Опыт применения литых токопроводов в России

Целью настоящей статьи является попытка обобщить этот опыт и рассмотреть все преимущества и недостатки применения литых токопроводов на энергетических объектах России.



Конструктивные особенности литых токопроводов

Литые токопроводы до 35 кВ можно подразделить на два основных типа – это токопроводы пофазноизолированные литые (ТПЛ) и токопроводы комплектные литые (ТКЛ). Токопроводы имеют два исполнения – для внутренней и наружной установки.

а) Токопроводы типа ТПЛ.

Каждая фаза ТПЛ состоит из секций различной конфигурации, длиной не более 10 метров, которые соединяются между собой с использованием специальных муфт. Конструкция секций и соединительных муфт показана на рис. 1. ­

При наружном исполнении секции и муфты изготавливаются заключенными в кожух из нержавеющей стали и алюминия.

Токоведущая шина (1) ТПЛ 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 ТПЛ соединяются между собой шинными компенсаторами (6), которые позволяют скомпенсировать линейное расширение проводника при изменении температуры и строительных погрешностях. Изоляция места соединения секций ТПЛ достигается за счет применения соединительных муфт.

б) Токопроводы типа ТКЛ.

Литой токопровод типа ТКЛ 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 ТКЛ 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 ТКЛ 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 ТКЛ 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. Для внутренней установки ТКЛ предусмотрен металлический кожух с отверстиями, а для наружной установки – сплошной.

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



Выбор типа литого токопровода

Наличие двух типов литых токопроводов – ТПЛ и ТКЛ, вполне естественно, ставит перед заказчиком вопрос – какой из этих двух типов предпочтительнее выбрать?

Область применения ТПЛ и ТКЛ одна и та же, однако предпочтение зависит от требований заказчика к условиям эксплуатации и номинальных параметров токопровода. Рассмотрим некоторые из них.

Например, если литой токопровод эксплуатируется во влажных условиях, то, несмотря на то что оба типа имеют возможность изготовления со степенью защиты IP 68, предпочтительнее является тип ТКЛ. Это обусловлено тем, что место соединения двух секций в токопроводах типа ТКЛ заливается эпоксидной смолой и полностью исключает возможность попадания внутрь влаги. Что касается ТПЛ, то места соединения двух секций в таком токопроводе изолируется и защищается от влаги разборной муфтой и, следовательно, качество защиты будет в огромной степени зависеть от качества монтажных работ, что не всегда удается обеспечить. Есть ряд примеров, где в результате плохого монтажа пофазно-изолированных токопроводов в места соединений двух секций проникала влага, что, в конечном счете, приводило к разрушению секций токопровода.

Другой пример: если место установки литого токопровода располагается в непосредственной близи нахождения рабочего персонала, то предпочтение лучше отдавать типу ТПЛ по сравнению с ТКЛ. Это обусловлено тем, что контур заземления в токопроводе типа ТПЛ расположен внутри литой изоляции и практически исключает возможность попадания людей под высокое напряжение по всей трассе токопровода. В отличие от ТПЛ, токопроводы типа ТКЛ закрываются с помощью заземляемого металлического кожуха, и по степени своей безопасности они уступают токопроводам типа ТПЛ.

Следующий пример: если заказчику требуются литые токопроводы на большие динамические токи при минимальных межфазных расстоянияx, то в данном случае предпочтение имеют токопроводы типа ТКЛ по сравнению с ТПЛ. Это обусловлено тем, что в литых токопроводах типа ТКЛ 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 ТКЛ, достичь для ТПЛ очень сложно.

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

По уровню изоляции конструкция ТПЛ позволяет изготавливать токопроводы на номинальные напряжения до 35 кВ и выше, в то время как токопроводы типа ТКЛ возможно изготавливать лишь на напряжение до 24 кВ, и, следовательно, по этому признаку ТПЛ имеют преимущества перед токопроводами типа ТКЛ.

Кроме того, преимуществом токопроводов ТПЛ является меньший удельный вес, то есть вес одного погонного метра, что снижает требования к прочности строительной части здания, а также позволяет упростить монтаж.

С другой стороны, для токопроводов низких напряжений до 1 кВ ТКЛ имеет однозначное преимущество перед ТПЛ за счет своей значительно меньшей стоимости и компактности.

Из всего вышесказанного ясно, что оптимальный выбор типа литого токопровода, прежде всего, зависит от требований заказчика к его номинальным параметрам и условиям эксплуатации токопровода и требует учета многих факторов.



Преимущества и недостатки литых токопроводов

Помимо литых токопроводов на средние напряжения, можно применять также токопроводы с воздушной изоляцией, жесткую ошиновку, а также кабели. Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки, поэтому всегда необходимо проводить технико-экономическое обоснование при выборе типа токопровода.

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.

Основными преимуществами литых токопроводов являются:

1) компактные размеры токопроводов и недорогой монтаж;

2) любая геометрическая форма и малые радиусы изгиба;

3) высокая механическая прочность изоляции;

4) высокая пожаро- и взрывобезопасность;

5) высокая устойчивость к токам короткого замыкания;

6) высокие перегрузочные способности;

7) высокая устойчивость в сейсмических районах;

8) высокая химическая стойкость;

9) малые удельные потери мощности;

10) большой срок службы.

К основным недостаткам литых токопроводов можно отнести:

1) относительно высокую стоимость;

2) наличие большого числа болтовых соединений;

3) специальные требования к хранению и такелажу;

4) высокие требования к качеству монтажа.

Первые два пункта из перечисленных недостатков в настоящее время уже нашли свое частичное решение.

По поводу стоимости литых токопроводов – на самом деле, если учитывать в стоимости токопровода также стоимость монтажа и эксплуатации токопроводов, то тогда цены на литые токопроводы будут сравнимы с ценой на кабель и другие виды токопроводов. Кроме того, стоимость на литые токопроводы можно оптимизировать. Очень интересным является предложение российской фирмы «РТК-ЭЛЕКТРО-М» комбинировать применение литых токопроводов ТПЛ с открытыми токопроводами собственного производства (жесткая ошиновка). Там, где достаточно места для прохождения токопровода и нет обслуживающего персонала, целесообразно применять открытые токопроводы, а при входе в помещение, где место ограничено и находится рабочий персонал, – устанавливать токопроводы ТПЛ. В настоящее время подобный проект разрабатывается и внедряется на строящейся подстанции 220 / 10 кВ «Ступино». Это позволяет значительно сократить расходы на применение токопровода, поскольку вместо дорогих литых токопроводов наружной установки используются более дешевые открытые токопроводы.

Что касается большого количества болтовых соединений, то уже сейчас фирма «РТК-ЭЛЕКТРО-М» предлагает литые токопроводы ТПЛ со сварными соединениями. Эта разработка российской фирмы сейчас находится на стадии патентования. Однако необходимо отметить, что применение сварных соединений значительно усложняет и удорожает процесс монтажа токопровода.

Что касается пунктов 3 и 4, нужно отметить следующее.

Нарушение требований завода-изготовителя по вопросу хранения и такелажа литых токопроводов может привести к серьезному повреждению изоляции токопровода и, как следствие, к электрическому пробою. Были отмечены случаи, когда токопроводы типа ТПЛ внутренней установки хранились под снегом и дождем без соответствующего укрытия, когда секции токопровода перетаскивались по рассыпанному гравию с места на место, что повреждало его изоляцию, или их бросали на землю; когда по смонтированному на объекте токопроводу ходил рабочий персонал и т. д. Понятно, что такие токопроводы не обеспечат их безаварийную работу и поэтому поврежденные секции должны быть обязательно заменены. Чтобы обеспечить качественную работу литых токопроводов, необходимо точно выполнять все требования завода-изготовителя по хранению и такелажу, указанные в его инструкциях.

Что касается монтажа литых токопроводов, то проведение этих работ требует не только обученных шеф-инженеров, но и квалифицированных монтажников со специальными знаниями. К сожалению, основная масса заказчиков не придает этому большого значения, и, как следствие, могут случаться экстренные остановки работы токопровода или даже его разрушение. Наиболее часто встречающиеся ошибки при монтаже литых токопроводов таковы:

1) некачественный монтаж муфт литых токопроводов, из‑за которого внутрь муфт попадает влага, что в дальнейшем приводит к разрушению муфты или секции;

2) неправильно выполненное заземление, из‑за чего в токопроводе возникают электрические разряды;

3) недостаточное усилие затяжки болтов при соединении контактов секций токопровода, из‑за чего наблюдается их недопустимый разогрев.

Интересное решение для обеспечения качества монтажа литых токопроводов предложил российский производитель. Во-первых, это обучение и обязательная аттестация монтажников, которые необходимы, чтобы быть допущенным к монтажу литых токопроводов, а во‑вторых, это ведение шеф-инженером так называемого паспорта монтажа, в котором регистрируется каждый этап монтажа. Например, монтажник не имеет права закрывать муфту токопровода, пока шеф-инженер не проверит усилие затяжки болтов, заземление муфты и т. д. В паспорте указывается, какой именно монтажник проводил монтаж той или иной муфты, что позволяет заметно усилить персональную ответственность как монтажников, так и шеф-инженеров.

Таким образом, что касается специальных требований к монтажу, хранению и такелажу литых токопроводов, то без них применение литых токопроводов просто невозможно. Анализ повреждений литых токопроводов показал, что более 90 процентов таковых возникало в результате некачественного монтажа и плохого хранения токопроводов, причем эти проблемы имели место с продукцией как отечественного, так и зарубежного производства. Можно однозначно сказать, что качество работы литого токопровода в равной мере зависит как от качества изделия, так и от качества его монтажа. Невозможно добиться успеха, если не учитывать это обстоятельство.



Выводы

Литые токопроводы типа ТПЛ и ТКЛ имеют свою определенную нишу для передачи и распределения электроэнергии и будут широко применяться в российской энергетике. Правильный выбор типа литого токопровода зависит от предъявляемых к токопроводу требований и от условий его применения. Применение того или иного типа литого токопровода требует технико-экономического обоснования. В решении определенных задач литые токопроводы имеют ряд преимуществ и достоинств перед кабелем и другими типами токопроводов. Чтобы обеспечить высокое качество литых токопроводов, нужно учитывать все требования завода-изготовителя по монтажу и хранению литых токопроводов.

Сегодня в России работает местный российский производитель качественных литых токопроводов, который занимает ведущие позиции в этой области и конкурирует с зарубежными изготовителями литых токопроводов как у нас в стране, так и за рубежом.