Токопроводящие шины: что это и как они устроены

Электротехнические шины используют в высоковольтных и низковольтных энергоустановках различных видов и областей назначения. Без этих устройств невозможно представить сборку и установку электрической цепи на предприятии. Шины выполняют роль проводников тока, соединяя элементы установки без потерь энергии. Благодаря им удается оптимизировать работу цепи, уменьшить затраты материалов и сделать монтаж оборудования гораздо проще. Также электроустановка при использовании шин становится меньше по габаритам.

Как правило, токопроводящие шины представляют собой вытянутые металлические пластины разной формы. В зависимости от области использования различают несколько видов этих приспособлений. В статье расскажем о них подробно.

Чтобы обслуживать оборудование было проще, нужны качественные шины

Виды электротехнических шин

При помощи токопроводящих шин соединяют выключатели, контакторы, генераторы, разъединители, трансформаторы, компенсаторы и другие части промышленного электрического оборудования. От сечения таких соединительных частей зависит нагрузка, которую они выдерживают.

Существуют жесткие шины без изоляции. Это обычные прямоугольные пластины из меди или алюминия, которые устанавливают на крупных узлах. В числе мест установки жестких неизолированных шин входы распределительных устройств, соединения трансформатора с ГРУ или с КРУ и РУ. Также подобные соединения встречаются в закрытых РУ на количество энергии в 6–10 киловатт. Местом применения жестких шин без изоляции являются и трансформаторы, расположенные в шкафах. Помимо прямоугольного сечения таких соединений, существует и коробчатое. Оно рекомендуется для сетей с высокими нагрузками: благодаря коробчатому сечению обеспечивается лучшее охлаждение системы и меньшие потери энергии. Жесткие шины закрепляют в системе при помощи опорных изоляторов.

Ко второму стандарту соединений элементов электрического оборудования относят гибкие изолированные шины. Они представляют собой несколько тонких прямоугольных длинных пластин, помещенных друг на друга. Вместе их соединяет плотная изоляция из ПВХ или подобного материала. Гибкие шины легко установить, они не ржавеют со временем, наконец, их, в отличие от жестких аналогов, можно расположить ближе друг к другу – за счет этого экономится место. Устанавливают соединения при помощи контактных шайб и болтов, для чего предварительно пробивают отверстия. Закручивать нужно ключом с ограничителем. Кабельные наконечники не требуются.

Гибкие шины используют во всех видах электрического оборудования, вне зависимости от нагрузки сети. Например, это может быть связка ОРУ с блочным трансформатором или РУ на 35 киловатт.

Среди гибких токопроводящих шин особое место занимают плетеные. Они обладают наиболее высокой проводимостью и выделяют очень мало тепла. Такие соединения сплетают из полосок меди. В ряде случаев их производят под давлением при помощи диффузионной сварки. Через тонкие медные фрагменты пропускают электрический ток, в результате чего они привариваются друг к другу. Чтобы монтировать такие соединения, возможно придется сверлить установочные площадки, но так бывает не всегда. Плетеные шины соединяют шинные линии с любым оборудованием. Еще одним их достоинством является устойчивость к вибрациям. Поэтому плетеные шины применяют в сейсмоопасных зонах, а также в автовыключателях, токопроводах сварочных аппаратов или печах сопротивления.

Современные производители изготавливают большой выбор аксессуаров для шин. Это зажимы, биметаллические пластины, шинодержатели и изоляторы разных видов. Все это делает монтаж соединений разных видов достаточно простым делом.

Типы шин по сферам применения

Если шины подобраны правильно, у электриков будет меньше работы

Стандарты производства токопроводящих шин

Медные шины и их использование

Шины из меди широко применяют при сборке и монтаже электрического оборудования разных типов. Они бывают гибкими и жесткими. Те и другие очень популярны. Шины из меди стоят дороже алюминиевых. Все потому, что медь имеет сравнительно более высокую прочность и меньшее сопротивление. Это позволяет соединениям выдерживать высокие нагрузки длительное время, не теряя своих свойств. Медные шины производят следующими способами:

Для изолированных соединений в качестве изоляционного материала используют ПВХ. Его наносят методом экструзии. Благодаря этому слой материала равномерно распределяется по поверхности, остается очень гибким и в то же время устойчивым к механическим нагрузкам. Медные шины могут выполнять свои функции в температурном диапазоне от −45 до 105 °С и при напряжении в сети в 1500 Вольт.

Качественные токопроводящие шины – залог долговечности промышленного оборудования

Алюминиевые токопроводящие шины и их особенности

Алюминиевые шины производят из сплавов или чистого металла. В обоих случаях нередко применяют алюминий с маркировкой А5, но чаще АД0. Если говорить о прессованных соединениях, то к АД0 добавляется марка АД31, которая имеет небольшую прочность. Однако для поставленных целей такой металл тоже подходит. Производят изделия методом холодного и горячего проката. Если при осмотре поверхность окажется шероховатой, ничего страшного. Это допустимо нормативами.

Алюминиевые токопроводящие шины устойчивы к образованию коррозии, имеют хорошую проводимость, малый вес и, что немаловажно, доступные цены. Кроме того, такие изделия малотоксичны. Это позволяет обеспечить безопасность людей на производстве.

Заключение

При покупке электротехнических шин необходимо учитывать характеристики оборудования, напряжение и сопротивление в сети. Также нужно тщательно выбирать поставщиков и следить за тем, чтобы продукция соответствовала всем принятым стандартам. Так шины прослужат максимально долго и облегчат обслуживание электрооборудования, а также помогут стабилизировать его работу.

Источник

Шинные конструкции распределительных устройств

Сборные шины распределительных устройств представляют собой неизолированные, сравнительно массивные токоведущие проводники прямоугольного, круглого или профильного сечения. В пределах помещения закрытого РУ все ответвления от шин и присоединения к аппаратам выполняются также голыми проводниками, образующими ошиновку.

Сборные шины являются центральной и наиболее ответственной частью РУ, так как к ним поступает электроэнергия от всех генераторов станции (или трансформаторов подстанции) и к ним же присоединяются все отходящие линии.

В закрытых РУ до 35 кв включительно сборные шины выполняют из алюминиевых полос прямоугольного сечения. Стальные шины применяют в электроустановках малой мощности при токах нагрузки не свыше 300—400 А.

Следует отметить, что прямоугольные (плоские) проводники более экономичны, чем круглые. При равной площади сечения у прямоугольной шины боковая поверхность охлаждения больше, чем у круглой.

В помещении РУ шины монтируются на специальных шинных полках или каркасах аппаратных ячеек. Шины укладываются на опорных фарфоровых изоляторах на ребро или плашмя и закрепляются при помощи шинодержателей.

Существует много различных способов установки шин. Каждому из них присущи свои преимущества и недостатки.

Условия охлаждения шин, установленных на ребро, лучше, чем расположенных плашмя. В первом случае коэффициент теплоотдачи на 10—15% выше, чем во втором, и это учитывается при определении допускаемое токовой нагрузки (ПУЭ). Шины, обращенные к соседним своей узкой стороной (ребром), обладают большей механической устойчивостью.

Для возможности перемещения шин вдоль их осп при температурном удлинении шина в середине участка крепится жестко, а в пролете — свободно. Кроме того, при большой длине шин устанавливают компенсаторы, которые принимают на себя температурные удлинения. Две шинные полосы соединяются между собой при помощи гибкого пакета тонких медных или алюминиевых лент. Концы шинных полос имеют на опорном изоляторе не жесткое, а скользящее крепление через продольные овальные отверстия.

Для исключения температурных напряжений шины в некоторых случаях присоединяются к неподвижным аппаратам (зажимам) при помощи гибких пакетов, которые наращиваются на концах жестких шин.

Наибольшие применяемые размеры однополосных медных и алюминиевых шин составляют 120х10 мм.

При больших токовых нагрузках (для медных шин более 2650 А и для алюминиевых — 2070 А) применяют многополосные шины — пакеты из двух и реже из трех полос на фазу; нормальное расстояние между полосами в пакете принимают равным толщине одной полосы (b).

Близость полос одного и того же пакета друг к другу вызывает неравное распределение тока между ними: большая нагрузка приходится на крайние полосы пакета и меньшая — на средние. Например, в трехполосном пакете в крайних полосах протекает по 40%, а в средней — только 20% полного тока фазы. Это явление, аналогичное явлению поверхностного эффекта в одном проводнике, делает нецелесообразным применение более трех полос шин при переменном токе.

При рабочих токах, превышающих допустимые для двухполосных шин, наиболее целесообразно применять шины корытного профиля (швеллеры), дающие возможность лучше использовать проводниковый материал и получить высокую механическую прочность.

В настоящее время в мощных установках применяют пакет из двух швеллеров на фазу, который приближается по форме и kп к полому квадрату. Наибольший размер швеллера со стенкой 250 мм и толщиной 12,5 мм при двух швеллерах в пакете позволяет передавать ток 12 500 А для меди и 10 800 А — для алюминия.

Шины и вся ошиновка закрытого РУ окрашиваются эмалевыми красками в опознавательные цвета, что позволяет оперативному персоналу легко распознавать токоведущие части, относящиеся к определенным фазам и цепям.

Кроме того, окраска защищает шины от окисления и улучшает теплоотдачу с их поверхности. Увеличение допустимого тока от окраски шин составляет 15—17% для медных и 25—28% для алюминиевых шин.

Для шин различных фаз применяют следующие цвета окраски: трехфазный ток: фаза А — желтый, фаза В — зеленый, фаза С— красный; нулевые шины: при незаземленной нейтрали — белый, при заземленной нейтрали, а также заземляющие проводники — черный; постоянный ток: положительная шина — красный, отрицательная шина — синий.

Ошиновка открытых РУ может выполняться гибкими проводами или жесткими шинами. При напряжениях 35, 110 кв и выше для повышения коронного напряжения и снижения потерь на корону применяют провода только круглого сечения.

В большинстве открытых РУ ошиновка выполняется из многопроволочных сталеалюминиевых проводов такой же конструкции, как и на линиях электропередач.

Медные провода для ошиновки применяются лишь в тех случаях, когда открытое РУ расположено вблизи (около 1,5 км) берегов соленых морей или химических заводов, активные испарения которых и унос могут вызвать быструю коррозию алюминиевых проводов. В отдельных случаях в открытых РУ применяют жесткую ошиновку, которая выполняется из стальных или алюминиевых труб, укрепляемых на опорных изоляторах.

Сечения шин и других токоведущих проводников могут быть рассчитаны исходя из величины рабочих токов и допускаемых температур на основании условий нагрева.

Что касается шин, применяемых в РУ, то сечения их стандартизованы и для них составлены таблицы допустимых длительных токовых нагрузок. Поэтому в практических условиях нет необходимости вести расчет по формулам, а достаточно произвести выбор по таблицам.

Такие таблицы для стандартных сечений шин и проводов из основных проводниковых материалов и определенных профилей (прямоугольный, трубчатый, швеллер, полый квадрат и др.) приведены в ПУЭ и справочниках.

Для шин прямоугольного сечения табличные токовые нагрузки составлены при установке их на ребро; поэтому при расположении шин плашмя нагрузки должны быть уменьшены на 5% для шин шириною полос до 60 мм и на 8% для шин шириною полос более 60 мм. В тех случаях, когда средняя температура окружающего воздуха отличается от стандартной (+25°С), допускаемые нагрузки шин, полученные из таблиц, должны быть пересчитаны по следующей приближенной формуле:

где IН—допускаемая нагрузка, взятая из таблиц.

Сечение проводников должно быть проверено по экономической плотности тока.

Экономическим сечением проводников или шин qЭК называют такое сечение, при котором суммарная величина ежегодных расходов, определенная по капитальным затратам и эксплуатационным расходам, оказывается наименьшей.

Экономическое сечение проводов и шин получается при делений, тока наибольшей нагрузки в нормальном режиме на электрическую плотность тока:

Полученное по экономическому условию сечение округляют до ближайшего стандартного и проверяют по длительно допускаемому току нагрузки. Следует отметить, что сборные шины РУ всех напряжений по экономической плотности тока не выбирают, так как экономические сечения при больших токах получаются равными либо меньше сечений, выбранных по нагреву.

Кроме этого, шины РУ проверяют на термическую и электродинамическую устойчивость при коротких замыканиях, а при 110 кв и выше — также на коронирование.

Таким образом, проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и аварийных режимов.

Если сечение проводника, определенное по экономическим условиям и условиям длительной нагрузки, не равно сечению, которое требуется по другим аварийным условиям (термическая и динамическая устойчивость при коротких замыканиях), то должно приниматься большее сечение, удовлетворяющее всем условиям.

Следует также отметить, что при установке шин больших сечений необходимо обеспечивать наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и эффекта близости и наилучшие условия для охлаждения. Это может быть достигнуто путем уменьшения числа полос в пакете и их надлежащего пространственного и взаимного расположения, рациональной конструкции пакета, применения профильных шин — корытных, полых и др.

При применении стальных шин определение величины допустимого тока производится несколько иным путем.

В стальных шинах вследствие поверхностного эффекта происходит значительное вытеснение тока к поверхности проводника глубина проникновения не превышает 1,5—1,8 мм.

Исследованиями установлено, что допустимая нагрузка стальных шин переменным током практически зависит от периметра поперечного сечения шин, а не от площади этого сечения.

На основании этих исследований принят следующий способ расчета стальных шин переменного тока:

1. Сначала определяют ток нагрузки шины (для однополосной шины не свыше 300—400 А) и находят линейную плотность тока:

где Iн — ток нагрузки, А; р — периметр поперечного сечения шины, мм.

Линейная плотность тока зависит от допустимой температуры перегрева стальной шины над температурой окружающего воздуха. Эта зависимость определяется следующим выражением:

Установлено, что при болтовых соединениях стальных шин величина Θ не должна превышать 40° С, а для сварных соединений она может быть повышена до 55° С.

Если принять температуру окружающего воздуха v0 — 35°, то линейная плотность тока при болтовых соединениях будет равна

и для сварных соединений

2. По этим данным определяем величину необходимого периметра поперечного сечения шины:

По периметру шины, имея сортамент шин, можно легко подобрать нужный размер стандартных стальных полос, соблюдая условие

где h—высота шины, мм; b—толщина шины, мм.

Приведенный выше расчет стальных шин относится к однополосным шинам.

При больших токах нагрузки можно применить пакеты из нескольких стальных шин. В этом случае периметр поперечного сечения одной полосы шины, входящей в пакет, подбирается с соблюдением следующих условий:

• для двухполосных шин

• для трехполосных шин

Для упрощения расчетов можно пользоваться диаграммой зависимости периметра р поперечного сечения шины от тока нагрузки IН.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Классификация и маркировка электрических шинопроводов

В процессе монтажа электрических цепей в распределительных устройствах и силовых блоках используют шинопровод, или электротехническую шину. Так называют конструкцию – проводник, изготовленную из металла с низким удельным сопротивлением.

Преимущества использования шинопроводов

Шина электрическая более удобна в применении, чем группа проводов

Применение шины в электрике вместо кабельной продукции обеспечивает существенную экономию материальных, энергетических и трудовых ресурсов:

Область применения электрических шин – подключение электрических цепей в низковольтных сетях или высоковольтных разрядных устройств, подстанций и т.д.

Классификация шин по форме сечения

Поперечное сечение шин

В зависимости от формы поперечного сечения шинопровода различают:

Преимущества проводников с прямоугольным сечением – эффективное отведение тепла и низкое сопротивление силы тока, что снижает активную и ограничивает реактивную энергию. Таким образом удается обеспечить существенную экономию дорогостоящих энергоресурсов, что имеет важное значение для крупных коммерческих и производственных объектов.

Область применения шинопровода прямоугольного сечения – монтаж сетей и распределительных устройств силой тока в диапазоне 2000-4000А. Возможно соединение нескольких плоских шин для получения двух- или трехполосных конфигураций.

Плоские и коробчатые модификации шинопровода находят применение в сетях, работающих под напряжением до 35кВ.

Оптимальной модификацией считается трубчатая электрическая шина. В числе ее основных преимуществ – эффективное теплоотведение, высокая прочность и равномерность распределения образующегося электрического поля.

Металлы, используемые в производстве шин

В зависимости от назначения и необходимых рабочих параметров для изготовления проводников могут использоваться:

В числе преимуществ алюминиевых шин – антикоррозийная стойкость, отличные электропроводящие свойства, небольшой вес и приемлемая стоимость. Для их изготовления применяют низколегированные алюминиевые сплавы с незначительным содержанием кремния и магния для улучшения пластичности и прочности металла.

Медные шины с содержанием меди до 99% ни в чем не уступают алюминиевым, но имеют меньшее распространение из-за сравнительно высокой стоимости.

Маркировка электрических шин

Маркировка нулевых шин

Нанесение цветовой маркировки на электротехнические шины регламентировано действующими стандартами. Соблюдение их требований является обязательным для каждого производителя. Нанесение маркировки может осуществляться как на этапе производства, так и после его завершения. В первом случае используется цветная изоляция, во втором – цветная изоляционная лента, указывающая на разные фазы проводника.

Цветовое обозначение шин позволяет точно определить их тип и назначение:

В сетях трехфазного тока фаза А отмечена желтым цветом, фаза В – зеленым, фаза С – красным.

Согласно требованиям действующих стандартов, одновременно с цветовой маркировкой проводников для сетей переменного тока используется следующее буквенное обозначение проводников:

Нулевая шина

Шина нулевая на Дин-рейке

Подключение заземляющих и нейтральных рабочих проводников выполняется с помощью нулевой шины. Ее конструкция состоит из токопроводящей жилы и пластикового основания, которое монтируется на DIN рейку. Жила изготавливается из специальной электротехнической меди или латуни. В конструкции токопроводящего элемента имеются отверстия и зажимные болты. Их наличие позволяет выполнить аккуратную и безопасную разводку кабелей в узлах распределительных устройств. Модели нулевых шин изготавливают разной длины, что позволяет проделать в жиле требуемое количество монтажных отверстий. Основная область их применения – сети переменного или постоянного тока, рассчитанные на рабочее напряжение до 400В.

Благодаря применению нулевой шины удастся:

Важное условие при выборе нулевой шины – учет ограничений по максимально допустимой площади сечения проводов. Это обеспечит безопасность эксплуатации сети и бесперебойное электроснабжение на объекте. Кроме того, подбор оптимальной модификации проводника осуществляется с учетом предельного количества подключаемых нагрузок.

Монтаж нулевой шины выполняется непосредственно внутри электрического щитка или на металлическую рейку с помощью болтового соединения. Различают открытый и закрытый способы монтажа. Первый вариант предусмотрен для электрических шкафов с закрытой конструкцией, что исключает доступ посторонних лиц к внутреннему содержимому. Монтаж закрытым способом оптимален для сетей, к которым подключается дорогостоящее энергоемкое оборудование – станки и механизмы, электроинструмент и т.д.

Источник

Что такое цветовая маркировка шин и проводов и зачем она нужна

В наше время монтаж электропроводки проводится проводами с различным цветом изоляции. И дело здесь не в каких-то модных тенденциях или красоте самого изделия, а в безопасности и удобстве эксплуатации данной электропроводки.

Ведь цветная изоляция может выполнять две функции одновременно – защиту от удара электрическим током или защиту от короткого замыкания путем наложения на проводник изоляционного материала, и с помощью цвета этого самого изоляционного материала помогает электрику определить назначения данного проводника.

Для избегания путаницы все цветовые расцветки были сведены к единому стандарту, описанному в ПУЭ.

Цветовая маркировка может быть выполнена как по всей длине проводника, так и в точках соединения проводников или на их концах. Для этого могут применять цветную изоленту или термоусадочные трубки (кембрики).

В данной статье мы рассмотрим цветную маркировку в однофазных и трехфазных цепях, а также в цепях постоянного тока.

Цвета проводов в однофазной сети

Разные цвета изоляции проводов становятся наиболее актуальны когда монтаж электрической проводки проводит один человек, а ремонт и обслуживание проводит другой. Основной задачей цветной маркировки является легкость и быстрота в определении назначения какого-то из проводов.

Цвета фазных проводов

Согласно ПУЭ фазные провода в однофазной электрической сети могут иметь следующий цвет изоляции – черный, красный, коричневый, серый, фиолетовый, розовый, оранжевый, белый, бирюзовый. Такая цветная маркировка довольно удобна – увидев провод с таким цветом изоляции становится понятно, что перед вами фаза (но все равно лучше перепроверить, так как на практике бывают случаи, когда маркировка не соблюдается).

Нулевой рабочий проводник или нейтраль

Нейтраль или нулевой рабочий проводник (N) принято выполнять проводом с голубым цветом изоляции.

Нулевой защитный проводник и нулевой совмещенный проводник

Нулевой защитный проводник (PE) имеет желто-зеленый цвет изоляции. Совмещенный же нулевой и рабочий проводник (PEN) имеет голубой окрас с желто-зелеными метками на конце или наоборот – желто-зеленый окрас с голубыми метками на конце.

Если у вас нет провода подходящего по цвету, то монтаж можно выполнить проводом любого цвета (кроме имеющего расцветку защитного PE проводника) пометив концы данного провода цветной изолентой или термоусадочной трубкой, которые имеют цвет, обозначающий назначение проводника. Также можно пометить концы проводника нужным цветом и в случае, когда монтаж уже выполнен проводником другого цвета.

Ниже показаны цвета, которыми обозначают фазные, нулевые, защитные и совмещенные проводники:

Цвета проводов и шин в сети переменного тока при трехфазном подключении

Для соблюдения правильного чередования фаз при подключении трехфазных потребителей электрической энергии тоже применяют цветную маркировку шин и кабелей. Это значительно облегчает жизнь монтажникам и ремонтникам, так как по цвету кабеля или шины можно определить фазу, которая подключена или будет подключена к этому кабелю или шине. В отличии от однофазных потребителей, где фазный провод может быть выполнен кабелями с разными цветами изоляции (перечень выше), для трехфазных потребителей цвета, которыми могут обозначать фазы строго регламентированы ПУЭ.

При трехфазном подключении фаза А должна обозначатся желтым цветом, фаза В – зеленым, фаза С – красным. Нулевой рабочий, защитный и совмещенный проводники имеют такой же окрас, как и при однофазном подключении.

Допустимо выполнение цветовых обозначений кабелей и шин не по всей их длине, а только в местах присоединения кабелей или шин, как это показано на рисунке выше.

Также цветовые коды могут соответствовать международному стандарту IEC 60446 или же могут применять кодировку принятую внутри страны соответствующими регламентирующими документами. Например, в США и Канаде для заземленных и незаземленных систем используют различные цветовые коды. Ниже приведена таблица, в которой показаны для сравнения цветовые кодировки кабелей и шин различных стран:

Цвета проводов и шин в цепях постоянного тока

В цепях постоянного тока обычно используется только две шины, а именно плюс и минус. Но иногда цепи постоянного тока бывают со средним проводником. Согласно ПУЭ шины и провода подлежат следующей маркировке в цепях постоянного тока: положительная шина (+) – красная, отрицательная (-) – синяя, нулевая рабочая М (при ее наличии) – голубая.

Изменения в цветовую маркировку шин и проводов

В Российской Федерации ГОСТ Р 50462-92, который регулировал идентификацию проводников в электрических сетях по цифровым и цветовым обозначениям с 01.01.2011 был заменен на ГОСТ Р 50462-2009, который имеет довольно существенные отличия от ГОСТ Р 50462-92 и имеет некоторые противоречия с ПУЭ 7. Ниже приведена таблица, в которой приведены рекомендации к цветной маркировке шин и кабелей согласно ГОСТ Р 50462-92:

Источник