Шины и провода распределительных устройств

Когда говорят про шины и провода распределительных устройств, многие сразу думают о сечениях, материалах, стандартах. Это правильно, но лишь отчасти. Часто упускают из виду, как эти элементы ведут себя в реальной эксплуатации, не на бумаге, а в конкретном шкафу, на конкретной подстанции, где вибрация, перепады температур, а иногда и человеческий фактор вносят свои коррективы. Сам видел, как идеально рассчитанная по формулам шинная сборка начинала ?петь? на определенных нагрузках, или как изоляция провода, формально соответствующая ТУ, со временем теряла свойства из-за агрессивной среды в помещении. Вот об этих практических нюансах, которые редко пишут в учебниках, но которые критичны для надежности, и хочется порассуждать.

Материалы: медь, алюминий и компромиссы

Медь против алюминия — вечный спор. Медь, конечно, по проводимости и надежности контакта вне конкуренции. Но когда речь заходит о крупных проектах, например, таких как строительство солнечных электростанций или протяженных линий распределения, где метраж исчисляется километрами, цена меди становится серьезным фактором. Тут часто идут на компромисс: силовые шины — медные, а вот часть межприборной разводки, где токи меньше, — алюминиевая. Главное — правильно рассчитать переходные контакты и защитить их от электрохимической коррозии. У нас был случай на одном муниципальном объекте, где сэкономили на переходных шайбах для алюминиевых шин. Через полтора года — рост переходного сопротивления, нагрев, вплоть до оплавления изолятора. Переделывали в срочном порядке.

Сейчас много говорят про медные шины с лужением. Практика показывает, что это хорошее решение для ответственных соединений, особенно в условиях повышенной влажности. Но и тут есть подводный камень: качество лужения. Если слой неравномерный или плохо сцеплен с основой, со временем он может ?сползти?, оголив медь. Приходится закупать у проверенных поставщиков, которые дают гарантию на процесс, а не только на материал. Кстати, в проектах по модернизации городских сетей, которые реализовывала, к примеру, компания ООО Хунань Синьнэн Промышленность (подробнее об их опыте можно посмотреть на https://www.xinneng.ru), часто акцент делается именно на долговечности и ремонтопригодности таких соединений, что для инфраструктурных объектов — ключевой момент.

Алюминиевые сплавы стали лучше. Современные марки, те же АД31Т или аналоги, по механической прочности и стойкости к ползучести сильно ушли вперед. Но монтажникам нужно постоянно напоминать про момент затяжки. Перетянул — пошла деформация, недотянул — будет греться. Лучше всего использовать динамометрический ключ с отметкой, но на стройке его не всегда найдешь. Приходится полагаться на опыт и калиброванную руку.

Изоляция и прокладка: невидимая проблема

С изоляцией проводов для РУ, казалось бы, все просто: ПВХ, сшитый полиэтилен, силиконовая резина... Выбирай по напряжению и температуре. Однако, самая частая проблема — не столько тип изоляции, сколько ее состояние после монтажа. Провод, проложенный в лотке с острыми кромками, под собственным весом и весом соседних кабелей, через год может иметь потертости, вмятины. Особенно это критично для проводов цепей вторичной коммутации (управления, защиты, измерений) — там сечение маленькое, повреждение изоляции быстро ведет к КЗ или нарушению логики работы защиты.

Один из наглядных примеров — работы на станциях зарядки электромобилей. Там среды нетяжелые, но постоянные циклы нагрузки, вибрации от трансформаторов и систем охлаждения. Проводка должна быть не только термостойкой, но и виброустойчивой. Мы пробовали разные способы крепления: пластиковые хомуты, кабельные стяжки, металлические скобы. Оказалось, что для гибких многожильных проводов лучше всего подходят виброизолирующие клипсы с резиновой вставкой. Да, они дороже, но количество ложных срабатываний из-за перетертой изоляции снизилось практически до нуля.

Еще один момент — цветовая маркировка. Кажется, мелочь. Но когда в шкафу управления несколько сотен проводов, и все серые или черные, поиск неисправности превращается в кошмар. Настаиваю на использовании проводов с четкой, стойкой к истиранию цветовой маркировкой по всей длине. Это экономит часы работы при пусконаладке и, что важнее, при аварийном ремонте.

Сборка шин: искусство контакта

Шинная сборка — это сердце РУ. Можно купить самые дорогие шины из бескислородной меди, но если сборка выполнена кое-как, вся надежность летит в тартарары. Основные враги хорошего контакта — грязь, окислы и неправильное давление. Перед сборкой контактные поверхности нужно обязательно зачищать, причем не просто щеткой по металлу, а специальной пастой для удаления оксидной пленки. Потом — нанесение контактной смазки (не путать с обычной технической!). Она предотвращает окисление в будущем.

Болтовые соединения — отдельная тема. Пружинные шайбы (гроверы) — это хорошо, но для ответственных соединений с большими токами я предпочитаю тарельчатые пружинные шайбы или комбинацию плоской и стопорной. Они лучше распределяют усилие и компенсируют температурную усадку металла. Момент затяжки — святое. Для каждой резьбы и материала есть таблица, и ей нужно следовать. Особенно это важно для алюминиевых шин, которые ?текут? под нагрузкой.

Вспоминается проект по реконструкции распределительной сети в одном из сельских поселений. Там стояли старые РУ с шинами, собранными ?на совесть?, но болты были затянуты чуть ли не кувалдой. При демонтаже видно было, как шины в местах контакта просели, образовались лунки. Контактное давление было неравномерным, часть площади не работала. При модернизации, которую, в том числе, поддерживали специалисты с опытом реализации подобных проектов, как у ООО Хунань Синьнэн Промышленность (их портфолио включает как раз и сельские электрические сети, и накопительные энергостанции), основной акцент сделали на пересчет всех контактных групп и применении калиброванного инструмента для сборки. Результат — падение напряжения на соединениях уменьшилось на 15%.

Электродинамическая стойкость: расчет и реальность

В проекте шины всегда рассчитывают на электродинамическую стойкость при КЗ. Берут ударный ток, частоту, расстояние между опорными изоляторами — и получают механическое напряжение. Если оно меньше допустимого для материала — хорошо. Но в жизни часто появляются факторы, которых нет в расчете. Например, резонанс. Шина, закрепленная с определенным шагом, может войти в резонанс не только от тока КЗ, но и от рабочего тока при наличии гармоник (особенно в сетях с мощными преобразователями, как на зарядных станциях или солнечных электростанциях). Вибрация, даже небольшая, но постоянная, ослабляет крепления и ведет к усталости металла.

Был у меня печальный опыт на одной промышленной подстанции. Шины прошли все расчеты, но после ввода в эксплуатацию через несколько месяцев обнаружили трещину у края отверстия под болт крепления. Причина — комбинация вибрации от рядом стоящего оборудования и неучтенной в простом расчете концентрации напряжений именно в этом месте. Пришлось ставить дополнительные демпфирующие крепления и усиливать конструкцию. С тех пор для ответственных сборок всегда прошу делать не просто расчет, а моделирование методом конечных элементов (FEA), чтобы увидеть слабые места.

Кстати, расстояние между фазами — это не только вопрос изоляции. При близком расположении и больших токах электродинамические силы притяжения/отталкивания могут быть значительными. Особенно это касается гибких шин (проводов). Их провисание нужно рассчитывать так, чтобы при возможном КЗ они не схлопнулись и не коснулись друг друга или корпуса.

Тенденции и личный взгляд

Сейчас тренд — интеллектуализация и компактизация РУ. Это касается и шин и проводов распределительных устройств. Появляются шины с интегрированными датчиками температуры, готовые модульные шинопроводы для быстрой сборки, провода с самодиагностикой изоляции. Это, безусловно, будущее. Но в погоне за новым нельзя забывать про базовые принципы: качественный монтаж, правильный выбор материалов под конкретные условия, контроль.

Часто заказчик, увидев красивую 3D-модель шкафа с аккуратными шинами, думает, что на объекте будет так же. Но между моделью и реальным объектом — работа монтажников, условия стройплощадки, наличие нужного инструмента. Поэтому так важен технический надзор и понимание, что даже самая совершенная шина может быть испорчена при установке.

Если смотреть на компании, которые занимаются комплексными решениями, от проектирования до поставки оборудования, как упомянутая ООО Хунань Синьнэн Промышленность, то их успех в реализации проектов ЛЭП, городских сетей или накопительных станций во многом строится именно на внимании к таким ?скучным? деталям, как шины и провода. Потому что надежность всей системы начинается с надежности каждого соединения, каждого сантиметра изоляции. А это, в конечном счете, вопрос не столько технологий, сколько культуры производства и монтажа. Которая, увы, не всегда поспевает за темпами строительства новых объектов.