Токоведущие шины являются ключевым элементом низковольтных комплектных устройств (НКУ), вводно-распределительных щитов и трансформаторных подстанций. В качестве сырья для шин применяется электротехническая медь марок М1, М1Е или M1т (твердая) и М1м (мягкая). Требования к геометрическим размерам и чистоте материала регламентируются стандартами ГОСТ 434-78.
Выбор твердой или мягкой шины определяется конструктивными особенностями распределительного шкафа. Твердые шины (ШМТ) применяются для магистральных трасс и ошиновки, где необходима высокая механическая прочность при воздействии токов короткого замыкания. Мягкие шины (ШММ) и гибкие изолированные медные шины используют для подключения выкатных автоматических выключателей и гибки сложных пространственных связей.
Сравнительные расчеты показывает, что благодаря низкому сопротивлению медные шины имеют меньшее поперечное сечение по сравнению с аналогичными по току проводниками из других металлов. Ознакомиться с детальными сравнительными техническими характеристиками меди и алюминия можно в материале о свойствах проводников в электротехнике.
Расчет длительно допустимого тока медных шин
Расчет сечения шины выполняется по условию нагрева длительным допустимым током. Температура нагрева шин при нормальном режиме работы не должна превышать 70 градусов Цельсия (в редких случаях 80 градусов Цельсия в зависимости от типа изоляционных опор).
Ниже представлены значения длительно допустимого переменного тока для прямоугольных медных шин при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия и частоте 50 Гц.
|
Размеры шины (мм) |
Сечение (кв. мм) |
Ток для 1 шины на фазу (А) |
Ток для 2 шин в пакете (А) |
|
20 х 3 |
60 |
245 |
410 |
|
30 х 4 |
120 |
385 |
640 |
|
40 х 5 |
200 |
530 |
870 |
|
60 х 6 |
360 |
840 |
1380 |
|
80 х 8 |
640 |
1250 |
2000 |
|
100 х 10 |
1000 |
1660 |
2600 |
При использовании пакета из двух или трех шин на одну фазу допустимый ток не увеличивается кратно количеству шин. Это обусловлено поверхностным эффектом (скин-эффектом) и ухудшением условий естественного охлаждения внутренних поверхностей шин в пакете.
Тепловой режим и монтаж шинных сборных систем
На нагрев шин в закрытом распределительном шкафу влияют три основных фактора: степень защиты оболочки (степень IP), температура внутри шкафа и взаимное расположение проводников.
Факторы, снижающие пропускную способность:
- Повышение температуры внутри шкафа выше 35 градусов Цельсия (требует введения понижающего коэффициента 0,85–0,9);
- Вертикальное расположение шин друг над другом, при котором верхние шины омываются нагретым воздухом от нижних;
- Окрашивание шин или применение сплошной изоляционной трубки (при этом чернение поверхности, напротив, улучшает излучение тепла на 15 процентов).
Правила сборки контактных соединений:
- Зачистка контактных поверхностей до металлического блеска с нанесением защитной токопроводящей смазки для предотвращения окисления.
- Применение стальных крепежных элементов класса прочности не ниже 8.8 и тарельчатых пружинных шайб (шайб Белльвиля), компенсирующих температурные расширения меди.
- Затяжка болтовых соединений динамометрическим ключом с нормируемым моментом (например, 45 Нм для болта М10).