Расчёт сечения шины в щите (детальнее)
Детальная методика подбора сечения медной или алюминиевой сборной шины в распределительном щите. Учитывает длительный расчётный ток, пиковые нагрузки, температуру окружающей среды, высоту установки шины, механические усилия короткого замыкания.
Сборная шина — хребет распределительного щита. Её сечение определяет и допустимый ток щита, и его стойкость к КЗ, и температурный режим внутри корпуса. Экономия на шине оборачивается перегревом болтовых соединений, пожарами в шкафах, срабатыванием термомагнитных защит на вводе.
Длительно допустимый ток
Для медной шины голой при 25°C в открытом исполнении: 10×3 мм — 165 А, 15×3 мм — 215 А, 20×3 мм — 275 А, 25×3 мм — 340 А, 30×4 мм — 475 А, 40×4 мм — 625 А, 50×5 мм — 860 А, 60×6 мм — 1 125 А, 80×6 мм — 1 480 А, 100×6 мм — 1 810 А, 100×10 мм — 2 310 А. Для алюминия те же значения примерно на 20-25 % меньше. Данные из ГОСТ Р 50571 и каталогов производителей ERICO, OBO.
Поправочные коэффициенты
Фактический допустимый ток Iдоп = Iтабл × k1 × k2 × k3. k1 — температура среды (0,88 при 40°C, 0,76 при 50°C, 0,61 при 60°C — типичная температура внутри щита с плотной сборкой!). k2 — расположение (на ребро 1,0, плашмя 0,9, в закрытой нише щита 0,75-0,85 из-за ухудшенного теплоотвода). k3 — число параллельных шин (две шины в пакете: суммарно 1,8 от одной, три — 2,5, не 3).
Пиковый ток и стойкость к КЗ
Шина должна выдерживать термическую и электродинамическую нагрузку КЗ. Термическая стойкость: 1-секундный ток Iкс = S × 93 А/мм² для меди, 48 А/мм² для алюминия. Электродинамическая стойкость — расчёт изгибающих усилий между шинами при ударном токе, обычно обеспечивается шагом изоляторов 400-500 мм. Для щита с вводным автоматом ВА-99 400 А при токе КЗ 25 кА за 0,1 с — шина 30×4 мм меди имеет Iкс = 120 × 93 = 11 кА·с^0,5, что соответствует 36 кА за 0,1 с — проходит с запасом.
Пример
Распределительный щит жилого дома, расчётный ток ввода 400 А, температура в щите 45°C, шины на ребро в закрытом корпусе. k1 = 0,82, k2 = 1,0, k3 = 1,0. Табличный ток шины должен быть не менее 400 / 0,82 = 488 А. По таблице выбираем 30×4 мм медь (Iтабл = 475 А) — впритык, лучше взять 40×4 мм (Iтабл = 625 А) с запасом 50 %, что обеспечит нормальный тепловой режим и ресурс соединений 20+ лет. Шаг изоляторов на DIN-рейке 400 мм, болты М8 с моментом затяжки 20 Н·м для контакта в 150-200 мкОм.
Частые вопросы
Почему шина внутри закрытого щита греется сильнее чем в воздухе?
В голом воздухе при вертикальном расположении теплоотвод составляет 8-12 Вт/м²·К за счёт свободной конвекции. В закрытом щите без вентиляции воздух нагревается до 50-60°C внутри и теплоотвод падает до 3-5 Вт/м²·К. Это уменьшает допустимый ток на 20-30 %. Поэтому крупные щиты (от 400-630 А) делают с вентиляционными решётками, фильтрами и даже принудительным обдувом. Температуру внутри меряют датчиками PT1000 на шине в двух точках — на вводе и на самой нагруженной отходящей линии.Какой момент затяжки нужен для болтовых соединений шины?
По ГОСТ Р 51321.1 для медных шин: М6 — 10 Н·м, М8 — 20 Н·м, М10 — 40 Н·м, М12 — 70 Н·м, М16 — 170 Н·м. Для алюминия моменты на 10-15 % меньше. Контролируется калиброванным динамометрическим ключом при сборке и проверяется ежегодно термографией или тепловизором (горячая точка на соединении +20°C к шине — сигнал слабой затяжки или окисления). При монтаже алюминий-медь обязательно биметаллическая переходная пластина, иначе за 3-5 лет контакт теряется из-за гальванической пары.
Источники
- ГОСТ Р 51321.1-2007 — Устройства комплектные низковольтные распределения — Росстандарт
- ГОСТ Р 50571.5.52-2011 — Электропроводки — Росстандарт