Стойки внутренние

Стойки внутренние: конструкция, назначение и применение в электротехнических комплектных устройствах

Стойки внутренние (также известные как рамы внутренние, каркасы внутренние или вертикальные стойки) являются ключевыми несущими и монтажными элементами в составе комплектных распределительных устройств (КРУ), шкафов управления и автоматики, панелей релейной защиты и других видов электротехнической аппаратуры. Их основное функциональное назначение – формирование жесткой пространственной структуры внутри оболочки шкафа или ячейки, предназначенной для установки, крепления и электрического соединения аппаратов, приборов, модульных блоков, шин, клеммников и кабельной разводки. Конструкция и исполнение стоек напрямую определяют надежность, безопасность, удобство монтажа и обслуживания, а также степень унификации всего электротехнического изделия.

Конструктивные особенности и материалы изготовления

Внутренние стойки представляют собой перфорированные металлические профили, как правило, П-образного (швеллер) или Г-образного (уголок) сечения. Перфорация (система отверстий) выполняется по стандартизированной модульной сетке, что позволяет гибко позиционировать монтируемое оборудование.

• Материалы: Основным материалом является холоднокатаная листовая сталь толщиной от 1.5 до 3.0 мм, реже – алюминиевые сплавы для облегченных конструкций или специализированных применений. Сталь подвергается цинкованию (горячему или гальваническому) или порошковой окраске для защиты от коррозии.
• Типы профилей:
  • П-образный профиль (швеллер): Наиболее распространенный тип. Обеспечивает высокую жесткость на изгиб и кручение. Монтажные отверстия расположены на полках профиля.
  • Г-образный профиль (уголок): Применяется для вспомогательных конструкций, усиления, создания монтажных плоскостей. Часто используется в комбинации с основными стойками.
  • Специальные профили: Профили с увеличенной шириной полки для монтажа DIN-реек, профили с пазами для безинструментальной установки аппаратуры и т.д.
• Перфорация: Стандартом является сетка отверстий с шагом 25 мм (соответствует модулю 1U = 44.45 мм в телекоммуникациях) или 20 мм. Диаметр отверстий обычно 5-7 мм, часто встречается комбинация круглых и продолговатых (овальных) отверстий для компенсации неточностей.

Классификация и основные типы

Стойки внутренние классифицируются по нескольким ключевым признакам.

1. По назначению и месту установки:

• Вертикальные стойки (боковые): Устанавливаются по бокам шкафа, являются основными несущими элементами. К ним крепятся горизонтальные связи, монтажные панели, двери.
• Горизонтальные профили (ригели, поперечины): Соединяют левую и правую вертикальные стойки, формируя каркас. На них часто монтируется аппаратура.
• Монтажные панели (платы, sub-rack): Глухие или перфорированные листы, закрепленные на каркасе из стоек, служащие для плотного монтажа аппаратов. Сами могут иметь стандартизированную систему крепления (например, под модульную аппаратуру).
• Направляющие: Специализированные профили для установки выдвижных блоков, источников бесперебойного питания, модулей в корзинах.

2. По степени унификации и стандартизации:

• Стойки для стандартных серийных шкафов (например, по IEC 60297, DIN 41494): Имеют строго регламентированные габариты и посадочные места. Ширина стоек определяет монтажную ширину аппаратуры (19-дюймовый стандарт – 465 мм или 482.6 мм между стойками, 24-дюймовый и др.).
• Стойки для КРУ собственного производства: Изготавливаются по спецификации производителя КРУ, могут иметь уникальные размеры и конструкцию, оптимизированные под конкретную линейку аппаратов (выключатели, разъединители, трансформаторы тока).

Таблица 1. Сравнение характеристик стоек для разных типов оболочек

Параметр	Стойки для шкафов управления (19″)	Стойки для КРУ на напряжение до 1000В	Стойки для КРУ среднего напряжения (6-35 кВ)
Типовой материал/толщина	Сталь 1.5-2.0 мм, оцинковка	Сталь 2.0-2.5 мм, окраска или оцинковка	Сталь 2.5-3.0 мм, окраска
Главная функция	Монтаж модульной аппаратуры (ПЛК, реле, блоки питания)	Монтаж силовых аппаратов (автоматы, контакторы), шин, клемм	Формирование изолированных отсеков, монтаж тяжелой аппаратуры (вакуумные выключатели, приводы)
Критичность жесткости	Средняя	Высокая (токи КЗ)	Очень высокая (механические нагрузки, безопасность)
Степень стандартизации	Высокая (IEC 60297)	Средняя (часть параметров по IEC 61439)	Низкая (преимущественно конструктив производителя)

Требования нормативной документации

Конструкция стоек и всего каркаса должна соответствовать требованиям, изложенным в следующих стандартах:

• ГОСТ Р МЭК 61439-1-2013 / IEC 61439-1:2020 «Устройства комплектные низковольтные распределения и управления». Это основной стандарт, предъявляющий требования к механической стойкости конструкции (стойкость к ударным нагрузкам, вибрации, устойчивость при транспортировке), защите от поражения электрическим током (пути утечки, изоляционные расстояния), стойкости к коррозии, заземлению. Пункт 10.2.1 регламентирует требования к механической стойкости.
• ГОСТ Р 51321.1-2007 (Устройства комплектные низковольтные распределения и управления). Устаревший, но часто упоминаемый стандарт.
• IEC 60297 (DIN 41494). Серия стандартов, описывающих механические конструкции для электронного оборудования, включая 19-дюймовые стойки и шкафы.
• Ведомственные стандарты и ТУ. Для энергетики (РАО ЕЭС, РЖД) часто действуют дополнительные требования к материалам, покрытиям и методам испытаний.

Проектирование и монтаж: ключевые аспекты

При разработке конструкции с использованием внутренних стоек инженер-конструктор должен учитывать:

• Расчет нагрузок: Необходимо рассчитать статические (вес аппаратуры, шин) и динамические (силы электродинамического взаимодействия при КЗ, сейсмические нагрузки) воздействия. Стойки и их крепления к оболочке должны выдерживать эти нагрузки без остаточной деформации.
• Тепловой режим: Конструкция не должна препятствовать циркуляции воздуха для охлаждения аппаратов. При необходимости в стойках и панелях предусматриваются перфорационные зоны или окна для вентиляции.
• Электрическая безопасность: Обеспечение необходимых изоляционных расстояний (воздушных и по поверхности) между частями под напряжением, установленными на стойках, и самой заземленной стойкой. Использование изоляционных втулок, прокладок.
• Система заземления: Все стойки должны быть надежно электрически соединены между собой и с главной заземляющей шиной (ГЗШ) шкафа. Обычно для этого используются зубчатые шайбы (звездочки) или специальные контактные лепестки, пробивающие слой краски/оцинковки, либо предусматриваются места для подключения защитного проводника (PE).
• Удобство монтажа и обслуживания: Модульная сетка отверстий, возможность демонтажа панелей без разборки всего каркаса, наличие кабельных каналов и мест для крепления кабельных держателей.

Таблица 2. Типовые нагрузки на внутренние стойки в КРУ

Тип нагрузки	Источник	Влияние на конструкцию стоек	Меры компенсации
Статическая (постоянная)	Вес автоматических выключателей, трансформаторов, блоков питания	Прогиб горизонтальных профилей, нагрузка на крепления к оболочке	Увеличение толщины металла, добавление дополнительных вертикальных стоек или ребер жесткости
Динамическая (кратковременная)	Электродинамические силы при коротком замыкании (до 100 кА)	Изгибающий момент, стремящийся деформировать или сорвать аппарат со стойки	Расчет на механическую и термическую стойкость, применение усиленных крепежных элементов, противодействующих отрыву
Эксплуатационная	Вибрация от трансформаторов, частые операции включения/отключения приводов	Ослабление резьбовых соединений, усталость металла	Применение стопорных шайб, контргаек, виброустойчивого крепежа, регулярная проверка затяжки

Тенденции и инновации

• Безинструментальный монтаж: Профили с пружинными защелками или клипсами для быстрой установки DIN-реек, модульной аппаратуры, кабельных каналов без использования отверток.
• Готовые модульные системы: Комплекты стоек, профилей и аксессуаров от производителей (например, Rittal, Phoenix Contact, Wöhner), позволяющие собирать внутреннюю конструкцию как конструктор, что сокращает сроки проектирования и производства.
• Интеграция систем кабельного менеджмента: Стойки и панели проектируются с учетом прокладки большого количества кабелей: наличие отверстий для жгутов, точек крепления кабельных стяжек и лотков.
• Материалы с улучшенными свойствами: Применение алюминиевых сплавов с покрытием для снижения веса, нержавеющей стали для агрессивных сред, композитных материалов для изоляционных конструкций.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Как правильно выбрать толщину металла для внутренних стоек шкафа управления?

Выбор зависит от расчетной нагрузки. Для стандартных шкафов с модульной аппаратурой (ПЛК, реле) достаточно толщины 1.5-2.0 мм. Для шкафов с тяжелыми силовыми компонентами (частотные преобразователи, большие автоматы) – 2.0-2.5 мм. Для КРУ, где возможны значительные электродинамические усилия при КЗ, – от 2.5 мм и выше. Всегда необходимо выполнять проверочный расчет на прочность.

Вопрос 2: Можно ли использовать стойки от разных производителей в одном шкафу?

Теоретически возможно, если совпадают геометрические размеры (сечение, шаг и диаметр отверстий). Однако на практике это не рекомендуется, так как могут возникнуть проблемы с совместимостью аксессуаров (кронштейнов, заглушек), различия в качестве покрытия и, главное, в механических характеристиках. Это может нарушить однородность конструкции и ее расчетную прочность.

Вопрос 3: Как обеспечить качественное защитное заземление аппаратуры, смонтированной на оцинкованной стойке?

Оцинкованное или окрашенное покрытие является изолятором. Для обеспечения электрического контакта необходимо:
1. Использовать крепеж с зубчатыми шайбами, которые при затяжке прокалывают покрытие.
2. Зачищать покрытие в точке контакта под клемму заземления аппарата или под лепесток заземляющего проводника.
3. Обеспечить надежное болтовое соединение стойки с главной заземляющей шиной (ГЗШ) шкафа проводником достаточного сечения.

Вопрос 4: Каковы требования к расстояниям между стойками и токоведущими частями в КРУ 0.4 кВ?

Расстояния регламентируются стандартом IEC 61439-1 и его приложениями. Они зависят от степени загрязнения, материала изоляции, номинального импульного напряжения. Например, для КРУ категории перенапряжения III, степени загрязнения 3, воздушное изоляционное расстояние (путь утечки) между частями под разными фазами или между фазой и землей составляет не менее 5.5 мм. Конкретные значения должны быть взяты из актуальной версии стандарта и проверены расчетом.

Вопрос 5: Что такое «монтажная глубина» стойки и как ее определить?

Монтажная глубина – это расстояние между вертикальными стойками, на которое можно фактически установить аппаратуру. Она всегда меньше внутренней глубины шкафа, так как часть пространства занимают кабельные отсеки, дверь, органы управления. Определяется чертежом конструкции. Для стандартных 19-дюймовых стоек типовые монтажные глубины: 300, 400, 500, 600, 800 мм. Выбор зависит от глубины устанавливаемого оборудования (серверов, блоков питания и т.д.).

Заключение

Внутренние стойки являются фундаментальным элементом конструкции любого электротехнического комплектного устройства. Их правильный выбор, расчет и монтаж определяют не только удобство сборки и обслуживания, но и ключевые характеристики безопасности и надежности: механическую прочность, стойкость к короткому замыканию, качество системы защитного заземления, тепловой режим. Современные тенденции ведут к увеличению степени унификации, модульности и интеграции вспомогательных систем, что позволяет сократить сроки проектирования и повысить гибкость производства. Инженеру-проектировщику необходимо рассматривать стойки не как пассивный компонент, а как активную систему, требующую комплексного подхода на этапе разработки технического задания и конструкторской документации.