Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из какого материала делают токопроводящие шины — вопрос, на который для электротехники низкого и среднего напряжения есть два основных ответа: медь и алюминий (точнее, технически чистый алюминий и деформируемый сплав АД31 системы Al-Mg-Si). Медные шины обладают наименьшим удельным электрическим сопротивлением, высокой механической прочностью и стабильностью контактных переходов; алюминиевые — почти втрое легче меди при удовлетворительной электропроводности и меньшей массе на единицу пропускаемого тока. Контактные зоны шин для защиты от окисления и улучшения проводимости лужат оловом, реже серебрят или никелируют; в местах соединения меди с алюминием обязательны биметаллические переходники.
Токопроводящая шина — это жёсткий проводник прямоугольного или иного профильного сечения, по которому передаётся ток в распределительных устройствах, шинопроводах, трансформаторных подстанциях, тяговых подстанциях, главных и вторичных распределительных щитах. Материал шины должен одновременно удовлетворять электрическим, тепловым, механическим и эксплуатационным требованиям.
Главный критерий выбора материала — отношение пропускаемого тока к стоимости и массе изделия при допустимом нагреве. Этот компромисс и определяет роль меди и алюминия в современной электротехнике.
Медные шины для электротехнических целей нормируются ГОСТ 434-78 «Проволока прямоугольного сечения и шины медные для электротехнических целей. Технические условия». Стандарт действующий, с Изменениями № 1, 2, 3.
Для изготовления применяется медь марки не ниже М1 по ГОСТ 859-2014. Удельное электрическое сопротивление шин и проволоки при 20 °C — не более 0,01724·10⁻⁶ Ом·м, что соответствует электропроводности около 100 % IACS (международная медная шкала).
Мягкие шины ШММ применяют там, где требуется гибка с малыми радиусами без термообработки. Твёрдые ШМТ и ШМТВ — для прямых участков с высокими механическими нагрузками и для пакетных шинопроводов.
Прессованные алюминиевые шины электротехнического назначения нормируются ГОСТ 15176-89 «Шины прессованные электротехнического назначения из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия». Стандарт действующий.
Шины изготавливают:
Буква «Е» в обозначении марок (А5Е, АД00Е, АД0Е, АД31Е) — индекс электротехнического назначения с дополнительным контролем электрических параметров и ужесточёнными требованиями к примесям.
Состояние материала определяет соотношение прочности и электропроводности:
Электрическое сопротивление шин постоянному току при 20 °C, сечении 1 мм² и длине 1 м, согласно ГОСТ 15176-89, должно быть не более следующих значений:
Чем выше степень термоупрочнения сплава, тем больше прочность и меньше электропроводность. Этот компромисс определяет выбор состояния под конкретное применение.
Чтобы понять, в каких задачах выбирают медь, а в каких — алюминий, удобно сопоставить базовые свойства.
Алюминиевые шины при равном пропускаемом токе имеют большее сечение, но за счёт более низкой плотности оказываются почти вдвое легче медных. Это снижает нагрузку на изоляторы, поддерживающие конструкции и металлоконструкции шинных мостов.
Поверхность алюминия на воздухе мгновенно покрывается тонкой и плотной плёнкой оксида Al₂O₃, имеющей высокое сопротивление. Это требует особой подготовки контактных зон алюминиевых шин и применения переходных биметаллических деталей при соединении с медью.
Контактное (переходное) сопротивление в местах соединения шин зависит от состояния поверхности и приложенного усилия затяжки. Для стабильного переходного сопротивления и защиты от окисления в течение длительной эксплуатации контактные зоны медных шин и медных деталей покрывают защитно-проводящими слоями. Основные варианты — лужение оловом, никелирование, серебрение.
Основное защитное покрытие медных шин и деталей. Применяется при работе в нормальной атмосфере, в помещениях с повышенной влажностью, для соединения с алюминиевыми проводниками (через переходные пластины). Олово не образует на воздухе высокоомных оксидов, легко осаживается гальваническим способом и горячим методом, обеспечивает стабильное переходное сопротивление при долговременной эксплуатации.
Покрытие никелем повышает коррозионную стойкость в агрессивных промышленных атмосферах, при высоких температурах и в условиях химического производства. Также применяется как подслой под другие покрытия (серебро, золото) и в качестве барьерного слоя на биметаллических переходниках.
Серебро имеет наименьшее переходное сопротивление и применяется для контактных зон ответственных аппаратов (разъединители, силовые выключатели, отдельные классы шинопроводов высокой надёжности), для оборудования специального назначения, в радиочастотной технике. Серебряное покрытие чувствительно к сернистым средам, поэтому в средах с присутствием сернистых соединений требует дополнительной защиты или замены на иное покрытие.
Прямое болтовое соединение медной и алюминиевой шин не допускается. В контактном узле меди и алюминия в присутствии электролита (атмосферная влага) возникает гальваническая пара с разностью потенциалов, приводящая к электрохимической коррозии алюминиевой стороны и быстрому росту переходного сопротивления, локальному нагреву и отказу соединения.
Стандартные решения для перехода Cu→Al:
Перед затяжкой контактного болтового соединения с алюминием контактную поверхность зачищают стальной щёткой до металлического блеска и сразу покрывают нейтральной токопроводящей смазкой. Без зачистки и смазки оксидная плёнка восстанавливается в считанные минуты, и стабильного контакта не получить.
При протекании тока в шине выделяется джоулево тепло, равное I²R на единицу длины. Это тепло уходит в окружающую среду путём конвекции и излучения; в стационарном режиме температура шины устанавливается такой, что отвод тепла равен его выделению.
P = I² · ρ / S
I
ρ
S
j = I / S
Долговременная (длительно допустимая) температура нагрева неизолированных шин и неизолированных проводников в нормальном режиме ограничивается требованиями ПУЭ (п. 1.3.22): допустимые длительные токи для неизолированных проводов и окрашенных шин (табл. 1.3.31 — шины прямоугольного сечения) приняты из расчёта допустимой температуры их нагрева +70 °C при температуре воздуха +25 °C. Превышение этой температуры ускоряет окисление и старение материала, особенно в зонах контактных соединений.
Допустимый длительный ток шины — это не предельная физическая величина, а ток, при котором установившийся нагрев в стандартной окружающей среде не превышает предельно допустимой температуры. Реальный ресурс зависит от условий охлаждения, ориентации шины (ребро или плашмя), цвета поверхности, наличия принудительной вентиляции.
Прямоугольная шина, установленная на ребро (большая сторона вертикально), отводит тепло конвекцией эффективнее, чем уложенная плашмя: вертикально расположенные поверхности дают восходящий поток воздуха. ПУЭ (п. 1.3.23) предписывает при расположении шин плашмя уменьшать длительно допустимый ток на 5 % для шин шириной до 60 мм и на 8 % для шин шириной более 60 мм относительно значений из таблицы 1.3.31 (расположение на ребро).
При большом токе одиночная шина не способна обеспечить требуемое сечение без чрезмерных размеров. Применяют пакет из двух, трёх и более параллельных полос с фиксированным зазором между ними. Зазор обеспечивает воздушное охлаждение внутренних поверхностей. Допустимый ток пакета не равен сумме токов отдельных полос: внутренние полосы хуже охлаждаются, а скин-эффект и эффект близости перераспределяют ток к наружным полосам.
Сечение шины определяется тремя критериями: длительно допустимый ток (нагрев), термическая стойкость к току короткого замыкания и электродинамическая стойкость к усилиям при коротком замыкании. Дополнительно проверяют экономическую плотность тока и для длинных трасс — падение напряжения.
В подавляющем большинстве случаев — из меди или алюминия. Медь — по ГОСТ 434-78, марки ШММ (мягкая), ШМТ (твёрдая), ШМТВ (твёрдая из бескислородной меди); материал — медь не ниже М1 по ГОСТ 859-2014. Алюминий — по ГОСТ 15176-89, из технически чистого алюминия марок А5, А5Е, А6, А7, АД00, АД0 (по ГОСТ 11069-2019 и ГОСТ 4784-2019) либо из деформируемого сплава АД31, АД31Е системы Al-Mg-Si (по ГОСТ 4784-2019). Контактные зоны медных шин часто лудят оловом.
Универсального ответа нет. Медь имеет почти вдвое меньшее удельное сопротивление, выше прочность и контактную стабильность; при равном токе её сечение и габариты компактнее. Алюминий при равном токе требует большее сечение, но почти вдвое легче и обеспечивает меньшую массу ошиновки. В аппаратах с компактной геометрией, в малогабаритных шкафах НКУ, в особо ответственных контактных узлах — выбирают медь. В магистральных и протяжённых шинопроводах, открытых распределительных устройствах, где важна масса, — преимущественно алюминий АД31.
Лужение медных шин и контактных деталей решает две задачи: защищает медь от окисления при длительной эксплуатации, особенно во влажной и агрессивной атмосфере, и обеспечивает стабильное низкое переходное сопротивление в болтовом соединении. Олово не образует на воздухе высокоомных оксидов, в отличие от меди и алюминия, и не теряет проводимости со временем. Кроме того, лужение совместимо с соединением через переходные медно-лужёные пластины при подключении к алюминиевым проводникам.
Нет. Прямое болтовое соединение меди и алюминия запрещено: разница электрохимических потенциалов в присутствии влаги вызывает коррозию алюминиевой стороны, рост переходного сопротивления, локальный нагрев и в итоге отказ соединения. Соединение выполняется через биметаллические переходные пластины (Cu-Al), полученные сваркой давлением или диффузионной сваркой, либо через медные лужёные переходные пластины. Контактные поверхности зачищаются и покрываются нейтральной токопроводящей смазкой.
АД31 — деформируемый алюминиевый сплав системы Al-Mg-Si по ГОСТ 4784-2019. Это базовый материал электротехнической профильной шины. Буква Т в обозначении АД31Т относится к состоянию по ГОСТ 15176-89: Т — закалённое и естественно состаренное. Также применяются состояния Т1 (закалённое + искусственное старение) и Т5 (неполная закалка + искусственное старение). АД31Е — модификация АД31 с гарантированными электрическими характеристиками. Чем выше степень упрочнения, тем больше прочность и меньше электропроводность.
Это обозначения медных шин по ГОСТ 434-78. ШММ — мягкая (отожжённая) медная шина с высокой пластичностью, относительное удлинение не менее 40 %, применяется там, где требуется гибка. ШМТ — твёрдая медная шина без отжига, твёрдость по Бринеллю не менее 637 МПа, для прямых участков с механической нагрузкой. ШМТВ — твёрдая шина из бескислородной меди для ответственных применений, где недопустимы примеси кислорода (вакуумная техника, отдельные классы аппаратов).
Сечение выбирают по таблицам длительно допустимого тока ПУЭ (глава 1.3) с поправками на температуру окружающей среды и ориентацию шины (на ребро или плашмя), а затем проверяют на термическую и электродинамическую стойкость к току короткого замыкания. Для магистральных шинопроводов также применяют выбор по экономической плотности тока. На длинных трассах проверяется падение напряжения. Для алюминиевой шины при равном токе сечение примерно в 1,6 раза больше, чем у медной.
Допустимый длительный нагрев голых и неизолированных проводников нормируется ПУЭ. Допустимая температура зависит от вида проводника и от состояния контактных соединений; для контактных зон с покрытием (лужёных, серебрёных) допускается более высокий нагрев, чем для неподготовленных зон. Конкретные числа берутся из таблиц ПУЭ под класс проводника. При кратковременных режимах (короткое замыкание) допустимая температура существенно выше и нормируется отдельно как условие термической стойкости.
Серебро имеет минимальное переходное сопротивление и стабильно сохраняет его при длительной эксплуатации. Серебрение применяется в ответственных аппаратах (разъединители, силовые выключатели), в радиочастотной технике и для оборудования специального назначения. Серебряное покрытие чувствительно к сернистым соединениям в атмосфере, поэтому в таких средах требует дополнительной защиты или альтернативы. По стоимости серебрение значительно дороже лужения, и его применяют только там, где требуемое переходное сопротивление недостижимо другими покрытиями.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.