Шины электротехнические, классификация, ГОСТы

Электротехническая шина — это проводник с низким сопротивлением (активным и реактивным), к которому могут подсоединяться отдельные электрические цепи (в низковольтных установках и сетях) или высоковольтные устройства (электрические подстанции, высоковольтные РУ и т.д.). Использование шин обеспечивает экономию площади установки, материало- и трудозатрат.

Классификация.

Электротехнические шины классифицируются исходя из:

• Материала изготовления: медные, алюминиевые, сталеалюминевые (состоящие из сердечника, набранного из оцинкованных стальных проводов с повивами из алюминиевых проводов вокруг сердечника и стальные;
• Исполнения: жесткие/мягкие, гибкие;
• Наличия/отсутствии изоляции: изолированные или неизолированные;
• Наличия остутствия перфорации: сплошные, перфорированные. Шины с перфорацией используются в электротехнических шкафах, они легки в сборке и монтаже;
• Геометрической формы поперечного сечения: прямоугольная, двух-/трех/четырех-полосная, коробчатые, трубчатые;
• Назначения:
  • Сборная шина – это шина, к которой могут подключаться распределительные шины и блоки ввода/вывода;
  • Силовая шина (шина электропитания) – шина, которая служит для передачи энергии внутри силовых блоков и между элементами мощных преобразовательных устройств и характеризуется высокими значениями токов и напряжений. Силовая шина может являть собой твердую неизолированную шину, твердую шину в изоляции или конструкцию из набора чередующихся проводящих и изолирующих слоёв, медную плетеную шину в изоляции или без изоляции. Твердая неизолированная медная шина применяется с изолирующими шинодержателями различных типов и изолирующими экранами, исключающими непосредственный доступ к клеммам силовых шин. Данные шины характеризуют большая допустимая плотность тока и высокое напряжение изоляции. В качестве материала шин используется медь или алюминий. По способу крепления силовые шины могут быть вертикальные, горизонтальные, изолированные, задние/ступенчатые и универсальные (мультистандартные);
  • Шина заземления – главная деталь заземляющей системы электроустановок и электросетей. Её также называют главная заземляющая шина ГЗШ. С шиной заземления соединяется рабочий ноль, защитные нулевые проводники и провода внешних заземлений. Обычно ГЗШ являет собой медную пластину с перфорированными отверстиями, может иметь защитные покрытия — олово либо никель. Также применяются стальные ГЗШ. Перед подключением к ГЗШ, провода заземления должны быть опрессованы наконечником для кабелей или соединительной гильзой, а затем уже подключены на болт с гайкой. Шина также комплектуется опорными изоляторами с крепежом.
  • Шины для крепления на DIN-рейке – шины, применяемые для крепления на монтажных рейках в электрических щитах или шкафах управления. Данный тип шин зачастую производят из луженой меди, а диэлектрическое основание, которым осуществляется крепление к монтажным рейкам, из полиамида. Шинами на din-рейку являются нулевые шины, коммутирующие в щитах нулевые провода и провода заземления, или же распределительные шины. Встречаются также шины на din-рейку в корпусе. Такие шины называются распределительными шинами в блоке или распределительными блоками.
  • Распределительная шина – это шина, подключенная к сборной шине и питающая устройство вывода. Данная шина входит в состав одной секции НКУ (низковольтного устройства распределения и управления). Одним из видов распределительных шин являются соединительные или гребенчатые шины. Они предназначены для параллельного включения модульных автоматов, УЗО, дифференциальных автоматов, контакторов и т.д. Гребенчатые шины исполняются из медной пластины прямоугольного сечения и помещаются в пластиковый корпус.
  • Частным случаем распределительных шин являются ступенчатые распределительные блоки. Блоки состоят из ступенчатых изоляционных опор, с помощью которых осуществляется крепление, и как правило 4-х медных шин. На шинках находятся отверстия: резьбовые (М6) для отходящих цепей и без резьбы для питания распределительного блока. Блок может устанавливаться как горизонтально (в зоне коммутационного оборудования), так и вертикально (в кабельном канале шкафа). К лицевой части блока крепится изолирующий экран.

Основные свойства, преимущества и недостатки электротехнических шин.

Гибкие шины не должны перекручиваться, иметь высокую степень тяжения, (отдельно взятые полосы из шины должны обладать одинаковой степенью тяжения).

Для исключения дополнительных механических нагрузок, кроме собственного веса, веса гололеда, силы ветра и пр., количество ответвительных и соединительных зажимов, должно быть сведено к минимуму.

Жесткие шины оборудуются виброгасителями и шинными компенсаторами температурных натяжений, изменяющих их длину. Плоские шины прямоугольного сечения, хорошо отводят тепло. При использовании их на больших токах от 2000 А и выше собирается 2- или 3- или 4-х полосный шинный пакет. Недостаток такого рода сборных шин – сложности, связанные с проведением монтажных работ, наличие индуктированного, неравномерно распределенного тока, ухудшенное охлаждение, плохая механическая устойчивость, к токам к. з. При проведении планового технического ремонта необходима протяжка соединений.

Коробчатые и плоские шины используются в сетях напряжением 10–35 кВ, при выборе их необходимо учитывать возникновение коронного разряда при пробое воздуха, появляющегося при неравномерном распределении токов между полосами. Пример использования коробчатых шин – открытый токопровод для соединения блока турбогенераторов.

Трубчатая форма считается наиболее эффективной: хорошо отводит тепло и отличается высокими характеристиками по прочности. Вокруг трубчатой шины равномерно распределяется электрическое поле, препятствующее появлению коронирования.

Окраска шин.

На жесткие электротехнические шины могут наносится цвета фазной расцветки, кроме идентификации фаз, окрашивание увеличивает теплоотдачу, это способствует увеличению максимального тока нагрузки. Многопроволочные гибкие шины не окрашиваются.

Окраска шин для трехфазной сети:

• Фаза А – желтый;
• Фаза В – зеленый;
• Фаза С – красный;
• Нулевая рабочая – синий;
• Защитная заземляющая – чередующиеся желто-зеленая окраска или черный цвет.

Выбор шин.

Для выбора электротехнических шин используют значения максимального рабочего тока и устойчивость к токам короткого замыкания. Выбирают шины по способу крепления, изоляции и размерам.

Шины алюминиевые электротехнические изготавливают в соответствии с различными нормативными документами:

• «ГОСТ 8617-91. Профили прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия» (в этом стандарте предусмотрено в том числе производство профилей электротехнического назначения);
• «ГОСТ 15176-89. Шины прессованные электротехнического назначения из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия»;
• «ТУ 1-5-009-80. Шины электротехнические из алюминиевых сплавов».
•  «ТУ 16.705.002-77. Шины алюминиевые прямоугольные. Технические условия», регламентирующие производство алюминиевых шин прямоугольного сечения марки ШАТ из твердой алюминиевой проволоки.

Для их производства используют марки алюминия А7Е и А5Е, для гибких шин и кабельной продукции используют технический алюминий АД0 и АД00. Проводники этой марки пластичны, они коррозионностойкие, с хорошей электропроводностью, с минимумом примесей. Для этих же целей используют алюминиевые низколегированные сплавы AI-Mg-Si, для алюминиевых шин марок: АД31, АД31Е, легирующие элементы, входящие в состав, усиливают прочность и повышают упругость, пластичность, отличаются малой степенью электропроводности. В России преобладают шины из алюминия АД31Т. При производстве алюминиевых шин их подвергают горячему прессованию, затем частично или полностью закаливают, искусственно или естественно старят или производят без термообработки.

В соответствии с ГОСТ 15176-89 выпускаются алюминиевые шины прямоугольного сечения марок  АД0, АД31, АД31Т, А5, А6, предназначенные для изготовления токопроводов, шинных сборок, распределительных устройств в электротехнике и энергетике. Химический состав сплавов, применяемых для производства алюминиевых шин определяется в ГОСТ 4784-97. Выбор марки алюминиевого сплава для производства электротехнических шин зависит от назначения конечной продукции. Размер шин подбирается в зависимости от величины предполагаемой нагрузки.

Классификация алюминиевых шин

Наиболее широко производятся шины из материала:

Шины АД0  (без термообработки, сразу после прессования)  из технического алюминия 99,5%, содержащего в своем составе небольшое количество примесей (кремний, железо, магний, титан, цинк, медь и марганец). Шины АД0 обладают повышенной пластичностью, более низким, чем у шин из сплавов, удельным сопротивлением 0,029 Ом*м. Большинство  алюминиевых сплавов  имеют худшую электро- и теплопроводность,  коррозионную стойкость и свариваемость по сравнению с АД0.

Шины АД31 (без термообработки, сразу после прессования) чистота  97,25 – 99,3%, содержащего примеси цинка, магния, кремния, железа, меди и титана. Шины АД31 сочетают прочность и высокую электропроводность,  но более низкую электропроводность, чем шины АД0. Показатель удельного сопротивления шины АД31 — 0,033 Ом*м. Кроме алюминиевых шин из данного сплава изготавливают конструкции и детали для различных отраслей промышленности. После сваривания элементов конструкций сварной шов шины АД31 отличается высокой стойкостью к коррозии алюминия.

Шины АД31Т (после закалки и естественного старения) производятся из сплава, содержащего легирующие компоненты — магний, цинк, железо, титан и кремний, обладающего максимальной прочностью. Показатель удельного сопротивления шины АД31т достигает 0,035 Ом*м. Полуфабрикат шины АД31т упрочняется специальной термообработкой. Она заключается в закалке с определенной температуры и последующей выдержкой в течение некоторого времени при другой температуре -старение. Происходящее при этом изменение структуры сплава,  увеличивает прочность и твердость без потери пластичности.

Прессованный профиль производят из марки алюминия АД0 и сплава АД31 в соответствии с ГОСТ 22233-2001, химический состав – по ГОСТ 4784-97. Для определения химического состава забор и подготовку проб осуществляют согласно ГОСТ 24231-80. Наибольшим спросом пользуются изделия, созданные из алюминиевых сплавов АД0 и АД31Т. Приемлемой температурой их эксплуатации является -40°С до +125°С. При производстве шин допускаются некоторые неровности на их поверхности. Это могут быть забоины, плены, пузыри, царапины, запрессовки. Шины с подобными дефектами должны соответствовать регламенту соответствующих ГОСТ по глубине повреждений.

Достоинства алюминиевых электротехнических шин

Все основные преимущества алюминиевых электротехнических шин связаны со свойствами металла, который используется для их изготовления. Ведь алюминий характеризуется:

• высокой электропроводностью;
• небольшим удельным весом;
• достаточно низкой стоимостью;
• высокой коррозионной стойкостью;
• отсутствием токсичности;
• значительной прочностью.

Благодаря своим высоким показателям электропроводности, при более низкой по-сравнению с медными шинами стоимости и малому весу, алюминиевые шины широко применяются при монтаже проводников тока, распределительных устройств или шинных сборок. Алюминиевые шины обеспечивают срок эксплуатации 25 лет. По причине высокой окисляемости на открытом воздухе и хрупкости, применение алюминиевых шин имеет ряд ограничений. Они не используются в машинах и механизмах с подвижными частями или вибрирующим корпусом. Поэтому в случаях, когда к токоведущим частям предъявляются повышенные требования, применяются медные шины.

Шины медные электротехнические изготовляется в основном в соответствии с ГОСТ 434-78, а новые разновидности по ТУ производителей. По своему химическому ставу марки М2, М1 и М0б соответствуют ГОСТ 859-2001.  Длина шин согласно ГОСТ 434-78 – от 2 до 6 м.

Производятся следующие виды медных шин:

• ШМТ (М1т) — шины медные твердые по ГОСТ 434-78. Твердые медные шины в сравнении с мягкими обладают меньшей проводимостью и применяются там, где требуется прочный и неподвижный шинопровод;
• ШММ — шины медные мягкие по ГОСТ 434-78. Для изготовления мягких шин используется медь марок М1, М1М, М2;
• ШМТВ  — шины медные твердые из безкислородной меди по ГОСТ 434-78. Для изготовления шин из бескислородной меди используют особые медные сплавы, не имеющие в своем составе оксидов;
• ШМТИ — шины медные твердые изолированные по ТУ производителя;
• ШМТЛ — шины медные твердые луженые по ТУ производителя;
• ШМП — шины медные плетеные по ТУ производителя.

Наиболее распространенные марки меди в изготовлении шин:

• М0б. Бескислородная электрорафинированная медь (99,97%) с содержанием кислорода и висмута 0,001%; фосфора, мышьяка, сурьмы, олова и никеля — не более 0,002%; серы, свинца и цинка — до 0,003%; железа — до 0,004%.
• М1. Технически чистая медь (99,90%), переплавленная из катодов в обычной атмосфере, с содержанием кислорода до 0,05%; висмута — 0,001%; мышьяка, сурьмы, олова и никеля — не более 0,002%; серы и цинка — до 0,004%; свинца и железа — до 0,005%. Фосфор и серебро по ГОСТу не нормируются. Если эта марка предназначается для электротехнической промышленности и подлежит испытаниям на электропроводность, к ее обозначению дополнительно добавляют букву Е (М1Е).
• М2. Переплавляемая из лома медь (99,70%), содержит 0,07% кислорода; до 0,002% — висмута; до 0,005% — сурьмы; не более 0,01% — серы, свинца и мышьяка; до 0,05% — олова и железа. Цинк, фосфор и серебро по ГОСТу не нормируются. Как и М1, требует специальных условий для сварки или пайки.

Дефекты и отклонения. Поверхность медных шин не должна иметь повреждений, которые бы превышали удвоенное значение предельных отклонений размеров после контрольной зачистки; при этом отклонение в форме сечения не должно превышать одинарных предельных отклонений размеров сечения. Допустимо, если изделия имеют на поверхности следы смазки или небольшие изменения по цвету вследствие окисления. Прямолинейность для твердых шин (ШМТ, ШМТВ) может иметь отклонения по размеру B, то есть серповидность, в пределах 3,5 мм на 2 м длины. По согласованию с заказчиком допускаются более мягкие требования к серповидности, но в любом случае в пределах 4 мм на 1 м длины. Серповидность полос шин определяется в соответствии с ГОСТ 26877-2008. Твердые шины ШМТВ при изгибе не должны иметь трещин и расслоений.

Механические свойства. Для мягких шин (ШММ) относительное удлинение в процентах в зависимости от размера A должно быть: от 2,5 до 7,0 мм — минимум 37%; от 7,0 до 10,0 мм и свыше — минимум 40%; при этом в любом случае, даже по согласованию с заказчиком, относительное удлинение не может быть меньше 34%. Для твердых шин (ШМТ, ШМТВ) минимальная величина их временного сопротивления к разрыву — 637 МПа (65 кгс/мм²) по Бринеллю (ГОСТ 434-78).

Удельное сопротивление. По ГОСТ 434-78 при температуре 20 °C — не более 0,01724 х 10⁶ Ом x м.

Медные шины отличают такие преимущества в сравнении с алюминиевыми: высокая удельная проводимость (в 1,6 выше чем у алюминиевых шин), механическая прочность, теплопроводность и гибкость, коррозийная стойкость, стыковые контакты с другими шинами не окисляются.

По теме

Активные (омические) и индуктивные сопротивления шин прямоугольного сечения из алюминия и меди

Плетенка. Назначение, марки и материалы

Расчет допустимой силы тока медной гибкой изолированной шины

Обработка шины медной гибкой изолированной ШМГИ при монтаже

Крепление изолированных шин в шкафах, шинных мостах и шинопроводах