Низковольтные комплектованные устройства (НКУ) — выбор шин сборных

   В условиях современного развития электротехники к конструкции низковольтных комплектных устройств (НКУ) предъявляют все более жесткие требования. По конструкции НКУ должна соответствовать предъявляемым требованиям надежности и безопасности, определяемым действующими нормами, стандартами и техническими заданиями, также большое внимание уделяется стоимости низковольтных комплектованных устройств, вопросам удобства обслуживания, эксплуатации и другим предъявляемым требованиям. В сочетание эти зачастую противоречащие требования обязывают конструкторов и монтажников НКУ использовать современные методы расчета и конструирования НКУ, более глубоко понимать электромагнитные и тепловые процессы, применяя их при конструкции сборных шин низковольтных комплектованных устройств.

    Система сборных шин служит для соединения между собой источников энергии (генераторов или трансформаторов) и отходящих нагрузочных линий электропередачи. Повреждение или разрушение в процессе работы сборных шин означает прекращение подачи электроэнергии  к потребителям. Поэтому к сборным шинам уделяют большое внимание при проектировании, расчете, монтаже и эксплуатации электроустановок.  Особенно это касается выбора конструкции системы сборных шин для низковольтных комплектных устройств с током нагрузки свыше 1000 А, к примеру:  главные распределительные щиты (ГРЩ), которые применяют в промышленных электроустановках и для энергопитания объектов повышенной ответственности.

    Наиболее распространенная система сборных шин, которая состоит из двух секций, каждая из которых подключена к независимому вводу. Отдельные секции сборных шин соединяют между собой секционным выключателем, в качестве которого может быть использован автоматический выключатель или выключатель нагрузки. Таким образом, в НКУ помимо двух секций сборных шин устанавливаются секционные шины, которые обеспечивают соединение секций с секционным аппаратом: вводные (соединяющие вводной аппарат с секциями сборных шин) и распределительные (соединяющие сборные шины с аппаратами отходящих линий). В связи с тем, что у всех этих проводников в сильноточных низковольтных комплектных устройств большая площадь сечения, это затрудняет размещение их в пространстве и усложняет технологию изготовления НКУ.

    Применяют четыре способа установки сборных шин: сверху по задней стенке (плашмя), сверху по верхней стенке (монтаж на ребро), снизу по задней стенке (плашмя), снизу по нижней стенке (монтаж на ребро). Каждый из этих способов имеет ряд своих преимуществ, при этом часто сочетают верхний и нижний способы прокладки для разных секций.

    Все различные конфигурации в зависимости от относительного положения фазных шин можно разделить на два типа: проводники разных фаз располагаются друг над  другом в одной плоскости (монтаж производится плашмя), проводники располагаются один за другим (монтаж производится на ребро, данный тип более распространенный). Элементы шинной сборной системы принимают на себя основной электродинамический удар во время короткого замыкания. Поэтому число и качество опорных точек (изолированных) должно быть достаточным, чтобы выдерживать возникающие механические воздействия, пока автоматический выключатель не отключит систему сборных шин от источника электропитания. В то же время сборная шинная система значительно влияет на стоимость ГРЩ. Поэтому она должна быть не только технически надежной, но и экономически целесообразной.

    В российских сборках низковольтных комплектных устройств чаще всего сборные шины располагают в верхней части корпуса. Это обусловлено часто предъявляемыми требованиями служб эксплуатации по возможности двустороннего обслуживания НКУ. К сожалению, не многие производители применяют необслуживаемые контактные соединения на основе тарельчатых пружин, все другие варианты требуют периодической протяжки контактных соединений.

    При расположении сборных шин по задней стенке это крайне неудобно и затруднительно, за исключением решений, где используют запрессованные гайки. Нижнее расположение сборных шин чревато дополнительным подогревом аппаратов установленных  в НКУ теплом, выделяемым в сборных шинах, к тому же увеличивается вероятность попадания посторонних токопроводящих предметов на шины с последующим развитием дугового короткого замыкания.

    Рассмотрим задачу выбора сечения сборных шин при их верхнем расположении. Выбор сечения сборных шин зависит от многих факторов, среди которых:

-расположение шин внутри корпуса НКУ (условия конвективного теплообмена);

-их геометрические размеры (площади сечения и поверхности охлаждения);

-удельное сопротивление материала шин;

-покрытие поверхности шин;

 -степень защиты оболочки (IP) и наличие вентиляционных отверстий в корпусе НКУ (конвекция из НКУ в окружающую среду);

-влияние других источников тепла, их наличие и расположение (например, коммутационные аппараты и соединительные шины, расположенные ниже сборных шин);

-температура окружающей среды (помещения);

-наличие принудительного охлаждения (в помещении).