Медные и алюминиевые шины в щитах: расчет и монтаж

Приветствую! Меня зовут Игорь, работаю в компании "KabelIrkutsk RU" с щитовым оборудованием уже больше десяти лет. Сегодня опять затронем тему шинных сборок, потому что вопросов по ним меня спрашивают постоянно. В этой статье я расскажу о чем-то вам сегодня расскажу про реальный опыт подбора и монтажа токопроводящих шин в распределительных устройствах.

Выбор материала шин: медь или алюминий

На первом этапе нужно разобраться с выбором самого материала. Да-да, здесь такой момент, что многие сразу хватаются за медь, но это не всегда оправдано экономически. По сути, алюминиевые шины дешевле примерно в три раза, при этом проводимость у них ниже процентов на сорок по сравнению с медными. То есть для одной и той же токовой нагрузки алюминиевую шину придется брать большего сечения.

Дело в том, что удельная проводимость меди составляет около пятидесяти восьми миллионов сименсов на метр, а у алюминия это тридцать семь миллионов. Вот соответственно, если нам нужно пропустить, допустим, тысячу ампер, медная шина сечением сто двадцать квадратных миллиметров справится, а алюминиевой понадобится уже двести. Суть в том, что при больших токах разница в габаритах становится критичной, особенно в плотной компоновке щита.

Расчет токовой нагрузки и выбор сечения

На практике я всегда начинаю с определения расчетного тока. Стоит заранее разобрать все подключаемые нагрузки, просуммировать их мощности с учетом коэффициента спроса. В принципе, для жилых объектов коэффициент спроса берут ноль целых семь десятых, для промышленных зависит от графика работы оборудования.

Например, если суммарная мощность трехфазной нагрузки составляет сто киловатт при напряжении триста восемьдесят вольт, расчетный ток будет около ста пятидесяти двух ампер. Вот, дальше смотрим по таблицам допустимых токовых нагрузок. Как правило, для меди такого тока хватит шины двадцать на три миллиметра, а для алюминия нужна тридцать на пять.

Лично я всегда закладываю запас процентов двадцать пять, потому что нагрузки имеют свойство расти, и лучше сразу предусмотреть резерв. Значит, беру следующий типоразмер. Опять же, нужно учитывать способ прокладки шин. То есть там, если они идут вертикально в открытом воздухе, охлаждение лучше, чем при горизонтальной укладке в плотной компоновке.

Особенности соединения шин

Вот и переходим к монтажу. Суть здесь в чем: соединения шин являются самым слабым местом всей сборки. В большинстве случаев проблемы начинаются именно с контактных соединений, где возникает переходное сопротивление. Как это работает? Вот, то есть в месте контакта двух металлических поверхностей всегда есть микронеровности, окисные пленки, которые препятствуют нормальному току.

Соответственно, медные шины между собой соединяю болтовым креплением через плоские шайбы и гроверы. Ладно, гроверы некоторые сейчас критикуют, но по моему мнению они все равно помогают при вибрациях. Момент затяжки для М10 болтов должен быть около сорока пяти ньютон-метров. Не рекомендую затягивать на глаз, лучше использовать динамометрический ключ.

Так вот, если соединяем медь с алюминием, обязательно нужна биметаллическая переходная пластина. Вот потому что прямой контакт этих металлов приводит к электрохимической коррозии из-за разности потенциалов. Короче, через пару лет такое соединение начнет греться и искрить. Моя команда использует луженые медные наконечники или специальные алюмомедные переходники.

Крепление шин в щите и изоляция

Разберём самые актуальные моменты крепления. Шины монтируются на изоляторах, которые подбираются под напряжение сети. Для низковольтных щитов до тысячи вольт применяются опорные изоляторы из пластика или керамики. Расстояние между изоляторами зависит от сечения шины. Как бы, для шин двадцать на три миллиметра шаг опор должен быть не более пятисот миллиметров, иначе будет провисание и вибрация под нагрузкой.

Так сказать, изоляция самих шин тоже важна. В общем, для защиты от случайного прикосновения применяют термоусаживаемые трубки или специальные изоляционные чехлы. Всмысле, если щит в доступном месте, это обязательное требование ПУЭ. Ну вот, сам сталкивался со случаями, когда обслуживающий персонал получал удар из-за оголенных шин при работах под напряжением.

Проверка правильности монтажа

Вот, и соответственно, после сборки нужна проверка. На данный момент основные методы контроля это измерение переходного сопротивления контактов и тепловизионная диагностика под нагрузкой. То есть там нормальное переходное сопротивление болтового соединения медных шин не должно превышать ноль целых пять сотых миллиома. Если больше, значит контакт плохой, нужно переделывать.

Могу рекомендовать после первого включения под нагрузку дать поработать щиту часа два-три, потом пройтись тепловизором. Скорее всего, если где-то есть проблемный контакт, он сразу покажет повышенную температуру. Практически в любых нишах электромонтажа это работает как самый передовой помощник в диагностике. Рассмотрим, что работало ранее: раньше просто руками щупали нагрев, но это опасно и неточно.

Типичные ошибки при монтаже шин

Обсудили следующие темы по расчету, теперь про ошибки. Что это значит для практики? Первая распространенная проблема, это недостаточная зачистка контактных поверхностей. Окисная пленка на алюминии особенно коварна, ее нужно удалять непосредственно перед сборкой, потому что она восстанавливается за считанные минуты. Вот, то есть зачистил, сразу смазал кварцевазелиновой пастой и затянул.

Затронули следующие темы: вторая ошибка, это неправильный момент затяжки болтов. Здесь такой момент, что недотянешь, будет плохой контакт и нагрев. Перетянешь, продавишь шину и тоже получишь проблемы. Основные этапы затяжки: сначала равномерно подтягиваем все болты соединения крест-накрест, потом финальная затяжка с контролем момента.

Зачем это все? Что делать, если сечение шины подобрано впритык без запаса? Это бешеные цифры по нагреву при пиковых нагрузках. Можно поставить принудительную вентиляцию щита, но лучше сразу брать шины с запасом. Какие результаты можно достичь правильным подходом? Удаётся достигать классных результатов по надежности, щит работает десятилетиями без проблем.

Вместо заключения

Резюмируем ключевые моменты. Очень актуальная тема выбора между медью и алюминием решается исходя из токовых нагрузок, бюджета и габаритов щита. Один из самых эффективных способов избежать проблем, это правильный расчет сечения с запасом и качественный монтаж соединений. Общие рекомендации: используйте динамометрический ключ, не экономьте на биметаллических переходниках, обязательно проводите тепловизионный контроль после первого включения. Куда вообще всё катится в плане качества? Сейчас это самый передовой подход, когда каждый узел проверяется приборами, а не на глаз. Что в итоге? Правильно смонтированные шины, это высокоэффективный инструмент распределения электроэнергии, который работает надежно и безопасно.

Популярные вопросы и ответы

Можно ли использовать алюминиевые шины в щитах жилых домов?

Здравствуйте дорогие друзья, да, можно. Алюминий широко применяется в бюджетных решениях при правильном расчете сечения. Главное, соблюдать технологию соединений и использовать антикоррозионные пасты.

Какое расстояние должно быть между фазными шинами в щите?

Привет всем! По ПУЭ для напряжения до тысячи вольт минимальное расстояние в воздухе двенадцать миллиметров. На первом этапе проектирования лучше закладывать двадцать миллиметров для удобства монтажа.

Нужно ли красить медные шины или достаточно естественного цвета?

На практике медные шины можно не красить, они и так хорошо различимы. Алюминиевые же рекомендую маркировать цветной изолентой по фазам: желтая фаза А, зеленая фаза В, красная фаза С. Это помогает при обслуживании.

Как часто нужно проверять затяжку болтовых соединений шин?

По моему опыту первую ревизию делаю через полгода после ввода щита в эксплуатацию. Дело в том, что металл дает усадку под нагрузкой. Дальше достаточно проверять раз в три года при плановом обслуживании. Разлетаются как горячие пирожки запросы на ревизию после аварий на соседних объектах, все вспоминают про профилактику.