При проектировании зданий и сооружений промышленного, социального, культурного или иного назначения по определению возникает задача обеспечения электроэнергией большого количества потребителей - станков, технологических линий, лифтов, кондиционеров, систем пожаротушения и пожарной сигнализации.

Для этого можно использовать классические кабели или шинную систему. Создание системы электроснабжения - сложная и ответственная задача. Проектировщик должен учесть множество факторов - мощность, возможность расширения, электробезопасность, огнестойкость и пожаробезопасность источника питания, общую стоимость владения и т. д. Во многих (если не в большинстве) случаев шинные системы предпочтительнее кабельных. Давайте сначала сравним кабельные и шинные системы, а затем рассмотрим пожаробезопасность и огнестойкость шинных систем.

Что такое шина

В "Правилах устройства электроустановок" термин "шинопровод" определяется следующим образом:

"В зависимости от типа проводников токопроводы делятся на гибкие (при использовании проводов) и жесткие (при использовании жестких шин).

Заводской жесткий проводник до 1 кВ, поставляемый в виде готовых секций, называется шинопроводом.

В зависимости от назначения шинные системы подразделяются на:

- Магистральные шины, предназначенные в основном для подключения распределительных шин и силовых распределительных пунктов, распределительных щитов и отдельных мощных электропотребителей;

- распределительные, предназначенные в основном для подключения к ним потребителей электроэнергии;

- тележка троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус троллейбус;

- освещения, предназначенные для питания светильников и маломощных электроприборов".

(Цитируется по 7-му изданию Правил устройства электроустановок. Глава 2.2, п. 2.2.3).

Шинные каналы: преимущества перед кабелями

При создании систем распределения электроэнергии на объекте шинные сборки имеют ряд неоспоримых преимуществ. Основные из них перечислены в таблице 1.

Таблица 1. Преимущества сборных шин.

№	Параметр	Описание параметров шинопровода (BC) жгута проводов (CW)
1.	Полная сметная стоимость	Стоимость материалов, строительных, монтажных и пусконаладочных работ для CPS не превышает сметную стоимость CR. В некоторых случаях она ниже, так как использование CPS сокращает время ввода объекта в эксплуатацию
2.	Форм-фактор	Прямоугольные изолированные шины в защитном коробе компактны и занимают меньше места при той же нагрузке. Объем изоляционных материалов для шин на 20-30 % меньше, чем для кабелей при той же предельной нагрузке. Экономия объема особенно заметна для распределительных систем с нагрузкой в тысячи ампер. Выпускаются также шинные сборки, в которых не используются пластмассовые изоляционные материалы. Пластины таких шин разделены воздушными зазорами и скреплены между собой огнестойкими изоляторами
3.	Рассеивание тепла	Шины лучше отводят тепло на защиту. Охлаждение более эффективно, чем у CR.
4.	Модульность	ПО "собирается" из стандартных элементов с четко описанным назначением и характеристиками. Упрощается автоматизированное проектирование. Снижаются трудозатраты на проектирование. Снижается вероятность ошибок из-за недосмотра при проектировании. Модульность упрощает расширение и модернизацию систем ПО.
5.	Время установки	Благодаря модульности, стандартизации рабочих операций и подробным технологическим картам время установки SW заметно меньше, чем у аналогичной системы CR.
6.	Количество лотков, панелей	Потребность в кабельных лотках, распределительных щитах, выключателях и других аксессуарах для шинопроводов меньше, чем для РШ. Это связано с тем, что потребители могут подключаться к шинам непосредственно через ответвительные коробки. Качество монтажа ответвительных коробок практически не зависит от квалификации монтажника
7.	Экстренные условия	Шины более устойчивы к токам короткого замыкания, так как нагрев шин большого сечения до момента отключения автоматического выключателя ниже, чем у кабельной проводки при тех же нагрузках
8.	Электромагнитное излучение	ЭМИ шин заметно ниже, чем у кабелей, - шины экранированы защитными кожухами. Это позволяет размещать лотки с медными высокочастотными кабелями передачи данных ближе к шинопроводу без риска потери связи в компьютерных системах
9.	Активное и реактивное сопротивление	В шинных системах эти значения ниже благодаря сечению проводников и форме их сечения. Таким образом, шинная система снижает потери активной энергии и ограничивает рост реактивной. Потери напряжения (снижение КПД линии) на шинах ниже, чем на кабелях той же длины, при прочих равных условиях
10.	Длина фазных кабелей	В РЦ с высокой токопроводящей способностью для создания фазной линии часто используется несколько кабелей, возможно, разной длины и проложенных по разным маршрутам. В РЦ не используются проводники разной длины. Параметры активного и реактивного сопротивления строго нормированы. Это упрощает расчет электрофизических параметров шинопровода и позволяет максимально равномерно распределить нагрузку по фазам
11.	Грызуны	В отличие от кабелей, которые часто становятся жертвами крыс и мышей, шинные системы им не страшны
12.	Общая стоимость владения	Модульная конструкция РС снижает затраты на ее адаптацию к изменениям в расположении, количестве и мощности потребителей. РП является "консервативной" системой. РП обладают высокой степенью электробезопасности. Распределительная линия позволяет подключать новых потребителей или перемещать существующих без отключения остальных. Использование стандартных элементов системы BDC упрощает их ремонт и замену. В результате ССВ для BDC ниже.

Вышесказанное позволяет сделать вывод, что повсеместная замена кабельных систем электроснабжения объектов на шинные - вопрос времени.

Шинопроводы: пожарная опасность и пределы огнестойкости

Пожарная опасность шин и кабелей возникает, если материалы, используемые для их изготовления, поддерживают горение и (или) выделяют токсичные газы и дым при температуре возгорания.

Вопросы пожарной опасности электрических и оптических кабелей хорошо проработаны. Для них определены классы пожарной опасности (ГОСТ Р 53315-2009. Кабельная продукция. Требования пожарной безопасности):

Таблица 2. Показатели и классы пожарной опасности кабельной продукции.

Индекс пожарной опасности	Класс пожарной опасности
Предел распространения пламени для одного кабельного изделия	ПРГО 1 - ПРГО 2
Предел распространения горения кабельной продукции при групповой прокладке	PRGP 1 - PRGP4
Предел огнестойкости кабельной продукции в условиях воздействия пламени	PO 1 - PO 8
Показатель коррозионной активности продуктов дымо- и газовыделения при горении и тлении полимерных материалов кабельной продукции	SCC 1
Индекс токсичности продуктов сгорания полимерных материалов кабельной продукции	ПТПМ 1 - ПТПМ 4
Скорость образования дыма при горении и тлении кабельной продукции	PD 1 - PD 4

Этот же ГОСТ содержит состав и значения параметров, позволяющих отнести кабель к определенным классам пожарной опасности, а также ссылки на ГОСТ, определяющие методы испытаний. В зависимости от типов объектов определяются классы пожарной опасности кабелей, которые могут использоваться на этих объектах.

С некоторой натяжкой можно применить к системам шин рейтинги и классы пожарной опасности, особенно если речь идет о материалах.

Что касается "распространения горения" и "огнестойкости", то для SHP необходимы свои собственные виды испытаний. Интересная ситуация возникает с огнестойкостью кабелей. Кабель - это двойственное образование. С одной стороны, это проводник сигналов, электрических или оптических, с другой - элемент конструкции здания, являющийся частью кабельной трассы.

Метод испытания на огнестойкость с определением времени, в течение которого кабель выполняет свои функции, т.е. передает сигналы, определен ГОСТ Р МЭК 60331-11-2003. В этом случае температура испытания составляет не менее 750 °C.

Одновременно проводится испытание "огнестойкости кабельной линии" в соответствии с ГОСТ Р 53316 - 2009 и ГОСТ 30247.0. В таблице 3 показан рост температуры в зависимости от времени при этих испытаниях.

Таблица 3: График повышения температуры в камере для огневых испытаний в соответствии с ГОСТ 30247.

T, мин	Допустимое значение отклонения H, %
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

Однако никаких измерений, подтверждающих способность кабелей в лотке выполнять свою прямую функцию - проводить сигналы, не представлено.

Вернемся к шинам. Другим стандартом, определяющим термин "система шин", является ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1:2004):

"Система, шина, низковольтный комплектный блок (НКУ) может состоять из следующих элементов:

• прямые участки с узлами разветвления или без них;
• участки для изменения фазового положения, разветвления, поворота, а также вводные и переходные участки; - участки разветвления".

Предлагается проводить испытания на пожарную безопасность КРУ и ОРУ по ГОСТ 27483 "Испытания на пожарную опасность. Методы испытаний. Испытания нагретой проволокой" и ГОСТ 28779-90 "Материалы твердые электроизоляционные. Методы определения горючести при воздействии источника зажигания".

В связи с тем, что шинопровод является одновременно токопроводом и строительной конструкцией, необходимо также проводить испытания в соответствии с ГОСТ Р 53316 - 2009 и ГОСТ 30247.0.

Оказывается, шинопроводы формально не требуют испытаний на огнестойкость для проверки температурных и временных пределов, в которых они сохраняют свое главное свойство - проводить электрический ток.

На самом деле такой подход таит в себе определенные опасности. Например, по нормативам любое высотное здание должно быть разделено на пожарные отсеки, каждый из которых объединяет несколько этажей. Потребители отсека питаются от установленного на нем распределительного щита, который, в свою очередь, питается от главного щита.

Общепризнанно, что наилучшим решением для связи между помещениями управления и помещениями управления отсеков являются шины. Однако огнестойкость шинопроводов (не физическая, а функциональная) до сих пор не установлена. Функциональный отказ шинопроводов в результате пожара может иметь фатальные последствия, так как перестанут работать лифты, в том числе пожарные, системы дымоудаления, водоснабжения, освещения, подачи воздуха и другие системы пожарной безопасности.

В настоящее время на смену ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1:2004) приходит ГОСТ Р МЭК 61439, аналог стандарта МЭК 61439, действующего в Европе. На данный момент он частично внедрен в России, рисунок 1. Часть 6 этого стандарта, МЭК 61439-6, посвященная системам сборных шин, в России пока не действует. Судя по предварительным данным, при определении требований к огнестойкости шин стандарт ссылается на ISO 834, идентичной копией которого является ГОСТ 30247.0-94.

Рисунок 1. ГОСТ Р IEC 61439. Руководство по проектированию низковольтных комплектных устройств

Большинство европейских производителей шин при сертификации шинных сборок ориентируются на стандарт IEC 61439-6.

Требования пожарной безопасности к шинным проходам

ГОСТ Р 53310-2009 "Кабельные проходки, герметичные вводы и проходы в шинах. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний на огнестойкость" устанавливает порядок проведения испытаний при прохождении шинопровода через строительные конструкции с нормируемым пределом огнестойкости. В этом случае, в соответствии с Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности, "...должны быть предусмотрены кабельные проходки с пределом огнестойкости не ниже предела огнестойкости этих конструкций" (глава 19, статья 82, пункт 7).

Кабель шинопровода должен быть закрыт огнестойкой конструкцией, которая предотвратит распространение огня в месте прохода. Огнестойкая конструкция обычно представляет собой кожух из силикатных плит или минеральной ваты. Для проведения испытаний шинопровод встраивается в стенку огнестойкой камеры, в которой с одной стороны стенки повышается температура в соответствии с ГОСТ 30247.0-94 (табл. 2), а с другой стороны стенки с помощью термопар измеряется температура нагрева материала заделки и корпуса шинопровода. Прохождение испытаний в соответствии с настоящим стандартом является добровольным.

Проектирование шинопроводов и устройство пожаробезопасных переходов между помещениями

Шинопроводы могут быть выполнены в виде неизолированных пластин, прикрепленных к несущим конструкциям через изоляторы. В этом случае они должны располагаться в соответствии с правилами ПУЭ в недоступном для персонала месте (например, на высоте не менее 3,5 м над уровнем пола); шинопроводы могут быть выполнены в виде изолированных по всей длине пластин, помещенных в защитные короба из стали, алюминия или других материалов, рисунок 2.

Рисунок 2: Секция сборных шин с изолированными проводниками в защитной коробке

Независимо от конструкции, для создания огнестойкого прохода через строительную конструкцию требуются секции, заполненные негорючим изоляционным материалом, предпочтительно расширяющимся при нагревании. Внутреннее заполнение секции может быть выполнено в ходе монтажных работ, но лучшим решением будет использование секций, специально разработанных производителем для создания огнестойких проходов.

Снаружи секция отделена от краев проема в строительной конструкции негорючими огнестойкими матами или тканью. Огнезащитный барьер с внутренним заполнением секций предотвращает превращение ее в трубу, создающую сквозняк. Для создания огнестойких проходов необходимо использовать растворы, сертифицированные в соответствии с ГОСТ Р 53310-2009.

Пример. Секция с противопожарной преградой для алюминиевого шинопровода представляет собой прямую секцию длиной 1500 мм. Внутренняя полость секции частично заполнена негорючим теплорасширяющимся материалом, что препятствует распространению дыма, горячих газов и пламени в соседние помещения в случае пожара. Огнестойкость секции составляет 1 или 3 часа в зависимости от размера и степени огнезащиты прохода. Это огнестойкость втулок, а не всей системы шинопровода.

При испытании алюминиевого шинопровода по ГОСТ 30247.0 время, за которое он разрушится, значительно сокращается.

Теперь перейдем к рассмотрению огнестойкости самих шин.

Особенности шинных систем с точки зрения огнестойкости

Особенности алюминиевых шинных систем

Температура плавления алюминия составляет около 660 °C. Удельное электрическое сопротивление ом ● мм /м составляет 0,028. Алюминиевые пластины для шин изготавливаются из достаточно чистого алюминия. Чистый алюминий - мягкий и нестабильный металл. Он имеет низкий предел текучести (даже для сплавов не превышает 12 кгс/мм) и предел ползучести: при 20○C - 5 кгс/мм, а при 200○C - 0,7 кгс/мм. Это ограничивает применение алюминия по допустимым нагрузкам.

Так, использование алюминиевых шинопроводов для высотных зданий или питания пожарных лифтов может привести к выходу из строя линий электропередач за 10-15 минут во время пожара.

В статье Изменение физико-механических свойств алюминия под влиянием температуры читаем:

"...При соединении алюминиевых шин болтами, при определенном давлении и температуре контакт может ослабнуть в месте соединения, последнее обстоятельство может привести к разрушению электрооборудования..... Пределом (температурой) нагрева, выше которого алюминиевая шина начинает подвергаться пластической деформации, ...следует считать температуру 200 °С, так как при этой температуре пластическая деформация алюминия начинается при давлениях около 200 кгс/см2, т. е. при удельных давлениях, соответствующих обычно принимаемым для алюминиевых контактов. ...99% холоднодеформированной алюминиевой проволоки (марки А5) полностью деформировалась всего за 0,6 с при 440° С. Потеря прочности (начало рекристаллизации) в сильно деформированной алюминиевой проволоке при очень кратковременных (0,1, 0,3, 1,0 и 10 с) токах короткого замыкания лежит в интервале температур 160-180° С. При выдержке в течение 1000 ч при 80° С прочностные свойства алюминиевой проволоки значительно снизились: предел прочности при растяжении уменьшился с 20 до 15 кгс/мм".

Можно сделать вывод, что использование алюминиевых шин в линиях электропитания противопожарных систем крайне рискованно. Даже при наличии огнезащитных кожухов и оболочек существует высокая вероятность нагрева токопроводящих пластин шин с последующим нарушением электрических цепей.

Очевидно, что при использовании алюминиевых шин в критических зонах необходимы полномасштабные испытания в условиях, максимально приближенных к "боевым".

Особенности медных шин

Температура плавления меди составляет около 1100 °C.

Медь имеет самое низкое удельное сопротивление среди всех неблагородных металлов - -0,017 Ом ● мм /м, то есть в 1,65 раза меньше, чем у алюминия. Медь - один из самых распространенных металлов, используемых в качестве проводников электричества. Провода и шины из меди выдерживают длительные электрические нагрузки, отличаются долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет им без проблем работать длительное время в нагретом состоянии.

При температуре 500° C 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 испытания.

При создании медных шин с высокой огнестойкостью необходимо обратить внимание на защитные короба, в которые помещаются медные шины. Часто они изготавливаются из алюминия или магниево-алюминиевых сплавов. В этом случае коробка может расплавиться раньше шин, что приведет к короткому замыканию и нарушению электроснабжения.

Особенности стальных шин

Температура плавления стали 1300 - 1500O C. Удельное электрическое сопротивление составляет 0,1 Ом ● мм /м, т.е. в 5,9 раза выше, чем у меди, и в 3,6 раза выше, чем у алюминия.

Первые шинопроводы были выполнены в виде стальных шин, помещенных в стальной ящик. В настоящее время стальные шины используются редко. Толщина стальных шин обычно не превышает 6 мм. При тех же характеристиках изоляционных материалов для разделения шин и предотвращения их контакта с коробкой или крепежом стальные шины (или стальные шины в стальной коробке) будут наиболее пожаростойким решением.

Выводы

Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы:

1. До настоящего времени в Российской Федерации отсутствуют стандарты комплексных испытаний шинопроводов на пожарную безопасность и огнестойкость. Основное назначение шинопровода - снабжение потребителей электроэнергией. ГОСТов "прямого действия", определяющих правила измерения интервала времени, в течение которого шинопровод сохраняет способность выполнять эту основную функцию в условиях пожара, не существует.
2. С некоторой натяжкой стандарты, изначально разработанные для кабелей и кабельных лотков, могут быть применены к шинным сборкам.
3. Двойная" природа шинопровода - электротехническое изделие с одной стороны и строительная конструкция с другой - приводит к тому, что температурные режимы испытаний значительно отличаются. При испытании шинопроводов в качестве строительной конструкции измерение их электрических свойств не предусматривается.
4. Введение ГОСТ 61439-6 (61439-6 IEC:2012), исходя из имеющейся информации, не изменит ситуацию, поскольку в части огнестойкости шин он по-прежнему ссылается на стандарт ISO 834 "Элементы строительных конструкций - Часть 1: Общие требования", известный в Российской Федерации как ГОСТ 30247, который не предполагает никаких измерений электрических параметров при огневых испытаниях.
5. При проектировании шинопровода объекта рекомендуется выделить ту его часть, которая будет обслуживать системы, связанные с пожарной безопасностью. Для этой части следует использовать огнестойкие решения.
6. Алюминиевые шины не подходят для электроснабжения ответственных потребителей. Уже при температурах выше 200°C потеря прочности алюминиевых шин может привести к разрушению контактов в болтовых соединениях.
7. При устройстве огнестойких проходов необходимо учитывать внутреннюю структуру закрытых шинопроводов, так как наличие пустот (или их образование в результате горения материалов) внутри шинопровода может превратить его в зону тяги, что значительно снизит эффективность огнестойкого прохода. Лучшим решением является использование шинопроводов, для которых их производитель предусмотрел специальные секции, заполненные негорючим изоляционным материалом.
8. Время достижения предельных значений огнестойкости огнестойкого прохода по ГОСТ Р 53310-2009 и время достижения предельного состояния по ГОСТ 30247.0-94 - существенно разные параметры. Так, для алюминиевых шин время огнестойкости прохода по ГОСТ Р 53310-2009 может составлять несколько часов. Сам же шинопровод разрушится в охваченном огнем помещении за десятки минут.
9. При устройстве проходов необходимо учитывать возможность смещения шинопровода в процессе эксплуатации и при огневом воздействии относительно других строительных конструкций за счет температурных деформаций и (или) использования пружинных подвесов.
10. В соответствии с требованиями технического регламента Таможенного союза № 004/2011 "О безопасности низковольтного оборудования" сертификация шинопроводов является обязательной. В настоящее время для того, чтобы соответствовать этому регламенту, система сборных шин должна быть испытана в соответствии с ГОСТ Р 51321.1-2007 "Устройства комплектные низковольтные распределительные и устройства управления", являющимся идентичной копией МЭК 60439-1.
11. Стандарт IEC 60439-1 был заменен в Европе на IEC 61439, часть 6 которого предусматривает более обширные испытания шинных сборок, чем предыдущий стандарт. Разработчики, проектировщики и поставщики систем сборных шин, вероятно, уже должны ориентироваться на МЭК 61439-6. Однако они должны быть готовы к тому, что при использовании шинных сборок в особых условиях (например, в высотных зданиях с пожарными отсеками) и при поставке систем противопожарной защиты необходимо будет проводить дополнительные испытания по согласованным с заказчиком методам.

Другие новости по теме

Еще