Google+

Uporządkowana i dobrze opisana rozdzielnica to podstawa bezpieczeństwa instalacji. Dużą rolę w jej wyposażeniu przejmują szyny zbiorcze do których przyłączone są elektrycznie poszczególne obwody i pola rozdzielcze.

Fot. 1. Przy wyborze systemu szyn zbiorczych należy zwrócić uwagę na szereg czynników takich
jak: obciążalność prądowa, wytrzymałość zwarciowa, czy warunki środowiskowe. Fot. 1. Przy wyborze systemu szyn zbiorczych należy zwrócić uwagę na szereg czynników takich jak: obciążalność prądowa, wytrzymałość zwarciowa, czy warunki środowiskowe. Fot.: RITTAL

Zastosowanie szyn zbiorczych zapewnia przede wszystkim oszczędność miejsca w rozdzielnicy lub szafie sterowniczej. W oferowanych na rynku systemach szynowych uwzględnia się szereg rozwiązań, które są gwarancją pewności połączeń, szybkiego montażu i elastyczności w dystrybucji energii elektrycznej. Przy wyborze poszczególnych elementów bierze się pod uwagę właściwości funkcjonalne oraz parametry elektryczne i cieplne. Podstawą niemal każdego systemu są szyny (tzw. belki, prowadnice, magistrale) wykonane z miedzi, aluminium lub z aluminium pokrytego otuliną z płaszcza miedzianego. Typowe belki mają rozstaw 60, 100 i 185 mm przy grubości 5 i 10 mm i szerokość mieszczącą się pomiędzy 20 a 100 mm. Nabyć można również szyny o przekroju dwuteownika, gdzie odstęp pomiędzy osiami wynosi standardowo 60 mm. Można więc zamontować typowe aparaty, takie jak rozłączniki bezpiecznikowe czy wyłączniki mocy. Aparaty i odprowadzenia montuje się również za pomocą specjalnych adapterów. Montaż wykorzystuje specjalne uchwyty zapewniające bezotworową instalację i łączenie szyn. Elementy mocowania dobiera się, biorąc pod uwagę liczbę zastosowanych belek, natomiast specjalny element dystansujący pozwala na regulowanie szerokości rozstawu. Zmianę położenia eliminuje górna krawędź. Za pomocą specjalnych elementów wyrównujących niweluje się różnice powstałe w przypadku zastosowania szyn o różnej grubości. Boczne osłony chronią przed przypadkowym dotknięciem.

Fot. 2. Szyny zbiorcze mogą znajdować się w odrębnym polu rozdzielnicy. Fot. 2. Szyny zbiorcze mogą znajdować się w odrębnym polu rozdzielnicy. Fot.: Siemens

Belki są prowadzone po specjalnych izolowanych wspornikach, które zazwyczaj montuje się poziomo. W rozdzielnicach bez członów wysuwnych lub ruchomych, przy prądzie znamionowym szyb zbiorczych do 4 kA, montaż może być pionowy. Maksymalne prądy zwarciowe występujące w rozdzielnicy warunkują odległości pomiędzy wspornikami izolacyjnymi.

Szyny dystrybucyjne i ochronne

Szyny dystrybucyjne prowadzi się z tyłu rozdzielnicy. Elementy o prądzie do 1600 A montowane są w przedziale o głębokości nie mniejszej niż 1 m, z kolei szyny o prądzie przekraczającym 1600 A instaluje się na minimalnej głębokości przedziału 2 m. Szerokość toru szynowego wynika z rodzaju aparatury, jaka będzie zasilana, natomiast odległości między wspornikami izolacyjnymi wynikają z prądów zwarciowych, jakie występują w rozdzielnicy, oraz z odległości pomiędzy szynami fazowymi. Dystrybucyjne szyny ochronne prowadzone są z kolei w dolnej, tylnej części szafy sterowniczej lub rozdzielnicy, poziomo w poprzek całej rozdzielnicy oraz w pionowych przedziałach kablowych. Belka ochronna jest mocowana bezpośrednio do konstrukcji lub prowadzona w uchwytach szynowych. Bardzo istotną rolę odgrywa odpowiednia izolacja od konstrukcji.

Fot. 3. Szyny Cuponal, wykonane z aluminiowego
rdzenia pokrytego powłoką
miedzianą, to kompromis między
szynami miedzianymi i aluminiowymi.
Ich obciążalność prądowa jest
tylko 12% mniejsza od szyn miedzianych,
natomiast są lżejsze i tańsze. Fot. 3. Szyny Cuponal, wykonane z aluminiowego rdzenia pokrytego powłoką miedzianą, to kompromis między szynami miedzianymi i aluminiowymi. Ich obciążalność prądowa jest tylko 12% mniejsza od szyn miedzianych, natomiast są lżejsze i tańsze. Fot.: RITTAL Fot. 4. Główną zaletą szyn miedzianych
jest przede wszystkim większa
przewodność elektryczna w stosunku
do szyn aluminiowych (wg normy
DIN 43671 – o około 25 Fot. 4. Główną zaletą szyn miedzianych jest przede wszystkim większa przewodność elektryczna w stosunku do szyn aluminiowych (wg normy DIN 43671 – o około 25. Fot. RITTAL

Połączenia

Szereg elementów pozwala na połączenie szyn zbiorczych z innymi fragmentami instalacji elektrycznej. Za pomocą specjalnych zacisków przyłączeniowych podłącza się nie tylko przewody, ale i warstwowe szyny miedziane. Z kolei zaciski płytkowe umożliwiają podłączenie szyn miedzianych bez konieczności wiercenia otworów. Oprócz tego dzięki zaciskom płytkowym można łączyć taśmy miedziane i szyny prostokątne. Ochronę zacisków przed przypadkowym dotknięciem zapewniają specjalne pokrywy.

Szyny elastyczne

Jako zalety dystrybucyjnych szyn elastycznych należy wymienić przede wszystkim brak zjawiska fałdowania i konieczność zdejmowania izolacji, stąd też zastosowanie obejmuje połączenia niskonapięciowe, stanowiąc alternatywę dla szyn i połączeń kablowych. Rozwiązania tego typu bardzo często znajdują zastosowanie przy wykonywaniu połączeń pomiędzy szyną główną i elementami, takimi jak rozłączniki czy wyłączniki, pomiędzy mostem a transformatorem oraz pomiędzy mostami a rozdzielnicami. Izolacja szyny bazuje na mieszance winylowej, odpornej na działanie czynników mechanicznych. Standardowo maksymalna temperatura pracy wynosi około 100°C przy wytrzymałości dielektrycznej 20 kV/mm i maksymalnym napięciu pracy 1000 V AC – 1500 V DC. Z kolei element przewodzący wykonuje się z cynowanej miedzianej plecionki. Elementy są tak dobrane, aby paski miedziane miały możliwość swobodnego przesuwania, zginania i skręcania. W przemyśle stosuje się rozwiązania mogące pracować w trudnych warunkach zewnętrznych. Wybrać można np. systemy pracujące w temperaturze -50°C – 280°C. Połączenia wykonuje się poprzez wybicie otworów w szynie. Nie ma przy tym potrzeby stosowania złączek i końcówek.

Fot. 5. Oferowane na rynku systemy
szyn zbiorczych to rozwiązania
kompleskowe Fot. 5. Oferowane na rynku systemy szyn zbiorczych to rozwiązania kompleskowe. Fot.: Jean Mueller Fot. 6. Szyny zbiorcze z izolatorem. Fot. 6. Szyny zbiorcze z izolatorem.Fot.: Siemens

Moduły przyłączeniowe i bloki dystrybucyjne

Specjalne moduły przyłączeniowe pozwalają na podłączenie zasilania i odpływów, dzięki czemu można doprowadzić zasilanie oraz wykonać odejścia dla odpływów. Zasilanie jest więc łatwo przenoszone na inne obwody szyn zbiorczych. Konstrukcja takiego modułu wykorzystuje zaciski w podstawie, natomiast górną część osłania pokrywa. Zacisk ramowy umożliwia doprowadzenie kabli okrągłych i płaskich.
Dodatkową ochronę przed przypadkowym dotknięciem zyskuje się dzięki osłonie zacisków przyłącza i zacisków płytkowych. Element taki nakładany jest jednocześnie na trzy szyny z możliwością przesuwania w bok i dowolnym regulowaniem szerokości. Podstawę w ofercie bloków dystrybucyjnych stanowią modele jednofazowe. Instalując je na szynie TS, zyskuje się szybki i bezpieczny rozdział energii elektrycznej. Montaż można również przeprowadzić na płycie montażowej za pomocą śrub. W niektórych modelach przewidziano przeźroczystą obudowę przytrzymującą, przeznaczoną do optycznej kontroli połączenia. Wytrzymałość na prądy zwarciowe wynosi do 100 kA.
Na uwagę zasługuje modułowa budowa takiego systemu dystrybucji. Stąd też mając tylko jedno wejście, można uzyskać zasilane równolegle bloków za pomocą przewodu połączeniowego. Bloki dystrybucyjne są również oferowane w wersjach dwu- i trójfazowej. Stosuje się w nich solidne szyny mosiężne oraz otwór mocujący o dużej średnicy.

Osprzęt do szyn zbiorczych

Projektując rozdzielnicę z wykorzystaniem szyn zbiorczych, można sięgnąć po szereg rozwiązań w zakresie osprzętu, takiego jak np. rozłączniki bezpiecznikowe w postaci listwowej i z elektronicznym systemem kontroli wkładki bezpiecznikowej. Rozłączniki tego typu mogą współpracować z przekładnikami prądowymi, uchwytami kablowymi, zaciskami ramowymi czy blokadami przekładnika. W systemach szyn zbiorczych można uwzględnić rozłączniki do bezpieczników topikowych typu D z systemem pierścieni i tulejek. Dzięki specjalnym rozłącznikom mogą być również zastosowane bezpieczniki cylindryczne o prądzie 32 A i napięciu 400 V AC. Warto zwrócić uwagę na podstawy bezpiecznikowe ze zintegrowanym sygnalizatorem migającym i wskaźnikiem stanu. Specjalne konstrukcje pokryw zapewniają ochronę przed dotknięciem od przodu, z góry i z dołu. Mogą być również zastosowane osłony boczne do montażu zatrzaskowego.

Fot. 7. Jako zalety szyn zbiorczych wymienia
się przede wszystkim oszczędność
miejsca w rozdzielnicy. Fot. 7. Jako zalety szyn zbiorczych wymienia się przede wszystkim oszczędność miejsca w rozdzielnicy. Fot.: Schneider Electric

W systemach szyn zbiorczych niejednokrotnie uwzględnia się bezpiecznikowe rozłączniki mocy montowane na płycie montażowej. Urządzenia tego typu mogą być wyposażone w elektromechaniczną lub elektroniczną kontrolę wkładki bezpiecznikowej. Specjalne zaciski ramowe z przyłączem śrubowym pozwalają na bezpośrednie przyłączenie przewodów okrągłych i sektorowych łącznie z warstwowymi szynami miedzianymi. Jest możliwe zastosowanie elektronicznej lub elektromechanicznej kontroli wkładki bezpiecznikowej.
Przestrzeń bezpiecznikowa rozłącznika mocy jest zabezpieczona specjalną pokrywą. Można wydłużyć osłonę zabezpieczającą, stosując kable z długą tuleją zaciskową przy dowolnym szeregowaniu na górze i na dole. Akcesoriami do bezpiecznikowych rozłączników mocy mogą być również pryzmaty przyłączenia zacisków obejmowych, adaptery szyn zbiorczych, komory gaśnicze i mikroprzełączniki.
Na szynach zbiorczych można zamontować moduły przeciwprzepięciowe. W takiej aparaturze zasilanie jest przyłączone do systemu szynowego, natomiast odprowadzenia wykorzystują zaciski śrubowe. W typowym module przeciwprzepięciowym przewiduje się zabezpieczenie wstępne ze specjalnym bezpiecznikiem o określonej odporności na zwarcie, odpowiedniej charakterystyce oraz z warystorami i iskiernikami rozładowującymi falę przepięciową.

Co nowego?

Producenci oferują nowe rozwiązania, które mogą stanowić receptę na zbyt duże wydatki. Jednym z wdrożonych już pomysłów jest 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.

Bartosz Kaźmierczyk Bartosz Kaźmierczyk
Product Manager Rittal

Zdaniem EKSPERTA
„W jaki sposób rodzaj materiału, z jakiego zostały wykonane profile szynoprzewodów (czysta miedź, miedź pocynowana, kompozyty z powłoką aluminiową itp.), wpływa na jakość montażu i eksploatacji instalacji?”

Systemy szyn zbiorczych stanowią istotny element wyposażenia rozdzielnic elektrycznych niskiego napięcia. Przy ich wyborze należy zwrócić uwagę na szereg czynników takich jak: obciążalność prądowa, wytrzymałość zwarciowa, czy warunki środowiskowe. Duży wpływ na uzyskanie wymaganych parametrów ma rodzaj materiału z jakiego zostały wykonane elementy przewodzące. Obecnie najczęściej stosowanymi rozwiązaniami są mosty szynowe wykonane z miedzi lub aluminium. Główną zaletą szyn miedzianych jest przede wszystkim większa przewodność elektryczna w stosunku do szyn aluminiowych (wg normy DIN 43671 – o około 25%). Pozwala to na zastosowanie mniejszych przekrojów w rozdzielnicy. Szyny aluminiowe wystawione na działanie powietrza w większym stopniu ulegają zjawisku utleniania. Zapobieganie korozji galwanicznej jest bardziej skomplikowane w tym przypadku, ponieważ wymaga stosowania skomplikowanych technik łączenia. Elementy miedziane przy połączeniu z mniej szlachetnymi metalami czy stopami – takiej korozji nie ulegają. Z drugiej strony szyny aluminiowe są lżejsze, co ma znaczenie na etapie montażu, a dodatkowo ich cena jest mniejsza. W przypadku środowiska agresywnego często zastosowanie znajdują szyny cynowane miedziane i aluminiowe, zapobiegając zjawisku korozji. Szukając kompromisu pomiędzy szynami miedzianymi i aluminiowymi, firma Rittal wprowadziła szyny Cuponal. Wykonane są one z aluminiowego rdzenia pokrytego powłoką miedzianą. Dzięki zjawisku naskórkowości obciążalność prądowa szyn Cuponal jest tylko 12% mniejsza od szyn miedzianych, natomiast są lżejsze i tańsze.

Podsumowanie

Układ połączeń może przewidywać wprowadzenie szyn zbiorczych w górnej lub dolnej części rozdzielnicy lub szafy sterowniczej. Długości odcinków szyn dobiera się w zależności od wielkości pola rozdzielnicy. Szyny zbiorcze fazowe i główne szyny neutralne N (ochronno-neutralne PEN dla układu 4-przewodowego) są umieszczane w przedziale szynowym z tylnej części rozdzielnicy. Specjalne nadstawki z szynami zbiorczymi pozwolą zwiększyć wysokość rozdzielnicy. Oprócz tego dobiera się szereg akcesoriów w postaci osprzętu i elementów instalacyjnych. Na etapie wyboru odpowiedniego systemu szyn zbiorczych bierze się pod uwagę szereg parametrów elektrycznych, takich jak napięcie robocze, prąd znamionowy ciągły, napięcie znamionowe czy moc zwarciowa sieci. Nie można zapomnieć o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej wsporników i wytrzymałości na ciepło pochodzące od prądów zwarciowych.
Systemy szyn zbiorczych bardzo często uwzględnia się w stacjach elektroenergetycznych. Stąd też biorąc pod uwagę budowę układów połączeń stacji elektroenergetycznych dzieli się je na układy szynowe (zawierające wyodrębnione szyny zbiorcze) i układy bezszynowe (pozbawione wyodrębnionych szyn zbiorczych). W obrębie układów szynowych wyróżnia się układy jedno-, dwu- i trójfazowe. Oprócz tego każdy układ szynowy może być podzielony na sekcje oraz uzupełniony o dodatkowe pomocnicze szyny zbiorcze. W odniesieniu do układów bezszynowych zastosowanie znajdują układy blokowe, mostkowe i wieloblokowe.

Damian Żabicki