воздуха при установке внутри помещений

Температура окружающего воздуха должна быть не более 40 °С, а средняя температура за 24 ч - не более 35 °С.

Нижний предел температуры окружающего воздуха - минус 5 °С.

6.1.1.2. Температура окружающего воздуха при наружной установке

Температура окружающего воздуха не должна быть более 40 °С, а средняя температура за 24 ч - не более 35 °С.

Нижний предел температуры окружающего воздуха:

минус 25 °С - для умеренного климата,

минус 50 °С - для арктического климата.

Примечание. Эксплуатация НКУ в условиях арктического климата может быть оговорена специальным соглашением между изготовителем и потребителем.

6.1.2. Атмосферные условия

6.1.2.1. Атмосферные условия при установке внутри помещений

Воздух должен быть чистым, относительная влажность его не должна превышать 50% при максимальной температуре 40 °С. При более низких температурах допускается более высокая влажность, например 90% при 20 °С. Следует учитывать возможность образования конденсата при изменении температуры.

6.1.2.2. Атмосферные условия при наружной установке

Относительная влажность может достигать 100% при максимальной температуре 25 °С.

6.1.3. Высота над уровнем моря

Высота над уровнем моря мест установки не должна превышать 2000 м.

Примечание. В случае использования электронных устройств на высоте над уровнем моря св. 1000 м, необходимо учитывать снижение диэлектрической прочности изоляции и охлаждающего действия воздуха. Предназначенные для работы в этих условиях электронные устройства проектируют и эксплуатируют в соответствии с соглашением между изготовителем и потребителем.»

6.2.2. Области применения, в которых изменения температуры и/или давления воздуха происходят с такой скоростью, что внутри НКУ образуется значительная конденсация.

6.2.3. Сильное загрязнение воздуха пылью, наличие дыма, коррозийных или радиоактивных частиц, испарений или соли.

6.2.4. Воздействие сильных электрических или магнитных полей.

6.2.5. Воздействие чрезмерно высоких температур, вызываемых, например, солнечным излучением или от источников с большим тепловым излучением.

6.2.6. Образование плесени или нападение мелких живых существ.

6.2.7. Установка в пожаро- или взрывоопасных помещениях.

6.2.8. Воздействие сильной вибрации или ударов.

6.2.9. Установка комплектующих элементов, например оборудования, встраиваемого в машины или в нишу в стене, в условиях снижения допустимых токовых нагрузок или отключающей способности.

6.2.10. Между потребителем и изготовителем должно быть принято соглашение о мерах по устранению влияния электрических и радиационных помех.

Степени защиты ГОСТ 14254-96

Степень защиты от внешних предметов, обозначаемых характеристической цифрой принята Международной электрической комиссией в качестве стандарта защиты изделий (International Protection), регламентирует после обозначения «IP» обязательно прописывать две цифровые характеристики. Первая характеристическая цифра (от 0 до 6) обозначает степень защиты от попадания внутрь посторонних твердых тел.

Вторая характеристическая цифра обозначает степень защиты, обеспечиваемую корпусом прибора от вредного воздействия воды на работу измерителя.

Испытания на соответствие второй характеристической цифре проводят на пресной воде.

В таблице приведены краткое описание и определение защиты для каждой степени, представленной второй характеристической цифрой.

Перечисленные степени защиты следует нормировать, как указывает ГОСТ 14254-96, только с использованием характеристических чисел, а не с помощью краткого описания или определения.

Европейские нормы, как и ГОСТ 14254-96, базируются на едином положении МЭК 529-89, что обеспечивает идентичность маркировки по IP как у нас в стране, так и за рубежом.

Взрывозащита ГОСТ Р 51330

Российская маркировка взрывозащищенного оборудования ВЗЭО согласно ГОСТ Р 51330.0-99 классифицируется и маркируется по:

виду взрывозащиты;

уровню взрывозащиты;

области применения (группе);

температурному классу.

Виды взрывозащиты

Существуют следующие методы обеспечения взрывозащиты:
● снижение вероятности возникновения электрической искры;
● изоляция электрических цепей от взрывоопасных смесей;
● сдерживание взрыва;
● ограничение мощности искры.

Снижение вероятности возникновения электрической искры обеспечивают:
● взрывозащита вида "е" (повышенная безопасность): предусматривает дополнительные конструктивные меры против возможного превышения допустимой температуры и возникновения дуговых и искровых разрядов при нормальной работе оборудования;

● взрывозащита вида "n": предусматривает дополнительные конструктивные меры против возможности превышения допустимой температуры и возникновения дуговых и искровых разрядов при нормальном и некоторых ненормальных режимах работы

● взрывозащита вида "s" (специальный): может обеспечиваться следующими средствами:

– заключением электрических цепей в герметичную оболочку со степенью защиты IP67;
– герметизацией электрооборудования материалом, обладающим изоляционными свойствами (компаундами, герметиками);
– воздействием на взрывоопасную смесь устройствами и веществами для поглощения, флегматизации, снижения концентрации смеси ниже предела взрываемости.

Изоляция электрических цепей от взрывоопасных смесей

Метод подразумевает заключение электрических цепей в специальные оболочки, заполненные газообразным, жидкостным или твердым диэлектриком. Так как в этом случае взрывоопасная смесь не находится в контакте с электрическими цепями, такое оборудование нормируется и маркируется только по группе I или II без указания категории и температурного класса.

По данному методу реализуются следующие виды взрывозащиты, которые применяются только для ВЗО группы II:

● взрывозащита вида "m" (заливка специальным компаундом);
● взрывозащита вида "о" (масляное заполнение оболочки);
● взрывозащита вида "q" (заполнение оболочки кварцевым песком);
● взрывозащита вида "р" (заполнение или продувка оболочки взрывобезопасным газом под избыточным давлением).

Сдерживание взрыва

По данному методу реализуется взрывозащита вида "d" (взрывонепроницаемая оболочка). Данный метод подразумевает, что электрические цепи помещены в специальную особопрочную оболочку с малым зазором.

Не исключается контакт электрических цепей со взрывоопасной смесью и возможность ее воспламенения, но при этом гарантируется, что оболочка выдержит возникшее в результате взрыва избыточное давление, т. е. вспышка не выйдет за пределы ограничений взрывонепроницаемой оболочки.

Так как раскаленные газы имеют различную проникающую способность, для группы II классифицирование ведется по подгруппам газов IIA; IIB; IIC.

Ограничение мощности искры

По данному методу реализуется защита вида "i" (искробезопасная цепь).

Данный метод подразумевает, что в случае возникновения искры ее мощности будет недостаточно для воспламенения взрывоопасной смеси.

Так как метод не исключает контакта взрывоопасной смеси с электрическими цепями, а энергия искры, достаточная для воспламенения, для каждого газа различна, то классификация/маркировка оборудования для ЭО группы II ведется с учетом подгруппы IIA, IIB, IIC.

Наиболее распространенными видами взрывозащиты, применяемыми в контрольноизмерительных приборах, являются:
● искробезопасная цепь ("i");
● взрывонепроницаемая оболочка ("d").

Метод защиты "взрывонепроницаемая оболочка" наиболее широко известен и применяется в течение длительного периода времени. Общепризнано, что метод защиты "искробезопасная электрическая цепь" является всетаки наиболее безопасным. Но не стоит забывать, что существуют приложения, где целесообразно применять и другие способы защиты.

В дальнейшем будут рассматриваться только два этих вида взрывозащиты.

Комбинированные виды взрывозащиты

Различные виды взрывозащиты могут применяться совместно (комбинироваться). При этом на маркировке вначале указывается основной вид защиты, а затем – дополнительный (например, "d[ib]").

Уровень взрывозащиты (для группы II)

По уровню взрывозащиты оборудование подразделяется на:

Электрооборудование повышенной надежности (знак уровня: "2")
К нему относятся устройства, в которых взрывозащита обеспечивается только при нормальном режиме работы.
Повышенная надежность электрооборудования против взрыва может обеспечиваться:
● взрывозащитой вида "i" с уровнем искробезопасной электрической цепи "ic" и выше;
● взрывозащитой вида "d".

Взрывобезопасное электрооборудование (знак уровня: "1")
Это электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и при вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждения средств взрывозащиты.

Взрывобезопасность электрооборудования может обеспечиваться:
● взрывозащитой вида "i" с уровнем искробезопасной электрической цепи не ниже "ib";
● взрывозащитой вида "d".

Особовзрывобезопасное электрооборудование (знак уровня: "0")
оборудование, в котором приняты дополнительные меры обеспечения взрывозащиты по сравнению с предусмотренными стандартами для взрывобезопасного электрооборудования.

Особая взрывобезопасность электрооборудования может обеспечиваться:
● взрывозащитой вида "i" с уровнем искробезопасной электрической цепи "iа";
● специальным видом взрывозащиты "s";
● дополнительными к основной видами защиты. При этом для отходящих соединений должен обеспечиваться уровень искробезопасных цепей "ia".

Группы взрывозащищенного электрооборудования по области его применения

Так как электрооборудование группы II подразумевает наличие газовых смесей, имеющих различные БЭМЗ и МВТ (см. раздел "Классификация взрывоопасных зон. Категория взрывоопасной смеси (для группы II)"), то взрывозащищенное оборудование группы II с видами защиты "i", "d" делится на подгруппы:

Температурный класс взрывозащиты электрооборудования

Так как электрооборудование группы II подразумевает наличие газовых смесей, имеющих различную температуру самовоспламенения, то взрывобезопасное электрооборудование классифицируется/маркируется также по максимальной температуре нагрева поверхности конструкции.

Климатическое исполнение ГОСТ 15150-69

Исполнение для различных климатических районов в части воздействия климатических факторов внешней среды. Изделия предназначаются для эксплуатации, хранения и транспортирования в диапазоне от верхнего до нижнего значения этих климатических факторов.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 2а

3.1. Нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации изделий принимают равными значениям, указанным в пп. 3.2-3.14, 3.16. Эти значения относятся к эксплуатации изделий на высотах до 1000 м, если в пунктах настоящего раздела не указано иное.

3.2. Значения температуры окружающего воздуха приведены в табл. 3.

Таблица 3

3.3. Значения температуры охлаждающей воды приведены в табл. 4.

Таблица 4

3.4. Рабочие значения температуры почвы на глубине 1 м приведены в табл. 5.

Таблица 5

3.6. Рабочие значения влажности воздуха (сочетания относительной влажности и температуры) приведены в табл. 6.

Таблица 6

3.13. Рабочие значения параметров, характеризующих действие пыли, приведены в табл. 7.

Таблица 7

3.14. Содержание в атмосфере на открытом воздухе коррозионно-активных агентов приведено в табл. 8.

Таблица 8

3.17. Арбитражные климатические условия измерений (испытаний) характеризуются одним из сочетаний значений климатических факторов, указанных в табл. 8а.

Таблица 8а

5.4. При установлении номинальных температур для изделий в соответствии с п 5.1 необходимо:

а) для изделий категории 1 при установлении верхних и предельных рабочих значений температуры учитывать дополнительное увеличение температуры изделия за счет нагрева солнечными лучами.

Исключение составляют изделия, конструктивные особенности или характер работы которых обеспечивают практическое отсутствие дополнительного повышения температуры тех узлов или деталей, которые влияют на долговечность и надежность изделия. Рекомендуется принимать значения дополнительных увеличений температуры изделий за счет нагрева солнечными лучами, указанные в табл. 9.

Таблица 9

5.11. В технически обоснованных случаях в технических заданиях, стандартах и технических условиях могут устанавливаться более жесткие, чем указаны в настоящем стандарте, значения климатических факторов.

4

Рекомендации по выбору шинопровода

Остановимся подробней на проведение обязательных расчетов. Выбор шинопроводов несложен и основан на данных, предоставленных изготовителем. Методы монтажа, выбор изоляционных материалов и поправочные коэффициенты для групп цепей не являются при этом определяющими параметрами.

Площадь поперечного сечения для любой модели определяется изготовителем на основе следующих параметров:

• Номинальный ток.
• Температура окружающего воздуха.
• 3 нагруженные шины.

Номинальный ток рассчитывается с учетом следующих факторов:

• Схема расположения (компоновка),
• Ток, потребляемый различными ЭП, питаемыми от шинопровода.

При температурах выше 35°C должен применяться поправочный коэффициент. Этот коэффициент, применяемый с учетом среды и высоких токов (до 4000 А)..

При наличии токов 3-й гармоники по нейтрали может проходить значительный ток. Поэтому, необходимо учитывать дополнительные потери мощности. График показывает максимальные допустимые токи фазной и нейтральной шин в шинопроводах большой мощности в зависимости от уровня 3-й гармоники.

Компоновка шинопровода зависит от расположения ЭП, местоположения источника питания и возможностей крепления шинопровода.
- Одна секция шинопровода обслуживает участок 4-6 м.
- Устройства защиты ЭП размещаются в ответвительных коробках, располагающихся в точках подключения ЭП.
- Один шинопровод обслуживает все присоединенные ЭП разной мощности.

После определения компоновки шинопровода можно рассчитать потребляемый им ток In . Ток In равен сумме токов, потребляемых ЭП In: In = ΣIb. Потребители тока не работают все одновременно и при полной нагрузке. Поэтому нужно использовать коэффициент одновременности k_s: I_n = Σ (Ib • k_S).

Методика проектирования заказчиком системы шинопроводов для передачи и распределения электроэнергии предполагает разработку схем и расчетов, таких как:

Общая электрическая нагрузка.

Ток короткого замыкания.

Схема подключения.

План трассы шинопровода.

Защита шинопровода от перегрузок

Чтобы подключить дополнительные нагрузки, защиту шинопровода, как правило, устанавливают на уровне его номинального тока Inc (или его допустимого тока Iz в случае применения коэффициента k1).

Защита автоматическим выключателем:

уставка Ir автоматического выключателя должна быть: Iz = Ib x k1 y Ir y Inc.

Защита автоматическим выключателем позволяет использовать шинопровод на полную мощность, поскольку нормированный номинальный ток In автоматического выключателя In y Inc / K2, где K2 = 1.

Защита с помощью предохранителей gG (gl):

определите нормированный номинальный ток In предохранителя по формуле: In y Inc / K2;

где K2 = 1,1;

выберите нормированный In равного значения или ниже.

Проверьте следующее условие: In u Ib x k1 = Iz.

Если это условие не удовлетворяется, выберите шинопровод более высокого номинала.

Проверка номинала по отношению к выдерживаемому току короткого замыкания

Начальное действующее значение периодической составляю­щей тока трехфазного КЗ определяется выражением

Значение номинала должно быть выше, чем расчетный ток короткого замыкания в любой точке электроустановки.

Вычислите ток короткого замыкания для худшей точки установки.

Проверьте, чтобы шинопровод выбранного номинала выдерживал данный ток короткого замыкания.

В противном случае, есть 2 решения:

-выбрать шинопровод более высокого номинала и проверить еще раз;

-установить перед шинопроводом систему защит с ограничением пикового тока.

Применение автоматических выключателей обеспечивает:

-защиту от перегрузок и коротких замыканий;

-каскадирование:

-упрощение проектирования с сохранением высокого уровня надежности;

-простую и легкую локализацию аварии;

-легкое повторное включение.

Стоит обратить внимание на разницу в расчетах предохранителей и автоматических выключателей, так как у них отличие в технологии производств. Соответственно тепловая установка автоматического выключателя является более точной, это предусмотрено конструкцией.

Inc = Ib x k1 x k2:

Ib : расчетный ток;

Inc : допустимый ток шинопровода;

k1 : температурный коэффициент понижения номинала;

k2 : коэффициент понижения номинала, связанный с типом защитного устройства:

- предохранитель: k2 = 1,1;

- автоматический выключатель: k2 = 1.

Iz = Ib x k1.

In = номинальный ток предохранителя или автоматического выключателя.

ПРИМЕР:

Для расчетного тока Ib = 1900 A при температуре окружающей среды 35С:

Защита предохранителями:

Inc = Ib x k1 x k2 = 1900 x 1 x 1,1 = 2090 A.

Правильно выбранный шинопровод Inс = 2500 А.

Защита автоматическим выключателем:

Inc = Ib x k1 x k2 = 1900 x 1 x 1 = 1900 A.

Правильно выбранный шинопровод Inс = 2000 А.

Разница 20% в измерении рабочего тока приводит к увеличению номинала шинопровода на 10% в случае, если он защищен предохранителями!!!

Предохранитель для распределительных сетей откалиброван для срабатывания при превышении его номинального тока (In) в диапазоне от 1,25 до 1,6. Автоматический выключатель откалиброван для срабатывания при превышении его тока уставки (Ir, который является функцией In автоматического выключателя) в диапазоне от 1,05 до 1,3 (1,2 для автоматических выключателей с электронным расцепителем). Максимальный рабочий ток устанавливается стандартами (МЭК 364, NFC 15-100 и т.д.) на уровне в 1,45 от допустимого тока шинопровода.

И в заключении статьи, хотелось бы подчеркнуть простую истину – при соблюдении простых и понятных правил нормативных документов, носящих обязательный характер, эксплуатация шинопроводов в тяжелых условиях эксплуатации, пройдет гарантийный и постгарантийный срок безаварийно!

11.05.2016