Введение

В системах распределения электроэнергии шина (также токопроводящая шина) — это металлический стержень или полоса, обычно размещаемый внутри коммутационного оборудования, щитовых панелей и шинопроводов для локального распределения больших токов. Они также используются для подключения высоковольтного оборудования на электрических подстанциях и низковольтного оборудования в аккумуляторных батареях. Как правило, они не имеют изоляции и обладают достаточной жесткостью, чтобы удерживаться в воздухе на изолирующих опорах. Эти особенности обеспечивают эффективное охлаждение проводников и возможность подключения в различных точках без необходимости создания новых соединений.

Конструкция и расположение

Состав материала и размер поперечного сечения шины определяют максимальный ток, который она может безопасно проводить. Площадь поперечного сечения шины может быть столь мала, как , но на электрических подстанциях могут использоваться металлические трубы диаметром и более в качестве шин. Алюминиевые плавильные заводы используют очень большие шины для передачи десятков тысяч ампер в электрохимические ячейки, производящие алюминий из расплавленных солей. Шины производятся различных форм, включая плоские полосы, цельные стержни и прутки, и обычно изготавливаются из меди, латуни или алюминия в виде цельных или полых труб. Некоторые из этих форм позволяют более эффективно рассеивать тепло благодаря высокому отношению площади поверхности к площади поперечного сечения. Эффект скин-эффекта делает шины переменного тока частотой 50–60 Гц неэффективными при толщине более , поэтому полые или плоские формы широко используются в приложениях с высоким током. Полая секция также обладает большей жесткостью, чем цельный стержень с аналогической пропускной способностью, что позволяет увеличить расстояние между опорами шин на открытых электрических распределительных устройствах. Шина должна быть достаточно жесткой, чтобы выдерживать собственный вес, а также силы, возникающие из-за механических вибраций и, возможно, землетрясений, а также накопленные осадки при эксплуатации на открытом воздухе. Кроме того, необходимо учитывать тепловое расширение, вызванное изменениями температуры, обусловленными омическим нагревом и колебаниями температуры окружающей среды, а также магнитные силы, возникающие при больших токах. Для решения этих проблем были разработаны гибкие шины, как правило, представляющие собой сэндвич из тонких проводящих слоев. Для их установки требуется несущий каркас или шкаф. Распределительные щиты разделяют электропитание на отдельные цепи в одном месте. Шинопроводы, или кабельные лотки, представляют собой длинные шины с защитными кожухами. Вместо ответвлений от основной линии электропитания в одном месте они позволяют подключать новые цепи в любом месте вдоль шинопровода. Шина может быть установлена на изоляторах или покрыта изоляцией. Она защищена от случайного контакта либо металлическим заземленным корпусом, либо размещением вне досягаемости. Изолированные шины используются в шинопроводах, соответствующих стандартам UL 857. Нейтральные шины также могут быть изолированы, поскольку не гарантируется, что потенциал между нейтралью и защитным заземлением всегда равен нулю. Заземляющие (защитные) шины обычно неизолированы и прикреплены непосредственно к металлическому шасси их корпуса. Они могут быть заключены в металлический корпус в виде шинопровода, раздельной фазной шины или изолированной фазной шины. Шины могут быть соединены друг с другом и с электрооборудованием болтовым соединением, зажимами или сваркой. Соединения между секциями шин с высоким током часто имеют прецизионно обработанные сопрягаемые поверхности, покрытые серебром для снижения сопротивления контакта. При сверхвысоких напряжениях (более 300 кВ) на открытых шинах коронный разряд вокруг соединений становится источником радиочастотных помех и потерь мощности, поэтому используются специальные соединительные фитинги, предназначенные для этих напряжений.