Содержание10
Шина в щите — деталь, которую проектировщик задаёт двумя числами, а сборщик потом проклинает по трём причинам: она греется, её болтовой стык темнеет и подгорает, а по внешнему радиусу гиба идёт трещина. Ошибку в сечении видно только под нагрузкой, через полгода эксплуатации; ошибку в координатах отверстий — сразу, когда шина не садится на выводы автомата. Разберём, как выбирается алюминиевая шина по допустимому току, чем она отличается от медной по проводимости, весу и цене заготовки, какой радиус гибки закладывать и что должно быть в чертеже, чтобы деталь пришла с производства годной с первого раза.
Коротко: сечение шины выбирают по допустимому длительному току по ПУЭ, а не «с запасом на глаз». При равной проводимости алюминиевая шина примерно в 1,6 раза больше медной по сечению, но вдвое легче и в разы дешевле по материалу. Токоведущие шины делают из АД0, А5Е или АД31, но не из Д16Т и В95 — у дюралей проводимость вдвое ниже. Отверстия под болт — на 0,5–1 мм больше номинала, радиус гибки — от одной-двух толщин и только по мягкому состоянию сплава, стык алюминий–медь — через лужение или биметаллическую пластину.
Шина, полоса и пластина: что именно вы заказываете
Три слова, которые в заявках используют как синонимы, на производстве означают разные вещи, и от этого зависит и цена, и пригодность детали.
- Шина алюминиевая — токоведущий элемент прямоугольного сечения. Ключевое здесь не форма, а электротехническое назначение: нормируется не только геометрия, но и удельное электрическое сопротивление материала.
- Полоса алюминиевая — сортамент, прокатанный или прессованный профиль прямоугольного сечения без требований к проводимости. Из полосы можно сделать шину, если марка подходит, а можно кронштейн или прижим.
- Алюминиевая пластина — деталь, вырезанная из листа: монтажная панель, крышка, подкладка под аппарат. К току, как правило, отношения не имеет.
Разделять их важно по одной практической причине. Каркас щита и алюминиевые панели — это изготовление металлоконструкций, где критичны геометрия и жёсткость. Шина — токоведущая часть, где критичны сечение, состояние поверхности контакта и марка сплава. Когда в одной заявке идёт «полоса 60×6, 12 метров» без разделения на конструктив и токоведущие элементы, снабженец обычно берёт то, что дешевле, — и в щит попадает конструкционная полоса из сплава, который проводит ток на треть хуже, чем ожидал проектировщик.
Какие алюминиевые сплавы годятся под ток, а какие нет
Алюминий и алюминиевые сплавы по химическому составу и маркам нормирует ГОСТ 4784. Практическая развилка простая: чем больше легирующих добавок, тем выше прочность и ниже проводимость. Прочность шине почти не нужна — она лежит на изоляторах и не работает как балка. Нужна проводимость.
| Марка | Проводимость, % от меди | Состояние | Где применяется |
|---|---|---|---|
| А5Е, АД0Е (электротехнические) | 60–62 | мягкое, полутвёрдое | шины сборные и присоединительные, ошиновка щитов |
| АД0 (технически чистый) | 59–62 | М, Н2 | шины, перемычки, гибкие связи |
| АД31 в Т1 / Т5 | 53–57 | закалённое и состаренное | прессованные профили шин, где нужна жёсткость |
| АМц | 40–45 | М, Н2 | конструктив, панели, кожухи |
| АМг5 | 28–32 | М | сварные корпуса, коррозионностойкий конструктив |
| Д16Т, В95 | 28–32 | Т, Т1 | силовые кронштейны, но не токоведущие детали |
Отсюда два вывода, которые снимают половину вопросов. Первый: если в чертеже стоит «алюминий» без марки, технолог обязан спросить, иначе он возьмёт то, что есть на складе, и это вполне может быть Д16Т — с проводимостью вдвое хуже. Второй: прессованные профили АД31 в состоянии Т1 или Т5 удобны жёсткостью и точной геометрией, но за это платят пятью-семью процентами проводимости и заметно худшей гибкостью в холодном состоянии. Для сборных шин щита это чаще всего приемлемо, для гнутых перемычек сложной формы — нет.
Сечение по допустимому току: как считается шина
Выбор сечения по нагреву регламентирует ПУЭ, глава 1.3. Логика такая: ток разогревает шину, шина отдаёт тепло в воздух, равновесная температура не должна превышать допустимую — для голых шин это обычно 70 °C при температуре воздуха 25 °C. Всё, что влияет на теплоотдачу, влияет и на допустимый ток: ориентация полосы, окраска, число полос в пакете, температура внутри шкафа.
| Сечение b×s, мм | Площадь, мм² | Алюминий, А | Медь, А |
|---|---|---|---|
| 15×3 | 45 | 165 | 210 |
| 20×3 | 60 | 215 | 275 |
| 25×3 | 75 | 265 | 340 |
| 30×4 | 120 | 365 | 475 |
| 40×4 | 160 | 480 | 625 |
| 40×5 | 200 | 540 | 700 |
| 50×5 | 250 | 665 | 860 |
| 50×6 | 300 | 740 | 955 |
| 60×6 | 360 | 870 | 1125 |
| 60×8 | 480 | 1025 | 1320 |
| 80×6 | 480 | 1150 | 1480 |
| 80×8 | 640 | 1320 | 1690 |
| 100×8 | 800 | 1625 | 2080 |
| 100×10 | 1000 | 1820 | 2310 |
| 120×10 | 1200 | 2070 | 2650 |
Три поправки, из-за которых расчёт «по таблице» расходится с реальностью щита.
- Пакет из нескольких полос не складывается арифметически. Две полосы на фазу дают не удвоенный ток, а примерно 1,7–1,9 от одной: внутренние поверхности хуже охлаждаются, добавляется эффект близости. Три полосы — порядка 2,3–2,5. Считать пакет надо по отдельным таблицам ПУЭ для пакетов, а не умножением.
- Температура внутри шкафа выше, чем в помещении. Таблицы даны для воздуха 25 °C. В закрытом шкафу без вентиляции летом бывает 45–50 °C, и допустимый ток падает — снижающий коэффициент берут по ПУЭ.
- Окраска повышает теплоотдачу. Окрашенная шина отдаёт тепло излучением заметно лучше голой, поэтому в таблицах для окрашенных шин ток выше. Контактные площадки при этом остаются чистыми — красят шину, а не стык.
И отдельно про запас. Брать сечение «на всякий случай вдвое больше» — плохая идея не только по деньгам: шина шире не влезет в шинодержатели, тяжелее нагрузит изоляторы, потребует другого крепежа и другого радиуса гиба. Запас закладывают по расчётному режиму, а не по интуиции.
Алюминий или медь: проводимость, вес, цена
Спор «алюминий или медь» в щитовой ошиновке решается тремя цифрами и одним ограничением. Удельное сопротивление меди около 0,0175 Ом·мм²/м, алюминия — около 0,028 Ом·мм²/м. Значит, для одинакового сопротивления алюминиевая шина должна иметь сечение примерно в 1,6 раза больше. Но плотность алюминия 2,7 г/см³ против 8,9 у меди, то есть даже с учётом увеличенного сечения алюминиевая шина равной проводимости весит примерно вдвое меньше медной.
Ограничение у алюминия ровно одно, зато серьёзное: контакт. Медь окисляется в проводящий оксид, алюминий — в плотную диэлектрическую плёнку Al₂O₃, которая образуется за секунды на свежей поверхности и имеет температуру плавления существенно выше самого металла. Пока плёнка не разрушена под слоем контактной смазки, стык будет греться. Плюс алюминий склонен к ползучести под давлением болта: затянутое сегодня соединение через год ослабевает само по себе. Оба эффекта лечатся технологически, но требуют дисциплины сборки, и именно поэтому в ответственных или тесных щитах чаще берут медь, а на длинных сборных шинах и на вводах — алюминий.
Отверстия под присоединение: диаметры, шаг, точность
Отверстия под болтовое присоединение — самая частая причина возврата шин на переделку. Логика тут не «просверлить дырку», а обеспечить контактное давление на нужной площади и попасть в выводы аппарата.
| Болт | Отверстие в шине, мм | Момент затяжки, Н·м | Ток соединения, ориентир |
|---|---|---|---|
| М6 | 6,5 | 8–10 | до 200 А |
| М8 | 9,0 | 15–20 | до 400 А |
| М10 | 11,0 | 30–40 | до 800 А |
| М12 | 13,0 | 50–70 | свыше 800 А |
Правила, которые стоит держать в голове при простановке отверстий:
- Расстояние от кромки до края отверстия — не меньше полутора-двух толщин шины, практически 15–20 мм для шин 6–10 мм. Ближе — металл при пробивке выкрашивается, а под болтом кромка выгибается.
- Площадь нахлёста в стыке — ориентир: длина перекрытия не меньше ширины шины. Ток идёт не через болт, а через прижатые плоскости, болт лишь создаёт давление.
- Число болтов растёт с сечением. До 40–50 мм ширины обычно хватает одного болта, шире — два в ряд или четыре по квадрату, иначе давление распределяется неравномерно и половина площадки не работает.
- Тарельчатые шайбы обязательны. Коэффициент линейного расширения алюминия примерно 23·10⁻⁶ 1/°C против 17·10⁻⁶ у меди: при каждом цикле нагрева стык «дышит», и без упругого элемента затяжка уходит.
- Заклёпочный стык под ток не годится. Алюминиевые клёпки нормально держат панели, таблички и кожухи, но контактное давление в заклёпочном соединении со временем падает, и стык начинает греться.
Точность зависит от способа получения отверстия. Пробивка в штампе даёт производительность, но по кромке остаётся заусенец и небольшая конусность, а допуск на координату — порядка ±0,2 мм. Лазерный раскрой держит около ±0,1 мм и даёт чистую кромку без вытяжки металла: заготовки шин мы обычно режем на лазерной резке, алюминий берём толщиной до 15 мм. Сверление на обрабатывающем центре — самый точный вариант, координаты отверстий держатся в пределах сотых долей миллиметра по всей партии, а фаска и снятие заусенца делаются за тот же установ; если в шине помимо отверстий есть пазы, лыски под аппарат или окна, эту работу закрывает фрезерная обработка алюминия. На партиях в тысячи одинаковых шин оправдано изготовление штампа под пробивку: оснастка окупается за счёт цикла, но менять чертёж после этого дорого.
Гибка шины без трещин: радиус, состояние сплава, порядок операций
Трещина по внешнему радиусу гиба — вторая по частоте причина брака и почти всегда следствие двух вещей: слишком малого радиуса и неподходящего состояния сплава. Металл на внешнем волокне растягивается, и чем твёрже состояние, тем меньше у него остаточная пластичность.
- Мягкое состояние (М, отожжённое) — гнётся холодной на радиус порядка одной-двух толщин. Это рабочий вариант для АД0 и электротехнических марок.
- Нагартованное и термоупрочнённое (Н2, Т1, Т5) — требует большего радиуса, а на малых радиусах трескается. Если по конструкции нужен крутой гиб, участок под гиб отжигают либо шину гнут в подогретом состоянии.
- Гибка на ребро (в плоскости широкой стороны) намного сложнее гибки плашмя: шина «ведёт» винтом, требуется специальная оснастка, а радиус нужен кратно больше ширины. Такие перемычки проще собрать из двух деталей на болтах, чем выгнуть из одной.
Отдельное правило, которое конструкторы регулярно нарушают: отверстие нельзя ставить слишком близко к линии гиба. При гибке металл в зоне деформации течёт, и круглое отверстие превращается в овал. Безопасное расстояние от края отверстия до начала радиуса — не меньше двух толщин плюс сам радиус. Если по компоновке иначе никак, порядок операций меняют: сначала гнут, потом сверлят по кондуктору, и это дороже, потому что деталь после гиба базировать сложнее. Саму гибку и раскрой мы делаем одной цепочкой на площадке — гибка листового металла идёт сразу после резки, без пересылки заготовок между подрядчиками.
Контакт алюминий–медь: лужение, биметалл, смазка
Прямой болтовой контакт алюминия с медью в помещении с нормальной влажностью допускается, но в сырых помещениях и на улице ПУЭ требует принимать меры против электрохимической коррозии: у алюминия и меди разные электродные потенциалы, и во влажной среде стык работает как гальваническая пара, разрушая более активный алюминий. Рабочие решения:
- Лужение контактной площадки. Слой олова закрывает алюминий и снимает и оксидную проблему, и разнородность пары. Лужение и другие покрытия делаются в ванне как отдельная операция — гальванические покрытия закладывают в маршрут сразу после механообработки, до сборки.
- Биметаллическая медно-алюминиевая пластина или наконечник. Переход выполнен на заводе сваркой давлением, монтажнику остаётся обычный болтовой стык однородных металлов.
- Зачистка под слоем контактной смазки. Классика для неответственных стыков: площадку зачищают щёткой или наждачной бумагой прямо под слоем кварцевазелиновой пасты, чтобы оксидная плёнка не успела вырасти заново. Работает, но качество зависит от аккуратности сборщика, поэтому в серийных щитах предпочитают первые два варианта.
Ещё одна деталь, которую пропускают в чертеже: присоединение кабеля к шине. Кабельный наконечник ставят по материалу жилы, а алюминиевая гильза под опрессовку предназначена для соединения жил между собой, а не для контакта с шиной. Если жила алюминиевая, а шина медная или наоборот, переход делают наконечником с биметаллической вставкой либо лужёным.
Что должно быть в чертеже щитовой шины
Типовой чертёж шины — это несколько размеров и полдюжины требований, но именно они определяют, придёт деталь годной или на переделку.
Что стоит указывать явно, даже если кажется очевидным:
- Марка и состояние сплава — «АД0, состояние М», а не просто «алюминий». Это определяет и проводимость, и возможность холодной гибки.
- Допуск на межцентровое расстояние отверстий. Он важнее допуска на длину: длина шины почти всегда некритична, а координаты отверстий должны совпасть с выводами аппарата.
- Радиус и угол гиба, а также база отсчёта. «Гиб 90°» без радиуса и без указания, от какой поверхности мерить полку, читается двояко, и половина партии может выйти зеркальной.
- Обработка кромок. Заусенец на токоведущей детали — это и травмоопасность при монтаже, и локальное усиление поля на острых кромках в высоковольтных сборках.
- Покрытие и его зона. Лудить всю шину дорого и не нужно; в чертеже отмечают контактные площадки, которые идут под покрытие.
- Маркировка. Позиция и фаза, если шин в комплекте много. Наносится лазером или бирку крепят механически, но это надо заложить заранее.
От чего зависят цена и срок
Отдельной строкой шина считается редко: обычно это комплект из нескольких десятков деталей на щит, и стоимость определяется маршрутом. Ставка нормо-часа фрезерной обработки алюминия у нас начинается от 1 100 ₽, точная стоимость — по чертежу. На неё влияет следующее:
- Марка и форма поставки. Электротехнические марки и прессованные профили АД31 дороже обычной полосы, а мерная заготовка под конкретную длину экономит на отходе.
- Число и точность отверстий. Двадцать отверстий с допуском ±0,2 и четыре с допуском ±0,05 — разное время и разное оборудование.
- Гибка. Один гиб на деталь — быстро; три гиба в разных плоскостях с контролем углов требуют оснастки и контрольного шаблона.
- Покрытие. Лужение или серебрение добавляет отдельную операцию и логистику между участками, обычно это плюс несколько дней к сроку.
- Серийность. Комплект на один щит и партия на сто щитов считаются по разной логике: во втором случае имеет смысл оснастка, кондукторы и штамп под пробивку.
- Требования к контролю. Протокол фактических размеров на партию и контроль межцентровых расстояний на координатной машине — отдельная позиция, но она снимает споры при приёмке комплекта.
Как заказать шины и что прислать
Рабочий комплект документов для расчёта — чертёж или DXF на каждую позицию плюс спецификация с количеством. Если чертежей нет, а есть только схема ошиновки и модель шкафа, присылайте что есть: чаще всего в таких случаях мы вместе с заказчиком доводим геометрию до чертежа на этапе расчёта, а не после первой партии.
Что полезно указать в заявке сразу: расчётный длительный ток и режим нагрузки (это позволяет проверить сечение), марку и состояние сплава, требования к покрытию контактных площадок, тип и момент затяжки крепежа, а также нужна ли маркировка позиций. Отдельно стоит сказать, идут ли шины в комплекте с конструктивом — каркасом, алюминиевыми панелями, прижимами: изготовление деталей на заказ по одному маршруту дешевле, чем по трём заявкам в разное время.
Дальше стандартно: пришлите документацию на изготовление деталей по чертежам — технолог соберёт маршрут под серию и посчитает срок. Если сомневаетесь в сечении, радиусе гиба или в том, лудить площадки или ставить биметалл, отправьте чертёж на расчёт с пометкой, что нужен совет по технологии: поправить это до запуска дешевле, чем переделывать комплект после сборки щита.