Медная или стальная шина
Особенности медных и алюминиевых шин
Сегодня среди всех разновидностей токоведущих изделий, изготавливаемых из металла, высоким спросом пользуются медные и алюминиевые шины. Они являются одними из основных связующих элементов многих энергосистем (электроустановок), а так же широко применяются в электротехнике и строительстве.
Шины из меди и алюминия позволяют существенно снизить потери электроэнергии при прохождении тока по проводнику, что обусловило их использование в электро- и радиотехнике, в распределительных устройствах, в качестве элементов электрических цепей и мощных токопроводов, а также при производстве плоских шинопроводов.
Применение шинных соединений позволяет сэкономить время как при проектировании, так и при изготовлении оборудования. Монтаж шин не вызывает трудностей, их не нужно «подгонять» по размеру или зачищать, также они не требуют применения специальных обжимных элементов.
Так же шины способны гасить вибрацию, не передавая её другим элементам системы. Поэтому они часто используются вместо кабелей в тех местах системы, которые подвергаются воздействию вибрации.
Чтобы упростить выбор между алюминиевыми и медными шинами Ниже разобраны их основные отличия, преимущества и недостатки.
Сравнение медных и алюминиевых шин
Преимущества алюминиевых шин
Основными преимуществами алюминиевых шин над медными являются их относительная дешевизна и легкость (плотность алюминия в четыре раза меньше меди).
Преимущества медных шин
Удельная проводимость меди примерно в 1,6 раза выше, чем у алюминия. При прочих равных параметрах это позволяет:
Помимо того, важными особенностями медных электропроводящих шин являются такие качества, как высокая пластичность и коррозионная стойкость. Применение таких изделий существенно упрощает электромонтажные работы и в целом конструкцию устройств, в которых они используются. Во многом это объясняется характеристиками, которыми обладают медные шины:
Благодаря высокой коррозионной стойкости и устойчивости к химикатам изделия могут использоваться практически в любых условиях.Что касается утилизации меди, она абсолютно экологически безопасна — материал может перерабатываться многократно.
Недостатки алюминиевых шин
Токопроводящие изделия из алюминия используются чаще, чем медные изделия. Но объясняется это не лучшими качествами алюминия, а его низкой стоимостью и легкостью. К сожалению, он также обладает многими недостатками. Высокая окисляемость материала на открытом воздухе может привести к появлению на поверхности проводника окисной плёнки, обладающей высоким сопротивлением и плохо проводящей ток. Более того, алюминий хрупок и может сломаться всего при нескольких сгибаниях.
По этим причинам для применения шин из алюминия существуют ограничения. Такие изделия не могут использоваться в машинах и механизмах с подвижными частями, а также в оборудовании с вибрирующим корпусом. Более того, в отличие от медных изделий алюминиевые шины не способны выдерживать столь же продолжительные токовые нагрузки.
Недостатки медных шин
К недостаткам медных шин можно отнести только их большую стоимость и больший вес одинаковых по габаритам изделий. Но последнее во-многом компенсируется тем, что для обеспечения одних и тех же характеристик токопроводности в случае с медными шинами требуются изделия намного меньших габаритов, а значит и разница в массе оказывается не настолько велика.
Выводы:
Медь существенно превосходит алюминий по теплопроводным и токопроводящим качествам. Даже окисляясь на воздухе, медь практически не теряет своих свойств в качестве проводника, т. к. образуемая на ней окисная плёнка — токопроводящая. Медные шины более устойчивы к изгибам и кручению. Благодаря этому они имеют явные преимущества перед алюминиевыми и в вопросах монтажа.
Более того, из-за большей удельной проводимости меди шины из этого материала изготавливаются с меньшим сечением, чем алюминиевые изделия. Это особенно важно при применении шин там, где важны габариты прибора. Также медные шины нагреваются медленнее, чем алюминиевые. Для предотвращения быстрого нагрева и падения удельной проводимости алюминиевых шин зачастую требуется дополнительное охлаждение. При использовании медных шин столь же мощные (и дорогостоящие) охлаждающие системы не потребуются.
Из-за таких качеств медные шины сегодня востребованы в тех областях деятельности, где к токоведущим изделиям предъявляются наиболее высокие требования. Их используют и в производственных целях, и в атомной энергетике, и даже в космической технике.
В компании УГМК-ОЦМ вы можете заказать медные шины минимальной партией от 300 кг. Доставка изделий может быть выполнена в срочном порядке (со складов, расположенных в Ревде, и Кирове). Чтобы сделать заказ, оформите заявку или свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам, указанным на сайте.
Как выбрать главную заземляющую шину — сечение, медь или сталь, подключение.
Как мы все знаем, напряжение – это разность потенциалов. Если потенциалы равны, то и напряжения между этими точками нет, а значит и током вас здесь не ударит.
С этой целью в зданиях и делают систему уравнивания потенциалов (СУП). Она может быть основной (ОСУП) и дополнительной (ДСУП).
Прежде чем предпринимать подобное, необходимо уточнить в управляющей компании, охвачен ли весь дом ОСУП или нет. Вот наглядная картина того, что может происходить с трубами в многоэтажках, при отсутствии общего заземления и уравнивания потенциалов.
Как правило, в новостройках проблем со всем этим нет, и ДСУП является обязательной. А вот в старом жилом фонде ОСУП отсутствует. Поэтому в таких случаях никакой самодеятельности!
Иначе поубиваете соседей при первой утечке тока или повреждении изоляции.
Основная система уравнивания потенциалов соединяет между собой главные инженерные коммуникации на вводе в здание и другие проводящие части оборудования.
Система должна отвечать требованиям двух нормативных документов:
Циркуляр был выпущен для разъяснения некоторых положений и рекомендаций ПУЭ, дабы согласовать эти рекомендации с требованием ГОСТ Р51321.1-2000 и ГОСТ Р51732-2001.
Разъяснений некоторые рекомендации ПУЭ действительно требуют, поскольку большинство их почему-то трактуют по разному.
Основой ОСУП является главная заземляющая шина – ГЗШ. Какой она должна быть и из какого материала выполнена?
В ПУЭ 1.7.119 говорится о том, что функцию ГЗШ может выполнять РЕ шина внутри распределительного устройства. Зачастую так и делается.
А если ГЗШ вынесена наружу щитовой, отдельно от ВРУ и смонтирована на стене, каких правил при выборе и расчетах здесь придерживаться?
Сначала определимся по материалу изготовления. Пункт 8 циркуляра говорит о том, что отдельно установленную ГЗШ рекомендуется делать из стали.
При этом ПУЭ утверждает обратное, что ГЗШ в первую очередь должна быть медной.
Алюминий при этом категорический запрещен!
Кому же в этой ситуации верить и что в конечном итоге выбрать, сталь или медь?
Выбор всегда остается за вами, но опытные профессиональные электромонтеры все же предпочитают медь. Объясняется это тем, что инспекторы энергонадзора при проверках, охотнее подписывают все бумаги при наличии именно медной ГЗШ.
Лишних вопросов и жарких споров не возникает.
Главная заземляющая шина должна соединять между собой такие элементы как:
- проводник, присоединенный к заземляющему устройству повторного заземления
Металлический уголок или полосу, которые закапывают в землю на улице или в подвале дома.
- стальные трубы всех коммуникаций на вводе в здание (водопровод, канализация)
А теперь главный вопрос – какого же сечения должна быть заземляющая шина? От чего это зависит, где ее установить и как подключить?
Опять обратимся к документам. ПУЭ говорит, что шина установленная в щитовой, то есть там, где есть доступ только для специально обученного персонала может быть:
- должна предусматривать возможность индивидуального присоединения всех проводников
То есть, под один болт разрешается сажать не более одного проводника или наконечника.
В то же самое время циркуляр говорит немного иначе. Согласно ему, сечение ГЗШ выбирается по следующей таблице:
Как видите, здесь выбор делается не исходя из сечения PEN питающего кабеля, а в расчете на фазную жилу!
Все мы знаем, что Pen проводник может быть как равен фазному, так и иметь меньший размер. Например, если у вас кабель от 35мм2 и более, то вы имеете полное право для PEN взять сечение в половину меньше фазного.
Хотя чаще всего питающий кабель от подстанции приходит с одинаковыми жилами (4*120мм2, 4*150мм2).
Получается, что если у вас кабель слишком толстый, то по вышеприведенной таблице вовсе не обязательно подбирать такую же большую медную шину ГЗШ. Главное, чтобы она была сечением в половину от фазной жилы.
Но на практике следует учитывать обе ситуации. То есть, делайте так, чтобы ваша ГЗШ отвечала обоим условиям:
В этом случае к вам никаких претензий относительно системы заземления и уравнивания потенциалов не будет.
Не всегда ясно, кто будет принимать готовый объект. Насколько он окажется компетентен в своей сфере. Если же делаете, что называется для себя, то выбирайте наиболее оптимальный и экономный вариант, не оглядываясь на возможных инспекторов.
При расчете сечения не забывайте про разницу материалов и марку кабеля.
Питающие вводные кабеля, как правило, выполнены из алюминия. А шину мы решили делать из меди!
Соответственно полезную площадь сечения алюминия, вам придется пересчитать на медь. Помогут в этом деле таблицы ПУЭ для допустимых длительных токов медных и алюминиевых проводов.
Смотрите пропускную способность алюминиевого кабеля и уже по этому току в аналогичной таблице подбираете сечение медной шины.
К примеру, если у вас вводной кабель АВБбШв 4*120мм2, то его PEN проводник имеет сечение 120мм2 и ток I=295А.
По меди это соответствует сечению жилы чуть более 70мм2.
Сообразно этому вам и следует подбирать медную шину ГЗШ. Стандартного размера 4*30мм будет более чем достаточно.
При этом конечно нужно учитывать толщину крепежного болта. Иначе высверлив под него отверстие, у вас может не остаться полезной площади для плотного прилегания наконечника.
В этом случае выбирайте шинку потоньше, но несколько большую по ширине.
Дополнительные размеры медных шин:
При желании сэкономить и выборе в качестве материала ГЗШ не меди, а стали, берите данные по токам из другой таблицы, относящейся к стальной полосе.
Здесь как понимаете, размеры уже будут существенно отличаться.
А вот уже готовая таблица для выбора сечения главной заземляющей шины для тех, кто не хочет ничего считать и желает сразу получить готовый результат.
После расчета сечения и выбора габаритных размеров, необходимо проделать отверстия под болты. Для качественного результат эти отверстия в шине выдавливаются специальным прессом (при его наличии).
Если у вас его нет, ничего страшного. Сначала высверливаете их обычным сверлом, а затем при необходимости расширяете ступенчатым.
Сам шина крепится на поверхность стены или корпуса шкафа при помощи опорных изоляторов.
Длину шины рассчитывайте исходя из количества присоединяемых проводников. Самый главный из них – PE или PEN проводник питающей линии.
После изготовления не забудьте нанести соответствующие надписи, которые в зашифрованном виде будут нести всю полезную информацию по ГЗШ. Вот к примеру маркировка заводской шины:
Как правильно ее расключить в щитовой? Чаще всего с подстанции приходит 4-х жильный кабель с совмещенным нулевым рабочим и защитным проводником. Этот PEN проводник изначально должен сажаться на нулевую защитную шину.
И только уже с нее, делается перемычка на нулевую рабочую шину.
Далее вводная PE шина, соединяется с главной заземляющей шиной отдельным PE проводом.
Запомните, что допускать к монтажу систем заземления и уравнивания потенциалов следует действительно квалифицированных людей, до мелочей знающих и понимающих все нюансы и специфику работы.
Нередко грамотный электрик подобен врачу. От его компетенции напрямую зависят жизни посторонних людей.
Собрать шкаф ГЗШ это весьма непростое занятие и порой на его монтаж и комплектацию уходит времени не меньше, чем на сборку трехфазных распределительных щитов.
Вот весьма неплохое и подробное видео на эту тему.
И 1.08-08 Инструкция по проектированию и монтажу контактных соединений шин между собой и с выводами электротехнических устройств (выдержки)
Содержание:
1. РАЗБОРНЫЕ КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
2. СОЕДИНЕНИЯ ШИН С ВЫВОДАМИ
3. СОЕДИНЕНИЯ ГИБКИХ ШИН МЕЖДУ СОБОЙ И С ВЫВОДАМИ В ОТКРЫТЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
4. ПРИЛОЖЕНИЕ 1: БОЛТЫ И ГАЙКИ
5. ПРИЛОЖЕНИЕ 2: ШАЙБЫ
6. ПРИЛОЖЕНИЕ 9: ВЫВОДЫ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ПЛОСКИЕ И ШТЫРЕВЫЕ
7. ДОПУСТИМЫЙ ДЛИТЕЛЬНЫЙ ТОК ДЛЯ ШИН ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
1. РАЗБОРНЫЕ КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
1. Технология выполнения соединений
1.1. Разборные (болтовые) контактные соединения в зависимости от материала соединяемых шин и климатических факторов внешней среды подразделяются на соединения:
а) без средств стабилизации электротехнического сопротивления;
б) со средствами стабилизации электрического сопротивления.
1.2. Контактные соединения шин из материалов медь-медь, алюминиевый сплав алюминиевый сплав, медь-сталь, сталь-сталь для групп А и Б, а также из материалов алюминиевый сплав-медь и алюминиевый сплав-сталь для группы А не требуют применения средств стабилизации электрического сопротивления. Соединения выполняются непосредственно с помощью стальных крепежных деталей (рис.1 а).
Рис. 1. Разборные контактные соединения
1.3. Контактные соединения шин из материалов алюминий-алюминий, алюминиевый сплав-алюминий для групп А и Б, а также из материалов алюминий-медь и алюминий-сталь для группы А следует выполнять с помощью одного из средств стабилизации сопротивления:
а) тарельчатых пружин по ГОСТ 3057 (рис. 1 б);
б) крепежных изделий из меди или ее сплава (рис. 1 в);
в) защитных металлических покрытий по ГОСТ 21.484, наносимых на рабочие поверхности шин или электропроводящей смазкой типа ЭПС-98 (рис 1 г);
г) переходных медно-алюминиевых пластин по ГОСТ 19357 (рис. 1 д);
д) переходных пластин из алюминиевого сплава (рис. 1 е).
Рабочие поверхности шин и пластин из алюминия и алюминиевого сплава должны иметь защитные металлопокрытия.
1.5. Пластины из алюминиевого сплава и алюминиевые части медно-алюминиевых пластин следует соединять с алюминиевыми шинами сваркой. Разборные соединения переходных пластин с медными шинами необходимо выполнять с помощью стальных крепежных деталей.
1.6. Расположение и диаметр отверстий для соединения шин шириной до 120 мм приведены в табл. 1.
Зависимость диаметра отверстия в шинах от диаметра стягивающих болтов следующая:
Диаметр отверстия в шинах, мм
Таблица 1
* Примечание только при соединении пакетов шин
1.7. Контактные участки шин шириной 60 мм и более, имеющие два отверстия в поперечном ряду, рекомендуется выполнять с продольными разрезами. Ширина разреза зависит от способа его выполнения и должна быть не более 5 мм.
2. Подготовка к сборке разборных соединений
2.1. Подготовка шин для разборного соединения состоит из следующих операций: выполнение отверстий под болты, обработка контактных поверхностей и, при необходимости, нанесение металлопокрытия.
2.2. Расположение и размеры отверстий под болты должны соответствовать указанным в п. 1.6.
2.3. При массовой заготовке шин рекомендуется вырубку отверстий производить на прессах. Одновременная вырубка нескольких отверстий
может быть осуществлена с помощью специальных приспособлений. При вырубке отверстий с применением упора и кондукторов разметку производить не следует.
2.4. Длину болтов для соединения пакета шин необходимо выбирать по табл. 2. На болтах после сборки и затяжки соединений должно оставаться не менее двух ниток свободной резьбы.
Таблица 2
Длина болтов для соединения пакетов шин:
Толщина пакета шин в соединении, мм
алюминиевых с алюминиевыми
алюминиевых с медными или с шинами из алюминиевого сплава
медных или стальных
2.5. Контактные поверхности шин необходимо обрабатывать в следующем порядке: удалить бензином, ацетоном или уайт-спиритом грязь и консервирующую смазку, у сильно загрязненных шин гибкой ошиновки кроме очистки внешних повивов после расплетки очистить внутренние повивы; выправить и обработать под линейку на шинофрезерном станке (при наличии вмятин, раковин и неровностей); удалить посторонние пленки ручным электроинструментом со специальным зачистным кругом, или другими насадками и приспособлениями для механизированных инструментов. Зачистку шин в мастерских электромонтажных заготовок рекомендуется производить на станке 3Ш-120. При зачистке алюминия применять шлифовальные круги не допускается. Не следует применять напильники и стальные щетки для одновременной обработки шин из различных материалов.
2.7. Способы и технология нанесения металлопокрытий на контактные поверхности шин даны в Приложении 8.
2.8. Поверхности, имеющие защитные металлические покрытия, в случае загрязнения перед сборкой следует промыть органическими растворителями (бензином, уайт-спиритом и т.д.).
Луженые медные желобки, предназначенные для закрепления медных шин в петлевых зажимах, необходимо промывать растворителем и покрывать слоем нейтральной смазки (вазелин КВЗ, ГОСТ 15975; ЦИАТИМ-201, ГОСТ 6267; ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433; электропроводящую смазку ЭПС-98 ТУ 0254-002-47926093-2001 или другими смазками с аналогичными свойствами). Зачищать такие желобки наждачной бумагой не следует.
2.9. Допускается наносить металлопокрытия на отрезки шин (пластин), которые затем приваривают к шинам на монтаже. Длина покрываемого отрезка шины (пластины) в зависимости от длины этого отрезка должна быть:
В чем разница между алюминиевыми и медными материалами в электроустановках?
Да, безусловно, между медью и алюминием существует много различий при применении их в электроустановках, таких как проводимость, вес, и, один из самых важных факторов – стоимость. В прошлом веке алюминий был более распространённым металлом для выполнения таких электротехнических изделий как предохранители, шины, автоматические выключатели, использовался для прокладки внутренних сетей в жилых и промышленных зданиях. Под влиянием современных тенденций многие проектировщики активно заменяли в своих изделиях алюминий на медь, однако в последнее время тенденции снова меняются, и от меди переходят снова к алюминию. Вина этому переходу – высокая стоимость меди.
Материалы
Очень часто заблуждения по поводу меди и алюминия возникают из-за использования различных марок металлов, используемых в электроустановках. В проводах, шинах и другом электрооборудовании используют чистую медь. Чистый алюминий слабо подходит для использования в электроустановках, тут медь имеет большое преимущество. Однако, необходимо учитывать и то, что металлургическая промышленность эволюционирует и создает новые сплавы различных металлов.
Соответственно различные свойства алюминия (Al) также могут изменятся – все зависит от обработки. Например, Al 6101 прочнее, чем Al 1350. Тем не менее, после термообработки Al 6101 затвердевает и прочность его повышается. Различные виды металлов, например Al 6101 и Al 1350, могут иметь различные свойства в сравнении с чистой медью (Cu). Поэтому в процессе проектирования очень важно знать свойства материала для конкретного использования.
Свойства проводников
Масса, сечение, стоимость – три основных фактора при выборе материала проводника. Однако нужно учитывать и другие факторы. Например, факторы нагрева – как изменится проводимость при нагреве, насколько расширится металл и другие. Как известно, при нагреве металлы расширяются, соответственно, если этот фактор не учесть, можно получить деформацию точек контактов. Это свойство особенно актуально при использовании алюминия или его сплавов, так как его коэффициент теплового расширения, в зависимости от сплава, примерно на 42% больше, чем у меди. Но также стоит отметить и то, что коэффициент теплоотдачи у алюминия больше чем у меди.
Решения нашли довольно простое – увеличили поверхность алюминиевых шин, что, в свою очередь, увеличило теплоотдачу, и при нагреве шины не деформировались. При проектировании, независимо от типа проводящего материала, необходимо особое внимание уделить надежным соединениям проводников. Это необходимо для предотвращения ухудшения качества контактов с течением времени, а также предотвратить деформацию при тепловом расширении и ползучести.
Распространенным заблуждением является то, что алюминий мягкий и должен использовать специальные разъемы для сжатия при монтаже. Алюминий может нуждаться в специальном покрытии для уменьшения окисления. Это связано с тем, что окисления может оказывать существенное влияние на качество проводимости материала даже в случае соединения Al – Al. Для предотвращения процесса окисления часто покрывают проводники (это касается и меди и алюминия) оловом или серебром, так как эти материалы имеют хорошую проводимость и не склонны к окислению при атмосферных воздействиях.
Достаточно проблем может принести и коррозия, которая возникает при использовании разнородных металлов в одной системе. Al электрохимически реагирует с медью при повышенной влажности (влага действует как электролит). Проводники из меди и алюминия с кабельными наконечниками располагаются в разъемы, которые после свариваются трением и капсулируются для предотвращения коррозионных процессов в соединении Al – Cu. Правильное соединение позволяет максимально избежать коррозионных процессов. Al и медь совместимые металлы, однако не стоит забывать то, что при неправильном их соединении могут возникать коррозионные процессы.
Вес и электрическая проводимость
Пожалуй, не последним фактором при выборе между алюминиевыми и медными проводниками является их электрическая проводимость. Да, безусловно, медь имеет лучшую проводимость на единицу объема, но алюминий легче, и это его большой плюс. По словам Уве Шенка, менеджера Helukabel – «Необработанный Al примерно на 70% легче Cu. А алюминиевые шины и кабели примерно на 60% легче, чем медные».
Однако главным показателем все же является проводимость. Al марки Al6101 имеет практически половинную проводимость Cu (56%). Различие в соотношениях массы и электрической проводимости выглядит примерно так, на один фунт Al приходится приблизительно 1,85 фунта Cu. Например, сборка медных шин весит 550 фунтов, а алюминиевых 300 фунтов. Такое различие в весе может помочь сэкономить не только на материалах, но и на транспортировке и даже погрузке-разгрузке.
Применение меди и алюминия в различных электроустановках
Алюминий в электроустановках
Практически во всем мире применяется в линиях электропередач ЛЭП и распределительных устройствах. Это вызвано меньшим весом и ценой по сравнению с Cu, что позволяет уменьшать количество опор высоковольтных линий при передаче электрической энергии на значительные расстояния.
В осветительных установках и различных соединителях ранее использовались латунные контакты. Сейчас они активно заменяются алюминиевыми контактами.
Медь в электроустановках
Очень распространена в коммуникационных электроустановках – тут главный ее плюс гибкость, так как позволяет легко вести монтаж на сложных участках и при этом не ломается.
Электрические двигатели и трансформаторы – вызвано тем, что данные устройства должны иметь минимальные габариты и максимальную производительность, а так как проводимость и гибкость меди намного лучше алюминия практически все производители электродвигателей и трансформаторов используют ее в своих изделиях.
Обоюдное применение меди и алюминия
Оба материала могут активно применятся при монтаже проводки в зданиях. В прошлом веке все внутренние сети выполняли алюминиевыми проводами. Это позволяло существенно экономить, так как длина проводки могла достигать нескольких километров. В современных жилых домах для монтажа проводки используют медь. Ее плюсы тоже очевидны – лучше проводимость (меньшее сечение) и лучшая эластичность.
У многих сложился стереотип, что алюминиевые кабели и шины это плохо. Но при правильном их применении можно сэкономить средства и получить хорошую проводимость.
Такие электротехнические устройства как электрические шины, трансформаторы, электрические кабели также используют оба материала.