Цепи на шины
Цепи на шины: конструкция, применение и технические аспекты
Цепи на шины, также известные как гибкие токопроводящие шины, гибкие шинные соединения или шунтирующие перемычки, представляют собой специализированные электротехнические изделия, предназначенные для создания надежного, гибкого и высокотехнологичного электрического соединения между двумя или более точками в распределительных устройствах (РУ), комплектных распределительных устройствах (КРУ), трансформаторах, силовых выключателях и другом электрооборудовании. Они служат альтернативой жестким шинным мостам, компенсируя температурные расширения, вибрации, смещения сборных шин и обеспечивая удобство монтажа.
Конструкция и материалы
Конструкция цепи на шины является многослойной и включает несколько ключевых элементов:
- Токопроводящие жилы: Изготавливаются из тонких медных или алюминиевых лент (фольги) прямоугольного или круглого сечения. Ленты собираются в пакеты (обычно от 2 до нескольких десятков), что обеспечивает гибкость. Медь обладает более высокой электропроводностью и стойкостью к коррозии, алюминий — меньшим весом и стоимостью.
- Изоляция: Применяется для изолированных цепей. Основные типы:
- Термоусаживаемая трубка: Обеспечивает высокую степень защиты (до IP68), механическую стойкость и стойкость к агрессивным средам.
- Силиконовая резина: Обеспечивает отличную гибкость, гидрофобность и широкий температурный диапазон.
- ПВХ-изоляция: Более экономичный вариант для умеренных условий эксплуатации.
- Концевые наконечники (оконечники): Представляют собой медные или алюминиевые контактные площадки с отверстиями под болтовое соединение. Крепятся к пакету лент методом опрессовки, сварки (пайки) или комбинированным способом. Часто покрываются оловом или серебром для предотвращения окисления и улучшения контакта.
- Маркировка: Наносится на изоляцию или концевик и включает данные о сечении, номинальном токе, классе напряжения, производителе.
- √t, где A — коэффициент для меди (171) или алюминия (111).
- Соединение сборных шин в ячейках КРУ и КРУН: Компенсация неточностей сборки, температурных деформаций.
- Подключение силовых выключателей, разъединителей, трансформаторов тока к основным шинам.
- Соединение обмоток силовых трансформаторов с вводными устройствами.
- В контурах заземления для создания гибких связей на дверях шкафов и отключаемых частях.
- В мощных преобразовательных устройствах, источниках бесперебойного питания (ИБП), где необходима компенсация вибраций и передача больших токов.
- Компенсация температурных расширений и сжатий шин, что исключает возникновение механических напряжений в точках крепления.
- Поглощение вибраций и轻微 смещений, вызванных электродинамическими усилиями при КЗ или работой оборудования.
- Упрощение монтажа и выравнивания оборудования, снижение требований к точности изготовления конструкций.
- Снижение уровня механического шума и износа в точках контакта.
- Возможность создания сложных трасс в стесненных условиях.
- Неучет температурных деформаций: Монтаж цепи с излишним натяжением или, наоборот, с чрезмерным провисом. Цепь должна быть уложена с расчетным провисом для компенсации смещений.
- Неправильный выбор сечения по току КЗ: Фокус только на номинальном токе без проверки на динамическую и термическую стойкость.
- Игнорирование условий охлаждения: Прокладка нескольких изолированных цепей вплотную друг к другу без учета коэффициента снижения тока (коэффициента группировки).
- Ненадежное крепление концевых наконечников: Использование недостаточного момента затяжки болтов, отсутствие пружинных шайб (гроверов), что приводит к увеличению переходного сопротивления, перегреву и оплавлению.
- Механическое повреждение изоляции об острые кромки конструкций при монтаже.
- Смешение материалов: Прямое соединение алюминиевых наконечников с медными шинами без биметаллических переходных шайб или применения антиоксидантной пасты, ведущее к гальванической коррозии.
Ключевые технические характеристики и расчет
Выбор цепи на шины осуществляется на основе строгих инженерных расчетов и нормативных требований (ПУЭ, ГОСТ Р 52736, МЭК 61439).
Таблица 1: Основные технические параметры
| Параметр | Описание и единицы измерения | Влияющие факторы |
|---|---|---|
| Номинальный длительный ток (Iн) | Действующее значение тока, которое цепь может проводить в продолжительном режиме без превышения допустимой температуры нагрева (обычно +70°C для изоляции, +105°C для голых шин). А. | Материал, суммарное сечение, способ прокладки (в воздухе, в изоляции), температура окружающей среды. |
| Сечение (поперечное) | Суммарная площадь поперечного сечения всех токопроводящих лент в пакете. мм2. | Определяется по номинальному току с учетом поправочных коэффициентов на температуру и группировку. |
| Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение (Uimp) | Пиковое значение импульсного напряжения заданной формы, которое изоляция изделия может выдержать без пробоя. кВ. | Толщина и материал изоляции, воздушные зазоры. |
| Номинальное переменное напряжение (Un) | Максимальное действующее значение напряжения сети, для работы в которой предназначено изделие. В, кВ. | Конструкция изоляции. |
| Динамическая стойкость (iдин) | Пиковое значение тока короткого замыкания (ударный ток), которое цепь может выдержать без механических повреждений в течение короткого времени. кА (пик). | Прочность концевых наконечников и точек крепления лент, расстояние между точками крепления. |
| Термическая стойкость (Ith) | Действующее значение тока короткого замыкания в течение нормированного времени (обычно 1 или 3 с), которое цепь выдерживает без нагрева выше допустимой температуры. кА (действ.) за время t. | Материал и сечение проводника. Рассчитывается по формуле: S min = (Ith / A) |
| Сопротивление постоянному току | Активное сопротивление цепи постоянному току при +20°C. мОм/м. | Материал, сечение, длина, качество контактов. |
Области применения и преимущества
Цепи на шины нашли широкое применение в следующих областях:
Преимущества перед жесткими шинами:
Типовые ошибки при выборе и монтаже
Сравнение с альтернативными решениями
Таблица 2: Сравнение гибких шин с жесткими шинами и кабелями
| Критерий | Цепи на шины (гибкие шины) | Жесткие шинные мосты | Силовые кабели |
|---|---|---|---|
| Гибкость и компенсация | Высокая. Основное назначение. | Отсутствует. Требует точного монтажа. | Умеренная. Не предназначены для частых смещений. |
| Токовая нагрузка на единицу сечения | Высокая, благодаря развитой поверхности и лучшему охлаждению лент. | Высокая. | Ниже, из-за плотной изоляции. |
| Монтаж в стесненных условиях | Удобен, позволяет огибать препятствия. | Сложен, требует индивидуальной подгонки. | Удобен. |
| Стоимость | Средняя-высокая. | Низкая. | Средняя, но требует дополнительной арматуры (наконечники). |
| Основная сфера | Распределительные устройства, соединения внутри шкафов. | Прямые участки шинопроводов, сборные шины. | Прокладка между удаленными объектами, в кабельных каналах. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как правильно определить необходимую длину гибкой шины?
Длина должна обеспечивать необходимый провис для компенсации ожидаемых смещений (ΔL) из-за температурных расширений (рассчитывается по формуле ΔL = L α ΔT) или монтажных неточностей. Минимальный радиус изгиба обычно не должен быть меньше 8-10 толщин пакета. Цепь не должна быть натянута как струна, но и не должна иметь чрезмерного провиса, могущего привести к задеванию за токоведущие части.
Можно ли самостоятельно изготовить цепь на шины из медной фольги?
Кустарное изготовление для ответственных объектов энергетики недопустимо. Заводское производство гарантирует: правильный подбор количества и сечения лент, надежное неразъемное соединение лент с наконечником (опрессовка+сварка), контроль электрического сопротивления, сертификацию на соответствие токам КЗ. Самостоятельная сборка болтовым соединением имеет высокое переходное сопротивление и ненадежна.
Какой материал выбрать: медь или алюминий?
Медь предпочтительна для большинства применений в КРУ благодаря: более высокой проводимости (меньшее сечение при том же токе), лучшей стойкости к окислению, удобству пайки/сварки. Алюминий применяют для экономии или при подключении к алюминиевому оборудованию, но требуются специальные меры против ослабления контакта (пружинные шайбы, регулярная протяжка) и антиоксидантная обработка.
Как часто необходимо проводить диагностику и обслуживание цепей на шины?
В рамках планово-предупредительных ремонтов (ППР) электрооборудования необходимо: визуальный осмотр на отсутствие оплавлений, потемнений изоляции; проверка момента затяжки болтовых соединений динамометрическим ключом (в соответствии с данными производителя); тепловизионный контроль (ТК) под нагрузкой для выявления точек перегрева.
Что означает маркировка «2x40x5 mm, Cu, Ith=50 kA/1s»?
Это означает, что цепь состоит из двух медных лент, каждая размером 40 мм в ширину и 5 мм в толщину. Суммарное сечение: 2 40 5 = 400 мм². Цепь термически стойка к току короткого замыкания 50 кА (действующее значение) в течение 1 секунды.
Нужно ли использовать изолированные или голые цепи?
Голые цепи применяются в закрытых ячейках КРУ, где исключено случайное прикосновение и попадание инородных тел. Они лучше охлаждаются. Изолированные цепи обязательны при открытой установке, в стесненных условиях, где возможен контакт с заземленными частями или другими фазами, а также в условиях повышенной влажности/загрязненности.
Заключение
Цепи на шины являются критически важным компонентом современного распределительного электрооборудования, обеспечивающим его надежность, долговечность и безопасность. Их корректный выбор, основанный на комплексном учете номинальных параметров, условий короткого замыкания и монтажа, является обязательной частью проектирования. Пренебрежение расчетами и правилами монтажа ведет к возникновению аварийных ситуаций — локальным перегревам, разрушению контактов и, как следствие, к отказу всего распределительного устройства. Использование сертифицированной продукции от проверенных производителей в сочетании с квалифицированным инженерным подходом позволяет реализовать все преимущества гибких шинных соединений в энергетических системах.