Платы металлические, также известные как шины или шинопроводы, представляют собой токопроводящие элементы, изготовленные из металла (чаще всего меди или алюминия) в виде полос, пластин или профилей сложного сечения. Их основное функциональное назначение – распределение, ответвление и передача электрической энергии в электроустановках, сборка и соединение компонентов внутри распределительных устройств (РУ), шкафов, щитов и другой электротехнической аппаратуры. В отличие от гибких кабелей, металлические платы обеспечивают жесткую фиксацию, высокую электродинамическую стойкость и эффективный теплоотвод.
Выбор материала для металлической платы является критически важным и определяется требованиями к проводимости, механической прочности, стоимости и условиям эксплуатации.
Конфигурация поперечного сечения платы напрямую влияет на ее электрические и механические характеристики.
При проектировании и выборе металлических плат инженеры оперируют рядом ключевых параметров.
Максимальный ток, который плата может проводить в продолжительном режиме без превышения допустимой температуры нагрева (обычно +70°C для изолированных шин, +90°C для голых в помещении). Зависит от материала, сечения, способа монтажа (открыто, в коробе, пучком), условий охлаждения и температуры окружающей среды. Определяется по таблицам ПУЭ или расчетным путем.
| Сечение, мм² (Ширина x Толщина) | Допустимый ток, А |
|---|---|
| 15 x 3 (45) | 340 |
| 20 x 3 (60) | 475 |
| 25 x 3 (75) | 590 |
| 30 x 4 (120) | 830 |
| 40 x 4 (160) | 1100 |
| 40 x 5 (200) | 1250 |
| 50 x 5 (250) | 1480 |
| 50 x 6 (300) | 1620 |
| 60 x 6 (360) | 1900 |
| 80 x 6 (480) | 2470 |
| 100 x 6 (600) | 3000 |
Способность платы и ее креплений выдерживать без повреждений и недопустимых деформаций механические усилия, возникающие при протекании токов короткого замыкания (КЗ). Эти силы пропорциональны квадрату ударного тока КЗ. Расчет включает определение механического напряжения в материале шины и сравнение его с допустимым для данного металла. Для повышения стойкости уменьшают расстояние между опорными изоляторами, используют профили повышенной жесткости или устанавливают распорки между фазами.
Способность платы выдерживать кратковременный нагрев при протекании тока КЗ без недопустимых изменений свойств материала (отжиг, оплавление). Минимально допустимое сечение проверяется по формуле, учитывающей тепловой импульс тока КЗ. Для меди допустимая температура при КЗ обычно принимается +300°C, для алюминия – +200°C.
Активное сопротивление постоянному току рассчитывается по формуле R = ρ
Платы металлические являются основой токопроводящей системы. Из них собирают главные и секционные сборные шины, отходящие линии, перемычки. Монтаж выполняется на опорных или проходных изоляторах. Критически важна фазировка и соблюдение расстояний (воздушных и по поверхности изоляции) между фазами и на землю. Все соединения (ответвления, изгибы) должны обеспечивать надежный электрический контакт и механическую прочность.
Внутри щитов платы меньшего сечения используются для организации цепей питания автоматических выключателей, рубильников, приборов учета, релейной защиты. Широко применяются изолированные медные шины (шинки) для сборки цепей постоянного оперативного тока (Цепи «+» и «–»).
Стальные или медные полосы используются в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) в вводных устройствах, контурах заземления и выравнивания потенциалов. Требования к сечению определяются ПУЭ и зависят от параметров сети защиты.
Специализированные системы на основе металлических плат, заключенных в оболочку, для подвода питания к мощным потребителям (например, к печам, крупным станкам). Обеспечивают гибкость конфигурации и безопасность.
Для обеспечения безопасности и защиты от внешних воздействий металлические платы могут покрываться изоляционными материалами.
Производство и применение металлических плат регламентируется рядом национальных и международных стандартов.
Контроль включает проверку геометрических размеров, качества поверхности (отсутствие заусенцев, трещин), состава и состояния материала (электропроводность, твердость), качества защитных покрытий.
Выбор осуществляется по допустимому длительному току с учетом условий прокладки. Для открытой прокладки одиночной шины при +25°C подойдет сечение 40×5 мм (200 мм², ДДТ ~1250А) или 50×5 мм (250 мм², ДДТ ~1480А). Для установки в закрытом шкафу с плохой вентиляцией или при повышенной температуре окружающей среды необходимо выбирать сечение с запасом, использовать принудительное охлаждение или переходить на большее сечение, например, 60×6 мм (360 мм²). Обязательна проверка на электродинамическую и термическую стойкость при возможных токах КЗ в точке установки.
Монтаж алюминиевых шин требует особого внимания из-за склонности материала к ползучести и окислению. Необходимо:
Количество и диаметр болтов определяются исходя из рабочего тока и требований к механической прочности соединения. Расчет ведется по допустимому давлению на смятие материала шины и срезу болта. Для ориентировки: на каждые 100-200А рабочего тока обычно устанавливается один болт М8-М10 из стали не ниже класса прочности 5.6. Для ответственных соединений на большие токи (свыше 1000А) используются специальные многоболтовые накладки или сварные соединения. Точный расчет должен быть приведен в проектной документации.
Шинный мост (или шинная перемычка) – это конструкция из металлических плат, предназначенная для соединения двух или более распределительных устройств, секций шин или для обхода какого-либо аппарата. Он обеспечивает гибкость схемы, возможность секционирования и резервирования питания. Шинные мосты монтируются на изоляторах и могут быть как открытого, так и закрытого (в металлическом кожухе) типа. Их расчет включает проверку на механическую прочность при ветровых и гололедных нагрузках (для наружной установки), а также на электродинамическую стойкость.
Шины коробчатого (прямоугольного полого) сечения обладают рядом преимуществ перед сплошными прямоугольными шинами при равной площади поперечного сечения:
Маркировка осуществляется в соответствии с ПУЭ и ГОСТ 33542 (МЭК 60445).