Щиты силовые

Щиты силовые: классификация, конструкция, применение и нормативные требования

Силовой распределительный щит (СРЩ) представляет собой комплексное низковольтное устройство, предназначенное для приема, распределения и учета электрической энергии, а также для защиты отходящих линий от токов перегрузки и короткого замыкания. Он является ключевым узлом в системе электроснабжения промышленных предприятий, административных зданий, жилых комплексов и коммерческих объектов, связывающим вводное распределительное устройство (РУ) и конечные распределительные пункты/щитки.

Классификация силовых щитов

Классификация осуществляется по ряду ключевых признаков, определяющих конструктивное исполнение, назначение и технические характеристики.

1. По типу установки и конструктивному исполнению:

• Напольные (стационарные): Устанавливаются непосредственно на полу или на подготовленном фундаменте. Имеют, как правило, крупногабаритные шкафы с большой аппаратурой.
• Навесные: Крепятся к стене или несущим конструкциям. Применяются для меньших токовых нагрузок и количества отходящих линий.
• Встраиваемые: Монтируются в предварительно подготовленную нишу в стене.
• Уличного (наружного) исполнения: Имеют повышенную степень защиты оболочки (обычно не ниже IP54) от пыли и влаги, широкий температурный диапазон, усиленную антикоррозионную защиту.
• Внутренней установки: Для отапливаемых и сухих помещений со степенью защиты IP31-IP43.

2. По материалу корпуса:

• Металлические (сталь, нержавеющая сталь, алюминий): Наиболее распространены. Обеспечивают механическую прочность, электромагнитную экранировку, хорошее заземление.
• Пластиковые (полиэстер, поликарбонат): Используются для щитов учета и небольших распределительных устройств, обладают высокой коррозионной стойкостью, меньшим весом.

3. По назначению и функциональности:

• Вводно-распределительные устройства (ВРУ): Осуществляют прием вводного кабеля, общий учет электроэнергии, распределение по зданию/цеху.

Главные распределительные щиты (ГРЩ): Устанавливаются на вводе в здание или на границе балансовой принадлежности. Выполняют функции ВРУ, но часто имеют более высокие номинальные токи и обеспечивают селективность защиты.

• Щиты распределительные (ЩР, СРЩ): Устанавливаются на этажах, в производственных зонах для распределения энергии на групповые щитки или мощные потребители.
• Щиты управления (ЩУ): Помимо распределения, содержат аппаратуру управления (ПЛК, реле, кнопки, сигнальные лампы) для силовых нагрузок (насосы, вентиляторы, конвейеры).
• Автоматические вводы резерва (АВР): Специализированные щиты для автоматического переключения питания с основного на резервный источник (генератор, вторая независимая линия) и обратно.
• Щиты собственных нужд (ЩСН): Обеспечивают питание систем вентиляции, освещения, КИПиА, отопления самого объекта (например, подстанции).

Конструкция и основные компоненты

Типичный силовой щит представляет собой сборно-сварной или сборный корпус (шкаф), разделенный на отсеки. Основная компоновка включает:

• Вводной отсек: Размещаются вводные рубильники (разъединители), главные автоматические выключатели, трансформаторы тока для учета.
• Отсек распределения: Содержит линейку сборных шин (главную шину и нулевую), к которым через ответвители подключаются отходящие автоматические выключатели, УЗО, диффавтоматы.
• Отсек учета (при наличии): Выделенный, опломбируемый отсек для счетчика электроэнергии.
• Отсек низковольтной аппаратуры: Для размещения устройств управления, реле, контроллеров, источников питания.
• Кабельные отсеки: Верхний и нижний, для ввода и разделки кабелей, организации кабельных сборок.

Основные аппаратные компоненты:

• Сборные шины: Медные или алюминиевые шинопроводы прямоугольного сечения. Номинальный ток шин — ключевая характеристика щита (от 250А до 6300А и более).
• Автоматические выключатели (автоматы): В силовых щитах применяются воздушные (литые) автоматические выключатели (АВВ, Schneider Electric, IEK) и модульные (для токов до 125А).
• Рубильники и разъединители: Для видимого разрыва цепи и безопасного проведения работ.
• Устройства защитного отключения (УЗО) и дифференциальные автоматы: Для защиты от токов утечки и предотвращения поражения людей, пожара.
• Приборы учета и измерения: Счетчики электроэнергии, амперметры, вольтметры, анализаторы качества электроэнергии.
• Силовые предохранители: В некоторых схемах используются как альтернатива или дополнение к автоматам.
• Система шин PE и N: Отдельные шины для защитного заземления и рабочего нуля.

Технические характеристики и выбор

Выбор силового щита осуществляется на основе технического задания и расчетов проектной документации. Ключевые параметры:

Параметр	Описание и типовые значения
Номинальное напряжение	~400/230 В, 50 Гц (для систем TN-S, TN-C-S). До 690В для специальных применений.
Номинальный ток главной цепи (шин)	250А, 400А, 630А, 800А, 1000А, 1250А, 1600А, 2000А, 2500А, 3200А, 4000А, 5000А, 6300А.
Степень защиты оболочки (IP)	IP31, IP41, IP43 (внутренняя установка), IP54, IP65 (наружная/пылевлажная среда).
Стойкость к короткому замыканию	Номинальная предельная отключающая способность (Icu) — до 100 кА. Номинальная рабочая отключающая способность (Ics) — обычно 50%, 75%, 100% от Icu.
Селективность	Полная (временная и токовая) между вводным и отходящими автоматами — критически важный параметр для бесперебойности питания.
Климатическое исполнение	У1, У2, У3 (для умеренного климата), УХЛ (для холодного), Т1, Т2 (для тропического).
Материал корпуса	Сталь с порошковой окраской, нержавеющая сталь AISI 304/316, пластик.

Нормативная база и стандарты

Проектирование, изготовление и монтаж силовых щитов регламентируется комплексом национальных и международных стандартов:

• ГОСТ Р 51732-2016 (МЭК 61439-1:2011): «Устройства низковольтные комплектные распределения и управления. Часть 1. Общие требования». Основополагающий стандарт, заменяющий серию ГОСТ Р 51321. Определяет требования к конструкции, механической стойкости, защите от поражения током, температурным режимам, маркировке.
• ПУЭ (Правила устройства электроустановок), 7-е издание: Главы 1.5, 4.1, 4.2, 5.1. Устанавливают требования к заземлению, защите, выбору аппаратов, монтажу.
• СП 256.1325800.2016: «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа».
• ГОСТ Р 50030.2-2010 (МЭК 60947-2:2006): «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели».
• ГОСТ Р МЭК 60529-2013: «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)».

Проектирование и монтаж: ключевые аспекты

Процесс включает несколько взаимосвязанных этапов:

1. Разработка принципиальной однолинейной схемы: Определяется конфигурация сети, места установки аппаратов защиты, сечения кабелей, требования к селективности.
2. Расчет токов короткого замыкания (КЗ): Необходим для проверки отключающей способности аппаратуры и стойкости шин.
3. Компоновка и выбор корпуса: На основе количества аппаратов, их размеров и условий охлаждения выбирается типоразмер шкафа, организуются монтажные панели (платы).
4. Обеспечение вентиляции и теплового режима: При плотной компоновке требуется расчет тепловыделения. Применяются естественная вентиляция (перфорация), вентиляторы, климатические устройства.
5. Маркировка: Все элементы (аппараты, шины, клеммы, кабели) должны быть маркированы в соответствии со схемой. Требования к маркировке жестко регламентированы ГОСТ Р 51732.
6. Монтаж и пусконаладка: Включает установку щита, присоединение кабелей, проверку механических соединений (момент затяжки), измерение сопротивления изоляции, петли «фаза-ноль», испытание защитных устройств (УЗО), проверку работы АВР и сигнализации.

Тенденции и современные решения

• Цифровизация и интеллектуализация: Интеграция цифровых счетчиков, устройств релейной защиты (MiCOM, Sepam), программируемых логических контроллеров (ПЛК) и систем SCADA для дистанционного мониторинга, управления и анализа качества электроэнергии.
• Модульность и унификация: Широкое распространение модульных конструкций на DIN-рейке, упрощающих монтаж, замену и расширение функционала.
• Повышение требований к безопасности и селективности: Использование аппаратов с энергонезависимым расцепителем (например, расцепитель типа PR222/P, ETU), обеспечивающих точную настройку характеристик и селективность.
• Энергоэффективность: Применение аппаратов с низкими внутренними потерями (например, выключатели Masterpact MTZ от Schneider Electric), что снижает тепловыделение и эксплуатационные затраты.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальное отличие ГРЩ от ВРУ и ЩР?

ГРЩ (Главный распределительный щит) — это щит высшего уровня в иерархии объекта, устанавливается на точке ввода питания. Он предназначен для защиты всей системы электроснабжения объекта, общего учета и распределения на крупные секции или здания. ВРУ (Вводно-распределительное устройство) — часто используется как синоним ГРЩ, но традиционно может иметь несколько вводов и менее сложную систему автоматики. ЩР (Щит распределительный) — устройство нижестоящего уровня, получающее питание от ГРЩ/ВРУ и распределяющее его на конечные групповые щитки (ЩА, ЩО) или отдельные мощные потребители в пределах одного этажа, цеха или зоны.

2. Как правильно выбрать номинальный ток главных шин щита?

Номинальный ток шин выбирается на основе расчетного максимального тока нагрузки объекта с учетом коэффициента спроса и одновременности, а также с запасом не менее 20-25% на возможное расширение. Например, если расчетный ток нагрузки составляет 320А, следует выбирать щит с номинальным током шин 400А. Обязательно учитывается допустимая температура нагрева шин при длительной нагрузке.

3. Что такое селективность защиты и как ее обеспечить?

Селективность (избирательность) — это свойство релейной защиты, при котором в случае аварии отключается только поврежденный участок цепи, а остальная система продолжает работать. В силовых щитах обеспечивается правильным подбором и настройкой характеристик автоматических выключателей (временных задержек и токовых уставок) на разных уровнях (вводной — распределительный — групповой). Используются выключатели с регулируемыми характеристиками (например, с электронными расцепителями), позволяющими построить полную (100%) селективность.

4. Какая степень защиты IP необходима для щита в неотапливаемом подвале?

Для помещений с повышенной влажностью, возможным конденсатом или слабой запыленностью (неотапливаемые подвалы, подполья, некоторые производственные цеха) рекомендуется степень защиты не ниже IP44 (защита от брызг воды и твердых частиц размером более 1 мм). Предпочтительнее IP54, которая обеспечивает защиту от пыли и брызг со всех направлений.

5. Обязательно ли разделять нулевую рабочую (N) и защитную (PE) шины в щите?

Да, это обязательное требование для современных систем заземления TN-S и TN-C-S (согласно ПУЭ, гл. 1.7). Разделение должно происходить на вводе в здание (в ГРЩ/ВРУ). Далее шины N и PE не должны соединяться. В щите устанавливаются изолированные друг от друга и от корпуса шины N, и шины PE, соединенные с корпусом щита и главной заземляющей шиной (ГЗШ). В системе TN-C (устаревшая) используется совмещенный проводник PEN.

6. Какие испытания должен пройти силовой щит перед вводом в эксплуатацию?

• Визуальный осмотр на соответствие проекту и качество монтажа.
• Измерение сопротивления изоляции силовых цепей и цепей вторичной коммутации (мегаомметром на 1000 В и 500 В соответственно).
• Проверка срабатывания устройств защитного отключения (УЗО).
• Измерение сопротивления петли «фаза-ноль» для проверки условий срабатывания максимальной токовой защиты.
• Проверка цепи «фаза-ноль» и работоспособности всех аппаратов под напряжением.
• Проверка заземления, непрерывности защитных проводников.
• Для щитов с АВР — проверка логики работы и временных параметров переключения.

7. Как часто необходимо проводить техническое обслуживание силовых щитов?

Периодичность регламентируется ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей). Для силовых щитов, работающих в нормальных условиях, рекомендуется:

• Внешний осмотр: Ежемесячно (визуальная проверка состояния аппаратов, индикаторов, отсутствия посторонних шумов, запаха).
• Профилактическое обслуживание с частичным отключением: 1 раз в 3 года (подтяжка соединений шин и клемм с контролем момента, очистка от пыли, проверка механизма автоматов).
• Комплексное обслуживание с полным отключением и проведением измерений: 1 раз в 6 лет (все вышеперечисленное плюс измерение сопротивления изоляции, проверка уставок защит).

В условиях агрессивной среды, высокой запыленности или интенсивной эксплуатации периодичность сокращается.