Расположение шин в распределительных устройствах

Когда говорят про компоновку РУ, многие сразу думают о схемах, аппаратах, защитах. А про расположение шин — часто второпях, по шаблону, будто это что-то само собой разумеющееся. На практике же именно здесь кроется масса нюансов, которые потом аукаются при монтаже, эксплуатации и даже при простом визуальном контроле. Сам не раз сталкивался, когда по проекту вроде бы всё сходится, а на объекте начинаешь раскладывать — и понимаешь, что доступ к клеммам затруднён, или теплоотвод не тот, или при КЗ механические усилия могут повести конструкцию не туда. Давайте по порядку, с примерами.

Базовый принцип и типичная ошибка

Казалось бы, что сложного: шины должны быть размещены так, чтобы минимизировать длину соединений, обеспечить удобный доступ для обслуживания и безопасность. Но вот классический прокол — слепо следовать типовым решениям из каталогов без учёта конкретных условий объекта. У нас был проект для одной подстанции, где заказчик требовал максимально компактную компоновку. Сделали по книжке, шины расположили треугольником вверху камеры КСО. А когда пришло время монтажа, выяснилось, что из-за низких потолков в помещении краном не подлезешь, собирать пришлось чуть ли не вручную, с риском перекоса. Пришлось на ходу менять крепления, усиливать опоры.

Или другой момент — электродинамическая стойкость. На бумаге сечение шин подобрано правильно, но если они расположены плашмя, с большим пролётом между опорами, то при коротком замыкании их может просто вырвать. Видел такие последствия на старой подстанции 10 кВ — после КЗ погнуло не только шины, но и сорвало с креплений изоляторы. Поэтому сейчас всегда считаю не только сечение, но и расположение (плашмя или на ребро), и расстояние между опорными точками. Иногда выгоднее поставить две параллельные шины меньшего сечения, чем одну толстую, — и по току проходит, и механически устойчивее.

Ещё одна частая проблема — температурное расширение. Особенно актуально для протяжённых шинных мостов в ЗРУ. Если жёстко закрепить с двух концов, при нагреве от нагрузки может возникнуть значительное напряжение, которое со временем ослабит контакты или даже погнёт конструкцию. Поэтому сейчас всегда предусматриваю компенсаторы или скользящие крепления. На одном из объектов для ООО Хунань Синьнэн Промышленность, где мы участвовали в модернизации городской сети, как раз пришлось переделывать крепления шин на вводе 35 кВ — из-за отсутствия температурных зазоров через год эксплуатации появились трещины в сварных швах на шинопроводе.

Влияние на обслуживание и безопасность

Расположение шин напрямую влияет на то, как часто и насколько безопасно можно будет обслуживать распределительное устройство. Помню, на одной промышленной подстанции шины 10 кВ были расположены в глубине ячейки, за аппаратурой. По проекту вроде бы всё компактно, но чтобы провести замер сопротивления изоляции или подтянуть контакт, электрику приходилось буквально протискиваться между аппаратами, рискуя задеть токоведущие части. После пары таких случаев инициировали перекомпоновку — вынесли шины на отдельную, легко доступную панель сзади ячейки. Да, заняло лишнее место, но безопасность того стоила.

Цветовая маркировка и надписи — тоже часть грамотного расположения. Шины должны быть видны, а их назначение (А, В, С, N, PE) — сразу читаться. Бывало, приёмка затягивалась из-за того, что шины заземления были проложены так, что их метки не было видно без разборки кожуха. Теперь всегда настаиваю, чтобы маркировка была нанесена с нескольких сторон, а расположение шин позволяло её увидеть без вскрытия.

Отдельно стоит упомянуть о расстояниях по воздуху и через изоляцию. Здесь нельзя полагаться только на ПУЭ. Нужно учитывать возможную вибрацию, пыль, влажность. На объекте по строительству солнечной электростанции, где оборудование поставляла в том числе компания ООО Хунань Синьнэн Промышленность (их опыт в ВИЭ действительно солидный, см. https://www.xinneng.ru), была специфика — большое количество кабельных вводов в одно РУ. Пришлось очень тщательно раскладывать шины, чтобы между ними и кабельными наконечниками сохранялись чёткие воздушные зазоры, несмотря на плотную компоновку. Почти ювелирная работа.

Особенности для разных типов РУ

В КРУ элегазовых (например, среднего напряжения) расположение шин, как правило, жёстко задано конструкцией фабричного изготовления. Но и здесь есть поле для манёвра — например, при выборе места установки самого шкафа. Если поставить его вплотную к стене, доступ к задней панели, где часто находятся шинные разъёмы для объединения шкафов в секцию, будет затруднён. Приходилось наблюдать, как на подстанции для линии электропередачи монтажники разбирали пол-ячейки, чтобы соединить две секции, потому что не учли этот вылет шин при расстановке.

В КРУ воздушной изоляции (КРУН) на наружной установке ключевым становится защита от атмосферных воздействий и коррозии. Расположение шин внутри должно исключать возможность попадания конденсата или пыли на токоведущие части. Один неудачный опыт был на раннем этапе — расположили сборные шины в верхней части шкафа, считая, что там суше. Но из-за перепадов температур внутри всё равно выпадал конденсат, который стекал по шинам вниз. Пришлось добавлять обогрев и дренажные отверстия, а шины переносить в зону с лучшей вентиляцией.

Для НКУ (низковольтных комплектных устройств) своя специфика. Здесь плотность компоновки огромная, токи могут быть большими. Частая ошибка — располагать медные или алюминиевые шины вплотную к кабельным лоткам или силовым трансформаторам без учёта дополнительного нагрева. На одном проекте зарядной станции электромобилей из-за такого соседства пришлось экранировать шины и увеличивать сечение, хотя по расчёту тока оно было достаточным. Перегрев есть перегрев.

Материал шин и монтажные нюансы

Медь или алюминий? Вопрос не только цены. Алюминиевые шины легче, но требуют особого подхода к контактным соединениям (антиоксидантная паста, правильное усилие затяжки). Их расположение должно учитывать большее линейное расширение. Медные — надёжнее в контакте, но тяжелее и дороже. Если шина длинная и расположена вертикально, нужно смотреть, не перегружает ли её вес изоляторы. В одном из проектов модернизации городской сети мы использовали медные шины для главных сборных, но на ответвлениях к выключателям — алюминий. Пришлось тщательно продумывать точки перехода с одного материала на другой, чтобы не было гальванической пары и чтобы соединения были доступны для контроля.

Крепёж — отдельная песня. Часто его недооценивают. Изоляторы должны выдерживать не только вес шины, но и электродинамические усилия. Видел случаи, когда для крепления горизонтальной шины использовали стандартные изоляторы от вертикальной установки — и они дали трещину от вибрации. Теперь всегда смотрю каталог и спецификацию на изолятор, а не только на его диэлектрическую прочность.

Гибкие связи и переходы. Иногда идеально ровное расположение шин невозможно из-за необходимости обойти препятствие или подключить аппарат, установленный под углом. Здесь важно использовать гибкие связки или специальные шинные переходы с достаточным радиусом изгиба. Резкий перегиб — точка перегрева. На подстанции для накопительной энергостанции была сложная конфигурация, пришлось заказывать шины с гнутыми под определённым углом участками на заводе, чтобы сохранить сечение и качество проводника.

Выводы и практические рекомендации

Итак, расположение шин — это не просто ?куда влезет?. Это баланс между электрическими расчётами, механической прочностью, удобством обслуживания и безопасностью. Нельзя слепо копировать прошлые проекты. Нужно каждый раз задавать вопросы: а как это будут монтировать? а как обслуживать? что будет при КЗ? как поведёт себя при нагреве?

Опыт компании ООО Хунань Синьнэн Промышленность в реализации разнообразных проектов — от муниципальных объектов до солнечных электростанций — показывает, что внимание к таким ?неглавным? деталям, как продуманное расположение шин, в итоге определяет надёжность всего объекта. На их сайте (https://www.xinneng.ru) видно, что спектр работ широкий, а значит, и нюансов по монтажу в разных условиях они накопили много.

Мой главный совет — всегда привлекать к обсуждению компоновки не только проектировщика, но и будущих монтажников и эксплуатационщиков. Их практические замечания на ранней стадии могут сэкономить массу времени и средств на объекте. И ещё — не бояться делать эскизы, макетировать сложные узлы. Иногда пара часов, потраченных на картонный макет ячейки, позволяет избежать недельной переделки железа на месте. Расположение шин — это та область, где теория должна проверяться руками и глазами.