Щиты металлические

Щиты металлические: классификация, конструкция, применение и нормативные требования

Металлический щит (ЩМ) представляет собой законченное устройство, предназначенное для приема, распределения и учета электрической энергии, а также для управления подключенными электроцепями и защиты их от токов короткого замыкания и перегрузок. Конструктивной основой ЩМ является металлический корпус (шкаф, ящик, панель), внутри которого размещены аппараты коммутации, защиты, измерения, учета и элементы управления. Использование металла в качестве основного материала обеспечивает высокую механическую прочность, устойчивость к внешним воздействиям, электромагнитную экранировку и необходимую степень защиты от поражения электрическим током.

Классификация металлических щитов

Классификация ЩМ осуществляется по множеству признаков, что позволяет точно подобрать оборудование под конкретные задачи проекта.

1. По назначению и выполняемым функциям:

• Вводно-распределительные устройства (ВРУ): Устанавливаются на вводе в здание или сооружение. Осуществляют прием вводных линий, учет электроэнергии, распределение по групповым линиям и защиту от токов КЗ и перегрузок.
• Главные распределительные щиты (ГРЩ): Являются высшим звеном в иерархии распределения электроэнергии на объекте. Устанавливаются после источника питания (ТП, вводной линии) и распределяют энергию на ВРУ, ЩС, ЩЭ этажей и другие распределительные пункты.
• Распределительные щиты (ЩР, ПР): Предназначены для распределения электроэнергии на участке объекта (цех, этаж, технологическая линия) и защиты отходящих линий.
• Щиты управления (ЩУ): Содержат аппаратуру для управления работой электроприводов, систем вентиляции, освещения, технологическими процессами (реле, контроллеры, кнопки, сигнальные лампы).
• Щиты автоматического ввода резерва (АВР): Обеспечивают автоматическое переключение питания с основного источника на резервный и обратно при исчезновении напряжения в основной сети.
• Щиты учета (ЩУр): Специализированные шкафы для размещения счетчиков электрической энергии и сопутствующей аппаратуры (трансформаторы тока, испытательные коробки).
• Этажные щиты (ЩЭ): Устанавливаются в жилых и административных зданиях на этажах для распределения энергии по квартирам/офисам и учета.
• Щиты освещения (ЩО): Управление и защита групп освещения (автоматические выключатели, контакторы, диммеры).

2. По конструкции корпуса:

• Навесные: Крепятся на вертикальные поверхности (стены, колонны). Могут быть с глухой задней стенкой или проходного типа.
• Напольные: Устанавливаются на подготовленное основание (фундамент, пол). Включают шкафы с фронтальным доступом и щиты с двусторонним обслуживанием (панели).
• Встраиваемые: Монтируются в заранее подготовленные ниши в стенах (чаще применяются в административных и жилых зданиях).
• Уличного (наружного) исполнения: Имеют усиленную защиту от атмосферных воздействий (дождь, снег, солнце, перепады температур), степень защиты обычно не ниже IP54.
• Внутреннего исполнения: Для установки внутри отапливаемых помещений с нормальной средой.

3. По степени защиты (код IP):

Степень защиты (IP)	Расшифровка	Типовые области применения
IP20, IP21	Защита от проникновения твердых тел диаметром >12.5 мм. Каплезащищенное исполнение (IP21).	Сухие отапливаемые помещения, электрощитовые, жилые и офисные здания.
IP31, IP32	Защита от проникновения тел диаметром >2.5 мм. Защита от капель воды, падающих под углом до 15°.	Подвалы, неотапливаемые складские помещения.
IP41, IP42	Защита от проникновения тел диаметром >1.0 мм. Защита от брызг воды.	Промышленные цеха с повышенным содержанием пыли.
IP54	Пылезащищенное исполнение. Защита от брызг воды со всех сторон.	Наиболее распространенный вариант для промышленных объектов, мастерских, наружной установки под навесом.
IP65, IP66	Пыленепроницаемые. Защита от струй воды (IP65) или сильных струй (IP66).	Установка на открытом воздухе, в условиях высокой влажности и запыленности (химическое, пищевое производство).

Конструктивные особенности и комплектация

Конструкция металлического щита представляет собой модульную систему, основными элементами которой являются:

• Корпус (шкаф): Изготавливается из листовой холоднокатаной стали толщиной 1.2-2.0 мм, реже из алюминия или нержавеющей стали для особых условий. Корпус включает раму, дверь (одну или несколько), боковые стенки, крышу и дно. Дверь оборудуется замком и, как минимум, одной точкой заземления. Для улучшения теплоотвода в шкафах с мощным оборудованием применяются перфорированные двери или встраиваемые вентиляторы.
• Монтажная панель (рама, планка, DIN-рейка): Стандартизированный металлический профиль шириной 35 мм для крепления модульной аппаратуры (автоматические выключатели, УЗО, реле, клеммники). Панели могут быть стационарными или выдвижными.
• Нулевая (N) и заземляющая (PE) шины: Медные или стальные луженые шины на изоляторах для коммутации нулевых рабочих и защитных проводников. Сечение шин выбирается в соответствии с расчетным током.
• Вводные и отходящие линии: Организуются через гермовводы (сальники) или специальные кабежные вводные пластины. Для маркировки используются бирки и маркеры.
• Аппаратура коммутации и защиты: Включает рубильники, автоматические выключатели (воздушные и модульные), устройства защитного отключения (УЗО), дифференциальные автоматические выключатели, предохранители, контакторы.
• Приборы учета и контроля: Счетчики электроэнергии, амперметры, вольтметры, преобразователи, сигнальные лампы.
• Система внутренних соединений: Выполняется изолированным проводом с цветовой маркировкой (фаза – серый/коричневый/черный, N – синий, PE – желто-зеленый) сечением, соответствующим току цепи. Применяются наконечники под опрессовку.

Нормативная база и требования к изготовлению

Проектирование, изготовление и монтаж металлических щитов регламентируется комплексом нормативных документов:

• ПУЭ 7-е издание (Главы 1.5, 1.7, 1.8, 4.1, 7.1): Основополагающий документ, определяющий требования к электроустановкам, включая выбор аппаратов, сечений проводников, систем заземления, размещение щитов.
• ГОСТ Р 51778-2001 (МЭК 60439-1:1992) «Щитки распределительные для производственных и общественных зданий»: Устанавливает общие требования к конструкции, степени защиты, маркировке, испытаниям.
• ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1:2004) «Устройства низковольтные комплектные распределения и управления»: Современный стандарт, классифицирующий НКУ по типам, определяющий требования к конструкции, защите от поражения током, цепям управления.
• СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий»: Содержит требования к этажным, квартирным и вводно-распределительным щитам.
• Технические условия (ТУ) производителя: Конкретизируют параметры изделия для данной серии.

Ключевые требования при изготовлении: обеспечение указанной в проекте электрической схемы, соблюдение габаритных размеров и степени защиты IP, правильная расцветка и маркировка всех цепей, наличие паспорта и принципиальной схемы внутри щита, надежное крепление всех элементов, наличие сертификатов соответствия на комплектующие.

Проектирование и порядок заказа

Процесс заказа ЩМ начинается с разработки технического задания (ТЗ) и однолинейной схемы. В ТЗ должны быть указаны:

• Назначение щита и условия эксплуатации (внутри/снаружи помещения, климатические факторы).
• Номинальное напряжение и частота сети.
• Вводные данные: количество и номинальные токи вводов, тип вводной аппаратуры (рубильник, автомат).
• Данные по отходящим линиям: количество групп, номинальный ток и тип защитного аппарата для каждой, наличие УЗО, назначение линии (розетки, освещение, двигатель).
• Требования к приборам учета и контроля.
• Требуемая степень защиты корпуса (IP).
• Способ установки (навесной, напольный) и габаритные ограничения.
• Цвет корпуса (стандартно RAL 7035 или RAL 7032).

На основе ТЗ производитель выполняет расчеты (проверка на токи КЗ, выбор сечений шин и проводников), разрабатывает компоновочные чертежи и согласовывает их с заказчиком перед началом производства.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж ЩМ должен выполняться квалифицированным персоналом с соответствующей группой по электробезопасности. Основные этапы:

1. Подготовка места установки: Обеспечение свободного доступа для обслуживания, выравнивание поверхности, разметка точек крепления.
2. Крепление корпуса: Надежная фиксация с помощью анкерных болтов или дюбелей в соответствии с массой щита.
3. Подключение кабелей: Заведение силовых и контрольных кабелей через сальники, их маркировка. Затяжка сальников для обеспечения заявленной степени защиты.
4. Коммутация: Подключение проводников к аппаратам и шинам с требуемым моментом затяжки. Проверка правильности сборки по схеме.
5. Пуско-наладочные работы: Проверка изоляции мегомметром, прогрузка защитных аппаратов, настройка уставок (при необходимости), проверка работы АВР, управления.
6. Сдача в эксплуатацию: Оформление исполнительной документации, актов, передача паспортов и схем заказчику.

Эксплуатация включает регулярные визуальные осмотры (отсутствие коррозии, посторонних шумов, запахов), проверку затяжки соединений (по графику), очистку от пыли. Испытания и измерения сопротивления изоляции и петли «фаза-ноль» проводятся в сроки, установленные ПТЭЭП.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем основное отличие ГРЩ от ВРУ?

ГРЩ (Главный Распределительный Щит) является первым распределительным устройством после вводной линии или трансформаторной подстанции на территории объекта. Он распределяет энергию на всю территорию объекта или его крупную часть. ВРУ (Вводно-Распределительное Устройство) устанавливается на вводе в конкретное здание (или его обособленную часть) и распределяет энергию внутри этого здания. Функционально они могут быть схожи, но отличаются местом в иерархии электроснабжения и, как следствие, номинальными токами и ответственностью.

2. Как правильно выбрать степень защиты IP для щита?

Выбор зависит от среды установки:

• IP20: Сухие, отапливаемые, чистые помещения (жилые комнаты, офисы, электрощитовые).
• IP31/IP41: Помещения с повышенной пыльностью или возможностью попадания мелких предметов (подвалы, цеха с неагрессивной средой).
• IP54: Стандарт для большинства промышленных цехов, мастерских, гаражей, помещений с повышенной влажностью и для наружной установки под навесом.
• IP65/IP66: Наружная установка под открытым небом, помещения с возможностью прямого попадания струй воды или активных химических агентов.

Всегда необходимо учитывать требования конкретного техзадания и местных нормативов.

3. Можно ли самостоятельно собрать металлический щит для ответственного объекта?

Самостоятельная сборка силовых распределительных щитов для коммерческих, промышленных и общественных объектов не рекомендуется и часто прямо запрещена требованиями заказчика. Щиты, изготовленные в заводских условиях, проходят типовые испытания, сертификацию, изготавливаются по утвержденной документации с применением профессионального инструмента. Это гарантирует их безопасность, надежность и соответствие нормам. Сборка «на коленке» несет риски ошибок в коммутации, неправильного выбора компонентов, нарушения требований ПУЭ, что может привести к аварии, пожару или отказу в приемке объекта энергонадзором.

4. Что такое типовые испытания НКУ и зачем они нужны?

Типовые испытания (по ГОСТ Р 51321.1) – это комплекс испытаний, проводимых над образцом НКУ для подтверждения соответствия его конструкции и характеристик требованиям стандарта. Включают проверки: на механическую и электрическую прочность, степень защиты IP, стойкость к короткому замыканию, превышение температуры, работу в нормальных условиях. Сертификат о типовых испытаниях, выданный аккредитованной лабораторией, является основным документом, подтверждающим качество и безопасность всей серии щитов. При заказе важно требовать у производителя протоколы типовых испытаний.

5. Как организовать вентиляцию в металлическом щите с мощным оборудованием?

При выделении значительного тепла (суммарные потери > 100 Вт) применяют:

• Естественную вентиляцию: Перфорация в нижней и верхней частях дверцы или корпуса (при условии сохранения требуемой степени защиты).
• Принудительную вентиляцию: Установка вентиляторов (вытяжных и/или нагнетательных) с фильтрами. Часто комплектуются термореле, включающим вентиляторы при достижении заданной температуры внутри шкафа.
• Кондиционирование: Монтаж компактного шкафного кондиционера для точного поддержания температуры в условиях высокой внешней температуры или требований к чистоте внутреннего объема.

Расчет системы охлаждения производится на основе суммарных тепловых потерь всех установленных аппаратов.

6. Каковы современные тренды в конструкции металлических щитов?

Основные тенденции:

• Модульность и унификация: Широкое использование рамных систем (например, 8MF, 8MH от Siemens), позволяющих гибко компоновать шкафы любых размеров.
• Цифровизация: Интеграция устройств измерения, контроля и управления в системы АСУ ТП (через интерфейсы Modbus, Profibus, Ethernet). Установка «умных» счетчиков и реле.
• Повышение безопасности: Применение аппаратов с селективными характеристиками, дугозащитных устройств (Arc Fault Detection Devices), систем мониторинга частных случаев замыканий.
• Эргономика: Увеличение внутреннего монтажного пространства, удобные выдвижные монтажные панели, улучшенная маркировка.
• Материалы: Использование коррозионностойких покрытий, нержавеющей стали и алюминия для агрессивных сред.