Szyny zbiorcze wymagają szeregu akcesoriów, jak wsporniki izolacyjne czy rozłączniki bezpiecznikowe – dopiero, gdy funkcjonują w kompletnym systemie, możemy mówić o ich efektywnej i bezpiecznej pracy.

Fot. 1.
Rozwiązanie wdrożone przez jednego z producentów zapewnia specjalne prowadzenie powietrza dla efektywnego odprowadzania ciepła z wkładek bezpiecznikowych.Fot. 1. Rozwiązanie wdrożone przez jednego z producentów zapewnia specjalne prowadzenie powietrza dla efektywnego odprowadzania ciepła z wkładek bezpiecznikowych.

Szyny zbiorcze są bardzo istotnym elementem rozdziału energii elektrycznej w budowie maszyn, sterowników oraz rozdzielnic. Przy dużym natężeniu prądu są niemal nie do zastąpienia przez kable czy przewody, nie wspominając już o oszczędności miejsca, pewności połączeń oraz efektywnym rozdziale prądu. Najpopularniejsze są szyny o grubości 5, 10 mm i szerokości od 20 do 100 mm; profile miedziane, najczęściej wykonane z czystej miedzi bez powłoki lub też pocynowane. Niektórzy producenci wprowadzili na rynek produkty z rdzeniem miedzianym i powłoką aluminiową – alternatywę atrakcyjną głównie ze względu na cenę. Miedziane, pocynowane szyny zbiorcze są z pewnością droższe, pozwalają jednak na efektywniejszy przesył energii (przenoszą o ok. 20% więcej prądu), ponadto nie ma konieczności ich czyszczenia z tlenków przed montażem poszczególnych aparatów.

W złączach kablowo-rozdzielczych oraz rozdzielnicach niskiego napięcia stosujemy przede wszystkim szyny zbiorcze o rozstawie 185 mm, 100 mm i 60 mm. Istotną kwestią dotyczącą systemu szyn zbiorczych jest stosowanie osłon tych elementów szyn, które są pod napięciem, a nie zostały zasłonięte przez aparaty. Umieszcza się je z przodu lub z boku, na rynku dostępne są osłony przykręcane, na wcisk, na klipsy; są instalowane wzdłużnie lub poprzecznie.

Fot. 2.
Osłona systemu szyn zbiorczych nakładana jednocześnie na trzy szyny. Można ją przesunąć w bok i dowolnie regulować jej szerokość.Fot. 2. Osłona systemu szyn zbiorczych nakładana jednocześnie na trzy szyny. Można ją przesunąć w bok i dowolnie regulować jej szerokość.

Dobór szyn zbiorczych polega przede wszystkim na sprawdzeniu ich wytrzymałości cieplnej i elektrodynamicznej. Po ustaleniu budowy i wymiarów szyn (na podstawie warunków pracy), sprawdza się, czy wsporniki izolacyjne wytrzymają obciążenia mechaniczne oraz cieplne pochodzące od prądów zwarciowych. Bierzemy pod uwagę moc zwarciową sieci, napięcie znamionowe, napięcie robocze oraz prąd znamionowy ciągły.

Fot. 3.
Listwowe rozłączniki bezpiecznikowe.
Należy je montować na szynach dostosowanych do przewidywanych w rozdzielnicach prądów.Fot. 3. Listwowe rozłączniki bezpiecznikowe. Należy je montować na szynach dostosowanych do przewidywanych w rozdzielnicach prądów.

Wsporniki izolacyjne

Do mocowania szyn zbiorczych w rozdzielnicach stosuje się m.in. uniwersalne wsporniki. Zaleca się, aby dla zachowania odpowiedniej wytrzymałości dynamicznej szyn odstęp pomiędzy wspornikami nie przekraczał 300 mm. Ich główne zalety to regulowana odległość pomiędzy poszczególnymi fazami oraz łatwość montażu – profile o specjalnie zaprojektowanym kształcie zapewniają bardzo dobre parametry. Najważniejsze komponenty wsporników izolacyjnych to uchwyty szynowe i moduły dystansowe. Za pomocą uchwytów mocujemy szyny i odizolowujemy je od konstrukcji, a moduły dystansowe pozwalają na osiągnięcie wymaganej odległości pomiędzy szynami różnych faz. Czynniki, które należy brać pod uwagę przy doborze izolatorów to napięcie pracy i tzw. napięcie izolacji oraz ewentualnie średnica gwintu.

Perforacja profili zapewnia szybki montaż podstaw izolacyjnych. Te z kolei wykonane są z samogasnącego materiału, typu poliamid z włóknem szklanym. Ich montaż na profilach ułatwiają zapadki montażowe. Zewnętrzne uchwyty o zwiększonej wydajności pozwalają zaś zminimalizować odstępy pomiędzy poszczególnymi fazami.

Rozłączniki bezpiecznikowe

Bezpośrednio na systemie szyn zbiorczych montuje się rozłączniki bezpiecznikowe, które standardowo posiadają dwie głębokości zabudowy maskownicą: 32 oraz 70 mm oraz występują w dwóch odmianach w zależności od podłączenia kabli odpływowych (odejście kabli odpływowych z dołu lub z góry). System osłon zapewnia im ochronę przed dotykiem. Specjalnie ukształtowana wolna przestrzeń rozłączników pozwala na zamontowanie izolatora wsporczego mostu szynowego. Do przyłączenia stosuje się zaciski śrubowe lub ramowe.

Fot. 4.
Przykład systemu na rozstaw 60 mm do 630 A. Zaciski umożliwiają łatwe przyłączenie przewodów okrągłych bez konieczności wykonywania
otworów w szynach.Fot. 4. Przykład systemu na rozstaw 60 mm do 630 A. Zaciski umożliwiają łatwe przyłączenie przewodów okrągłych bez konieczności wykonywania otworów w szynach.

Uniwersalnie

Na rynku dostępne są modułowe systemy szyn zbiorczych, które w połączeniu z rozłącznikami bezpiecznikowymi i wyłącznikami stanowią kompletne i uniwersalne rozwiązanie. System umożliwia stosowanie zarówno standardowych szyn płaskich, jak i szyn o profilu podwójne T o prądach do 1600 A – skracają one czas potrzebny do przyłączania potrzebnych elementów. Montaż rozłączników bezpiecznikowych i wyłączników mocy jest nieskomplikowany dzięki 60 mm odstępom między osiami szyn, a mocowanie aparatów – dzięki adapterom.

Fot. 5.
Systemy szyn zbiorczych pozwalają na nowoczesny rozdział energii. Połączenia przewodzące prąd powstają w wyniku montażu na szynach zbiorczych rozłączników bezpiecznikowych i innych aparatów.Fot. 5. Systemy szyn zbiorczych pozwalają na nowoczesny rozdział energii. Połączenia przewodzące prąd powstają w wyniku montażu na szynach zbiorczych rozłączników bezpiecznikowych i innych aparatów.

Izolatory (dostępne są w wersji 3-, 2- i 1-biegunowej) pozwalają na zamocowanie szyn płaskich różnej wielkości (izolatory 3- i 1-biegunowe przeznaczone są też do mocowania szyn o profilu podwójne T). Co ważne, nie trzeba przy tym stosować dodatkowych elementów dopasowujących. Dla zabezpieczenia przed dotknięciem zastosowano osłony boczne (dla izolatorów 3-biegunowych), pełne i czołowe (dla pojedynczych szyn) oraz odgradzające (dla szyn o profilu podwójne T). Aby dołączyć przewody do szyn zbiorczych, wystarczą adaptery przyłączeniowe oraz zaciski przyłączeniowe. Specjalny zestaw adapterów umożliwia bezpośrednie podłączenie wyłączników do szyn bez konieczności wiercenia otworów; wyposażone w zdejmowane zaciski pozwalają na wprowadzenia i wyprowadzenia przewodów. Adaptery wyróżniają się dużą uniwersalnością, wykorzystuje się przy szynach o różnych profilach i wymiarach.

System szyn zbiorczych 185 mm

Warty opisania jest z pewnością także system szyn zbiorczych 185 mm przeznaczony do montażu w rozdzielni niskiego napięcia, usprawniony ostatnio przez jednego z producentów. Przy projektowaniu zwrócono szczególną uwagę na bezpieczeństwo pracy przy urządzeniu działającym pod napięciem, czyli – na usprawnienia gwarantujące wysoki poziom ochrony przed dotknięciem. Dotyczy to też sytuacji, gdy konieczna jest rozbudowa lub uzupełnienie poszczególnych komponentów (także pod napięciem) bez naruszania zabezpieczeń systemu. Aby to uzyskać, opracowano nową technikę stykową, która pozwoliła na stworzenie połączenia z szyną zbiorczą przez istniejącą osłonę. Połączenie odpowiednich elementów zestykowych następuje przez wąskie szczeliny w osłonie (o szerokości maks. 4 mm). Jednocześnie spełnione są wymagania dla zabezpieczenia przed dotykiem w klasie ochrony IP 2x.

Fot. 6.
Co nowego w temacie szyn zbiorczych? Zaproponowano zastąpienie miedzi materiałem kompozytowym, czyli aluminiowym rdzeniem otoczonym miedzią. To mniej kosztowne rozwiązanie.Fot. 6. Co nowego w temacie szyn zbiorczych? Zaproponowano zastąpienie miedzi materiałem kompozytowym, czyli aluminiowym rdzeniem otoczonym miedzią. To mniej kosztowne rozwiązanie.

W wyposażeniu systemu szyn zbiorczych 185 mm znajdziemy również zabezpieczenia listwowych rozłączników mocy NH. Co nowego w tym temacie? Zastosowane tu rozwiązanie zapewnia specjalne prowadzenie powietrza dla efektywnego odprowadzania ciepła z wkładek bezpiecznikowych. Jednocześnie umożliwione jest bezpieczne odprowadzenie łuku elektrycznego, który może występować przy załączaniu pod obciążeniem. Oprócz tego jako element kompletnego zestawu pojawiły się również nowe adaptery rozłączników mocy pozwalające na montaż wszystkich popularnych modeli kompaktowych wyłączników mocy różnych producentów. Nowe rozwiązanie pozwala na zintegrowanie w rozdzielni wyłączników o mocy do 1600 A.

Fot. 7.
Izolatory wsporcze – typowe do montażu szyn o różnym rozstawie.Fot. 7. Izolatory wsporcze – typowe do montażu szyn o różnym rozstawie.

Zamiast miedzi

Producenci oferują również nowe rozwiązania, które być może stanowią receptę na zbyt duże wydatki. Ostatnio zaproponowano zastąpienie kosztownej miedzi, czyli podstawowego składnika stosowanego w produkcji szyn, materiałem kompozytowym, czyli aluminiowym rdzeniem otoczonym miedzią. Nie oznacza to bynajmniej spadku jakości elementów. Rozwiązanie bazuje na tzw. efekcie naskórkowości: indukowane przy napięciu przemiennym pole magnetyczne wewnątrz przewodnika wypiera prąd ze środka żyły, w związku z czym płynie on głównie po jego powierzchni. W najnowszych modelach szyn większość prądu przepływa przez miedzianą otoczkę, a w mniejszym stopniu przez aluminiowy rdzeń. Podsumowując, przy takich samych parametrach pracy, ceny szyn kompozytowych są niższe o 30--35%. Należy zwrócić uwagę także na niewielki ciężar, co ułatwia zarówno transport, jak i montaż (o ok. 50% mniejszy ciężar niż w przypadku elementów miedzianych).

Na rynku dostępne są również nowoczesne, inteligentne urządzenia przeznaczone do ochrony zwarciowej szyn zbiorczych – oddzielnie dla każdej fazy, sterowania oraz nadzoru pojedynczych elementów, także jako zabezpieczenie przed ograniczonym zwarciem doziemnym. Stosuje się je głównie w systemach obsługujących obiekty użyteczności publicznej oraz w systemach elektroenergetyki przemysłowej, choć znajdziemy również mniejsze układy dedykowane do niewielkich rozdzielni. Zadaniem urządzenia jest jak najszybsze zlokalizowanie zwarcia w obrębie szyn zbiorczych i rozdzielni oraz szybka reakcja, czyli wyłączenie dotkniętego zwarciem odcinka szyn. Łączny czas od pojawienia się zwarcia do wysłania impulsu wyłączającego nie przekracza 10 ms.

Iwona Bortniczuk

Na podstawie materiałów: Jean Mueller, Hensel, Rittal, Eaton, Ergom, ABB