При проектировании зданий и сооружений промышленного социально — культурного или другого назначения по определению встаёт задача обеспечения электроэнергией большого количества потребителей — станков, технологических линий, лифтов, кондиционеров, систем пожаротушения и систем пожарной сигнализации.
Для этого можно использовать классическую кабельную разводку или систему шинопроводов. Создание системы электроснабжения — это комплексная и сложная задача. Разработчик должен принять во внимание множество факторов — мощность, расширяемость, электробезопасность, огнестойкость и пожаробезопасность электроснабжения, совокупную стоимость владения и др. Во многих (если не в большинстве случаев) шинопроводы оказываются предпочтительнее кабельных систем. Сначала сравним кабельные и шинопроводные системы, а затем подробнее остановимся на пожарной безопасности и огнестойкости шинопроводов.
Что такое шинопровод
В «Правилах устройства электроустановок» понятие «шинопровод» определяется следующим образом:
«В зависимости от вида проводников токопроводы подразделяются на гибкие (при использовании проводов) и жёсткие (при использовании жёстких шин).
Жёсткий токопровод до 1 кВ заводского изготовления, поставляемый комплектными секциями, называется шинопроводом.
В зависимости от назначения шинопроводы подразделяются на:
— магистральные, предназначенные в основном для присоединения к ним распределительных шинопроводов и силовых распределительных пунктов, щитов и отдельных мощных электроприёмников;
— распределительные, предназначенные в основном для присоединения к ним электроприёмников;
— троллейные, предназначенные для питания передвижных электроприёмников;
— осветительные, предназначенные для питания светильников и электроприёмников небольшой мощности».
(Цитировано по 7 Изданию ПУЭ. Глава 2.2, п. 2.2.3.)
Шинопроводы: преимущества перед кабелями
При создании систем распределения электроэнергии на объекте шинопроводы обладают рядом неоспоримых преимуществ. Основные из них перечислены в таблице 1.
Таблица 1. Преимущества шинопроводов.
| № | Параметр | Описание параметра для шинопровода (ШП) кабельной разводки (КР) |
|---|---|---|
| 1. | Полная сметная стоимость | Стоимость материалов, строительных, монтажных и пусконаладочных работ для ШП не превышает сметную стоимость КР. В ряде случае она ниже, т.к. использование ШП сокращает сроки ввода объекта в эксплуатацию |
| 2. | Форм-фактор | Прямоугольные изолированные шины внутри защитного короба ШП компактны и при той же нагрузке занимают меньше места. Объем изоляционных материалов для ШП на 20 — 30 % ниже, чем у кабелей при одинаковой предельной нагрузке. Экономия объёмов особенно заметно проявляется для распределительных систем с нагрузками в тысячи ампер. Выпускаются также шинопроводы, в которых не используются пластические изоляционные материалы. Пластины таких шинопроводов отделены воздушными зазорами и собираются в пакет с помощью огнестойких изоляторов |
| 3. | Отвод тепла | Шины лучше отводят тепло на защитный кожух. Охлаждение эффективнее, чем у КР. |
| 4. | Модульность | ШП «набирается» из стандартных элементов с чётко описанными назначением и характеристиками. Упрощается автоматизированное проектирование. Сокращаются трудозатраты на проектирование. Снижается вероятность ошибки в результате недосмотра проектировщиков. Модульность упрощает расширение и модернизацию систем ШП |
| 5. | Время монтажа | За счёт модульности, стандартизации рабочих операций, детально разработанных технологических карт время монтажа ШП заметно меньше, чем время монтажа аналогичной системы КР |
| 6. | Количество лотков, щитков | Потребность в кабельных лотках, распределительных щитах, выключателях и других аксессуарах для ШП меньше, чем у КР. Это связано с тем, что потребители могут подсоединяться к шинам непосредственно через коробки — ответвители. Качество монтажа ответвителей практически не зависит от квалификации монтажника |
| 7. | Аварийные состояния | ШП устойчивее к токам короткого замыкания, т.к. нагрев шин большого сечения до момента срабатывания автоматического выключателя ниже, чем у кабельной разводки на те же нагрузки |
| 8. | Электромагнитное излучение | ЭМИ шинопровода заметно ниже, чем у кабелей — шины экранируются защитными кожухами. Это позволяет расположить лотки с медными высокочастотными информационными кабелями ближе к трассе шинопровода без рисков потери связи в компьютерных системах |
| 9. | Активное и реактивное сопротивление | В шинных системах эти показатели ниже за счёт сечения проводника и формы его сечения. Поэтому шинопровод снижает активные энергетические потери и ограничивают рост реактивной системы. Потери напряжения (снижение КПД линии) в шинах меньше, чем на кабелях такой же длины при прочих равных условиях |
| 10. | Длина кабелей фазы | В КР при высоких значениях допустимой силы тока для создания фазовой линии часто используются несколько кабелей, возможно — разной длины, проложенных по разным маршрутам. ШП не используют проводники разной длины. Параметры активного и реактивного сопротивления строго нормированы. Это упрощает расчёт электрофизических параметров системы ШП, позволяет с максимальной равномерностью распределить нагрузки по фазам |
| 11. | Грызуны | В отличие от кабелей, которые часто становятся «жертвами» крыс и мышей, шинные системы не подвержены их воздействию |
| 12. | Совокупная стоимость владения | Модульная конструкция ШП уменьшает затраты на его адаптацию к изменениям месторасположения, количества и мощности потребителей. КР — «консервативная» система. ШП обладают высокой степенью электробезопасности. ШП позволяет подключать новых потребителей или перемещать существующих без отключения остальных. Использование типовых элементов системы ШП упрощает их ремонт и замену. В результате ССВ для ШП ниже |
Сказанное позволяет сделать вывод, что широкая замена объектовых кабельных систем электроснабжения шинопроводами — вопрос времени.
Шинопроводы: пожарная опасность и пределы огнестойкости
Пожарная опасность шинопроводов и кабелей возникает в случае, если используемые для их изготовления материалы поддерживают горение и (или) выделяют при температурах пожара токсичные газы и дымы.
Вопросы пожарной опасности для электрических и оптических кабелей хорошо проработаны. Для них определены классы пожарной опасности (ГОСТ Р 53315-2009. Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности.):
Таблица 2. Показатели и классы пожарной опасности кабельных изделий.
| Показатель пожарной опасности | Класс пожарной опасности |
|---|---|
| Предел распространения горения одиночным кабельным изделием | ПРГО 1 — ПРГО 2 |
| Предел распространения горения кабельного изделия при групповой прокладке | ПРГП 1 — ПРГП4 |
| Предел огнестойкости кабельного изделия в условиях воздействия пламени | ПО 1 — ПО 8 |
| Показатель коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении полимерных материалов кабельного изделия | ПКА 1 |
| Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов кабельного изделия | ПТПМ 1 — ПТПМ 4 |
| Показатель дымообразования при горении и тлении кабельного изделия | ПД 1 — ПД 4 |
В этом же ГОСТ приведены состав и значения параметров, позволяющих отнести кабель к определённым классам пожарной опасности, а также приведены ссылки на ГОСТ, определяющие методы испытаний. В зависимости от типов объектов определены классы пожарной опасности кабелей, которые можно применять на этих объектах.
С некоторыми натяжками показатели и классы пожарной опасности могут быть применены к шинопроводам, особенно если речь идёт о материалах.
Что же касается «распространения горения» и «огнестойкости», то для ШП нужны свои виды испытаний. С огнестойкостью кабелей возникает интересная ситуация. Кабель — двойственная сущность. С одной стороны — это проводник сигналов, электрических или оптических, с другой — элемент строительной конструкции в составе кабельной трассы.
Метод испытания по огнестойкости с определением времени, в течение которого кабель выполняет свои функции, т.е. передаёт сигналы, определяет ГОСТ Р МЭК 60331-11-2003. При этом температура испытаний — не менее 750 °С.
В то же время «огнестойкость кабельной линии» испытывается по ГОСТ Р 53316 — 2009 и ГОСТ 30247.0. Таблица 3 показывает, как нарастает температура в зависимости от времени при этих испытаниях.
Таблица 3. График нарастания температуры в огневой испытательной камере по ГОСТ 30247.
| T, мин | Т — Т0, 0С | Допускаемое значение отклонения Н, % |
|---|---|---|
| 5 | 556 | |
| 10 | 659 | ± 15 |
| 15 | 718 | |
| 30 | 821 | |
| 45 | 875 | ± 10 |
| 60 | 925 | |
| 90 | 986 | |
| 120 | 1029 | |
| 150 | 1060 | ± 5 |
| 180 | 1090 | |
| 240 | 1133 | |
| 360 | 1193 |
При этом измерений, которые бы подтверждали способность кабелей в лотке выполнять свои прямые функции — проводить сигналы, не предусматривается.
Вернёмся к шинопроводам. Ещё одним стандартом, определяющим понятие «шинопровод» является ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1:2004):
«Система, сборных шин, низковольтное комплектное устройство (НКУ), может состоять из следующих элементов:
- прямых секций с узлами ответвления или без них;
- секций для изменения положения фаз, разветвления, поворота, а также вводных и переходных секций; · ответвлённых секций».
Для НКУ предлагается проводить испытания на пожарную безопасность по ГОСТ 27483 «Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания нагретой проволокой» и ГОСТ 28779-90 «Материалы электроизоляционные твёрдые. методы определения воспламеняемости под воздействием источника зажигания».
В силу того, что шинопровод — одновременно токопровод и строительная конструкция, необходимо также проводить испытания по ГОСТ Р 53316 — 2009 и ГОСТ 30247.0.
Получается, что для НКУ — шинопровода формально не требуются испытания на огнестойкость с проверкой температурных и временных пределов, в которых они сохраняют своё главное свойство — проводить электрический ток.
На самом деле такой подход представляет определённую опасность. Например, нормативы требуют, чтобы любое высотное здание было разделено на пожарные отсеки, каждый из которых объединяет несколько этажей. Питание потребителей отсека осуществляется от установленного на нём распределительного щита, который, в свою очередь, запитывается от главного распределительного щита.
Общепризнанно, что лучшим решением для связи ГРЩ и РЩ отсеков является шинопроводы. Но нормативов к огнестойкости шинопроводов (не физической, а функциональной) ещё не выработано. Функциональный выход из строя линий шинопровода в результате пожара может иметь роковые последствия, т.к. перестанут работать лифты, в т.ч. пожарные, системы дымоудаления, подачи воды, освещения, подпора воздуха, другие системы пожарной безопасности.
Сейчас на смену ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1:2004), идёт ГОСТ Р МЭК 61439, аналог стандарта IEC 61439, действующего в Европе. В РФ на данный момент он внедрён частично, рисунок 1. Часть 6 этого стандарта, IEC 61439-6, посвящённая шинопроводам, в России, ещё не действует. Если судить по предварительным данным, при определении требований по огнестойкости шинопроводов стандарт ссылается на ISO 834, тождественной копией которого является ГОСТ 30247.0-94.
Рисунок 1. ГОСТ Р МЭК 61439. Руководство по проектированию низковольтный комплектных устройств
Большинство европейских производителей шинопроводов при сертификации шинопроводов ориентируются именно на стандарт IEC 61439-6.
Требования по пожарной безопасности к проходам шинопроводов
ГОСТ Р 53310-2009 «Проходки кабельные, вводы герметичные и проходы шинопроводов. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний на огнестойкость» определяет порядок проведения испытаний, если шинопровод проходит через строительные конструкции с нормируемым пределом огнестойкости. В этом случае в соответствии Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности «...должны быть предусмотрены кабельные проходки с пределом огнестойкости не ниже предела огнестойкости данных конструкций» (Гл.19, ст. 82, п. 7).
Шинопровод должен быть ограждён огнестойкой конструкцией, которая будет препятствовать распространению огня в месте прохода. Огнестойкая конструкция — это обычно кожух из силикатных плит или минеральной ваты. Для испытаний шинопровод встраивают в стену огневой камеры, в которой с одной стороны стены температура растёт по ГОСТ 30247.0-94 (таблица 2), а с другой с помощью термопар измеряют температуру нагрева материала заделки и корпуса шинопровода. Прохождение испытаний по этому стандарту является добровольным.
Конструкция шинопроводов и устройство пожаробезопасных проходов между помещениями
Шинопроводы могут выполняться в виде неизолированных пластин, прикреплённых через изоляторы к поддерживающим конструкциям. При этом они должны размещаться в соответствии с правилами ПУЭ в недоступном для персонала месте (например, на высоте не менее 3,5 метров над уровнем пола), Шинопроводы могут выполняться в виде изолированных по всей длине пластин, размещённых в защитных коробах из стали, алюминия или других материалов, рисунок 2.
Рисунок 2. Секция шинопровода с изолированными жилами в защитном коробе
Вне зависимости от исполнения при создании огнезащищённого прохода через строительную конструкцию необходимы секции, заполненные негорючим изолирующим веществом, желательно расширяющимся при нагревании. Внутреннее заполнение секции может быть выполнено в ходе монтажных работ, но существенно лучшим решением будет использование секций, специально разработанных производителем для создания огнестойких проходов.
Снаружи секция отделяется от краёв отверстия в строительной конструкции негорючими огнестойкими матами или полотном. Противопожарный барьер с внутренним заполнением секций предотвращает его превращение в трубу, вызывающую образование тяги. Для создания огнезащищённых проходов должны использоваться решения, сертифицированные по ГОСТ Р 53310-2009.
Пример. Секция с противопожарным барьером для алюминиевого шинопровода представляют собой прямую секцию длиной 1500 мм. Внутренняя полость секции частично заполнена негорючим теплорасширяющимся материалом, который препятствует распространению при пожаре по шинопроводу дыма, горячих газов и пламени в соседние помещения. Огнестойкость секции — 1 или 3 часа в зависимости от типоразмера и объёма заделки прохода огнезащитным составом. Это огнестойкость прохода, а не самого шинопровода «в сборе».
При испытаниях алюминиевого шинопровода по ГОСТ 30247.0, время за которое он разрушится, будет существенно меньшим.
Теперь перейдём к рассмотрению вопросов огнестойкости собственно шинопроводов.
Особенности шинопроводов с точки зрения огнестойкости
Особенности алюминиевых шинопроводов
Температура плавления алюминия — около 660 °С. Удельное электрическое сопротивление Ом ● мм 2/м — 0,028. Пластины алюминия для шинопроводов выполняются из достаточно чистого алюминия. Чистый алюминий — мягкий и непрочный металл. Он имеет низкие предел текучести (даже для сплавов не превышает 12 кгс/мм2) и предел ползучести: при 20○С — 5 кгс/мм 2, а при 200○С — 0,7 кгс/мм2. Это ограничивают применение алюминия по допустимым нагрузкам.
Таким образом, использование алюминиевых шинопроводов для высотных зданий или питания пожарных лифтов, может привести к тому, что силовые линии электропитания при пожаре выйдут из строя через 10 — 15 минут.
В статье Изменение физико-механических свойств алюминия под действием температуры читаем:
«...При сбалчивании алюминиевых шин между собой болтами в месте соединения при определённом давлении и температуре может наступать ослабление контакта, последнее обстоятельство может вывести из строя электрическую аппаратуру... предел(ом) нагрева, выше которого шина из алюминия начинает подвергаться пластической деформации, ...надо считать температуру 200° С, так как при ней пластическая деформация алюминия начинается при давлениях около 200 кгс/см2, т. е. при удельных давлениях, соответствующих обычно принятым для алюминиевого контакта.
...Проволока из алюминия (марки А5) 99%-ной холодной деформации полностью разупрочнилась в течение всего лишь за 0,6 сек при температуре 440° С. Потеря прочности (начало рекристаллизации) у сильно деформированной алюминиевой проволоки при очень кратковременных (0,1, 0,3, 1,0 и 10 сек) действиях тока короткого замыкания лежит в интервале температур 160–180° С. При выдержке в течение 1000 ч при температуре 80° С у алюминиевой проволоки значительно снизились прочностные свойства: предел прочности понизился с 20 до 15 кгс/мм2».
Из этого следует вывод, что использование алюминиевых шинопроводов в линиях электропитания систем пожарной безопасности — крайне рискованное мероприятие. Даже в случае использования огнезащитных кожухов и оболочек велика вероятность нагрева пластин шинопровода с последующими нарушениями электрических цепей.
Очевидно, что при использовании алюминиевых шинопроводов на критически важных участках необходимы натурные испытания в обстановке, максимально приближенной к «боевой».
Особенности медных шинопроводов
Температура плавления меди — около 1100 ° С.
Медь обладает самой низким удельным электросопротивлением среди всех металлов неблагородной группы —0,017 Ом ● мм 2/м, т.е. в 1,65 раза меньше, чем у алюминия. Медь является одним из наиболее распространённых металлов, используемых для электропроводников. Провода и шины из меди выдерживают длительные электрические нагрузки, отличаются долговечностью и надёжностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать им долгое время в нагретом состоянии.
При температуре 500° С медный проводник может работать долгое время.
Для сравнения: при испытании конструкций на огнестойкость по ГОСТ 30247.0-94 температура 925 градусов достигается через 60 минут после начала испытаний.
При создании медных шинопроводов с высокой огнестойкостью надо обратить внимание на защитные короба, в которые помещаются медные шины. Зачастую их изготавливают из алюминия или магний — алюминиевых сплавов. В этом случае короб может расплавиться раньше шин, что приведёт к замыканиям и нарушению электроснабжения.
Особенности стальных шинопроводов
Температура плавления стали 1300 — 1500О С. Удельное электросопротивление — 0,1 Ом ● мм 2/м, т.е. в 5,9 раз выше, чем у меди и в 3,6 раз выше, чем у алюминия.
Первые шинопроводы выполнялись в виде стальных шин, размещённых в стальном коробе. Сейчас стальные шинопроводы используются редко. Толщина стальных шин обычно не превышает 6 мм. При одинаковых характеристиках изолирующих материалов для разделения шин и предохранения их от соприкосновения с коробом или креплениями стальной шинопровод (или стальной шинопровод в стальном коробе) будет самым огнестойким решением.
Выводы
Исходя из изложенного можно сделать следующие выводы:
- Пока в РФ стандартов комплексных испытаний шинопроводов на пожарную безопасность и огнестойкость нет. Основное назначение шинопровода — обеспечивать потребителей электроэнергией. ГОСТы «прямого действия», определяющие правила измерения интервала времени, в течение которого шинопровод сохраняет способность выполнять эту свою основную функцию в условиях пожара, отсутствуют.
- С некоторыми натяжками для шинопроводов можно применять стандарты, изначально разработанные для кабелей и систем кабельных лотков.
- «Двойственная» природа шинопровода — электротехническое изделие, с одной стороны, строительная конструкция — с другой, приводят к тому, что температурные режимы испытаний существенно различаются. При испытаниях шинопровода как строительной конструкции измерение его электрических свойств не предусматривается.
- Введение ГОСТ 61439-6 (61439-6 IEC:2012), если основываться на доступной информации, не изменит этой ситуации, т.к. в части огнестойкости шинопроводов он по-прежнему ссылается на стандарт ISO 834 «Elements of building construction — Part 1: General requirements», известный в РФ как ГОСТ 30247, который не предполагает проведение каких-либо измерений электрических параметров во время огневых испытаний.
- При проектировании шинопроводов объекта целесообразно выделить ту его часть, которая будет обслуживать системы, связанные с пожарной безопасностью. Для этой части в необходимо применять огнестойкие решения.
- Для обеспечения электричеством критически важных потребителей не подходят алюминиевые шинопроводы. Уже при температуре от 200о C потеря прочности алюминиевых шин может приводить к нарушению контакта в болтовых соединениях.
- При устройстве огнезадерживающих проходов надо учитывать внутреннюю структуру закрытых шинопроводов, т.к. наличие пустот (или их образование вследствие выгорания материалов) внутри короба шинопровода могут превратить короб в зону тяги, существенно снижающую эффективность огнезедерживающего прохода. Лучшим решением является использование шинопроводов, для которых их производитель предусмотрел специальные секции, заполненные негорючим изолирующим материалом.
- Время достижения предельных значений по огнестойкости огнезадерживающего прохода по ГОСТ Р 53310 2009 и время достижения предельного состояния по ГОСТ 30247.0-94 — существенно разные параметры. Так, время огнестойкости прохода по ГОСТ Р 53310-2009 может составлять несколько часов для алюминиевых шинопроводов. Сам же шинопровод разрушится в охваченном огнём помещении в течение десятков минут.
- При устройстве проходов необходимо учитывать возможность смещения шинопровода в ходе эксплуатации и при огневом воздействии относительно других строительных конструкций вследствие температурных деформаций и (или) использования пружинных подвесов.
- Требованиями Технического регламента Таможенного Союза № 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» сертификация шинопроводов является обязательной. Для соответствия этому регламенту шинопровод в настоящее время должен пройти испытания по ГОСТ Р 51321.1-2007 «Устройства комплектные низковольтные распределения и управления», тождественной копии IEC 60439-1.
- На смену IEC 60439-1 в Европе введён IEC 61439, Часть 6 которого предусматривает более широкие испытания шинопроводов, чем предыдущий стандарт. Возможно разработчикам, проектировщикам и поставщикам шинопроводов уже сейчас следует ориентироваться на IEC 61439-6. При этом им следует быть готовыми к тому, что при применении шинопроводов в специальных условиях (например, высотные здания с пожарными отсеками) и для электроснабжения систем противопожарной защиты придётся провести дополнительные испытания по методикам, согласованными с заказчиком.
Источник: © Шинопровод.ру
