Алюминиевая шина

Надежный путь для электрического тока. И не только…

У слова «шина» немало значений. В эпоху всеобщей автомобилизации каждому известно, что шина - это выполненная из прорезиненной ткани часть автомобильного (мотоциклетного, велосипедного и проч.) колеса, служащая для уменьшения вибрации транспортного средства и его лучшего сцепления с дорогой. Кстати, такая шина была изобретена более полутора веков назад, когда автомобилей не было еще и в помине!

Некоторым пришлось узнать, что шина - это приспособление для обездвиживания поврежденных частей тела.

«Шина» - электротехнический термин. Так называют проводник с низким сопротивлением, используемый для подсоединения отдельных электрических цепей.

А еще слово «шина» употребляют в металлургии. В «ГОСТ 25501-82 Заготовки и полуфабрикаты из цветных металлов и сплавов. Термины и определения» шиной называют изготавливаемый прессованием или волочением пруток прямоугольного сечения, применяемый в электротехнике в качестве проводника тока.

Два последних значения слова «шина» и послужили поводом для появления этой статьи.

Алюминиевые шины в электротехнике

Нормативно-технические документы определяют электротехническую шину как проводник с низким сопротивлением, к которому могут быть присоединены несколько электрических цепей. При этом подчеркивается, что термин «шина» не предполагает геометрическую форму, габариты или размеры проводника. Такое примечание, например, содержится в принятом совсем недавно «ГОСТ IEC 61439-1-2013 Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Общие требования».

Но форма у шин, конечно, есть. И она может быть разной: шины - коробчатые, трубчатые и т. д. Распространенная форма поперечного сечения шины - прямоугольник. Плоские шины – а именно так называют шины с поперечным сечением в виде прямоугольника – используют для монтажа магистральных и распределительных шинопроводов, электрораспределительных устройств и шинных сборок.

В магистральных шинопроводах, служащих для передачи электрической энергии от источника к месту распределения, плоские шины обычно устанавливаются на ребро. Такое расположение создает лучшие условия для их охлаждения и стыковки: одноболтовой сжим для разъемных соединений или сварка в один прием всех стыкуемых шин – для неразъемных.

Распределительные шинопроводы наряду c кабелями получили широкое распространение в сетях внутреннего электроснабжения.

К сборным шинам распределительных устройств поступает электроэнергия от генераторов станции (или трансформаторов подстанции); к ним же присоединяются все отходящие линии.

Преимущество плоских шин - эффективный отвод тепла. При одинаковых площадях сечения у прямоугольной шины поверхность охлаждения больше, чем у круглой.

... и в других отраслях

Шина электротехническая алюминиевая отличается высокой электропроводностью. Но это не единственное ее достоинство, а электротехника – не единственная область применения. Даже освободившись от прилагательного «электротехническая», алюминиевая шина остается востребованной.

Алюминиевая шина обладает полным набором свойственных алюминиевым полуфабрикатам полезных функций и прекрасным внешним видом. Ее функциональность определяют высокая коррозионная устойчивость, долгий срок службы, хорошая теплопроводность, технологичность, оптимальные магнитные свойства (в отсутствии магнитного поля алюминий немагнитен) и, пожалуй, самая сильная сторона этого металла - небольшой вес (плотность алюминия - 2,7-2,8 г/см3) при достойных механических свойствах.

Декоративные качества алюминиевой шины включают высокий коэффициент светоотражения, широкую цветовую гамму, разнообразные варианты отделки поверхности: анодирование, оксидирование, лакокрасочные покрытия, включая порошковые. И весь этот набор положительных качеств еще больше выигрывает на фоне довольно низкой стоимости алюминиевых шин.

Алюминиевые шины применяются как упаковочный материал. В т. ч., в пищевой промышленности, ведь алюминий - в особенности первичный и технический - абсолютно нетоксичный металл.

В машиностроении из алюминиевых шин изготавливают элементы отделки самолетов и автомобилей, фурнитуру различного назначения, каркасы электробытовых приборов.

В строительстве алюминиевые шины используют в отделке интерьеров (подвесные потолки, перегородки), при устройстве фасадов и инженерных коммуникаций (для герметизации швов труб и воздуховодов), в конструкциях наружной рекламы.

Алюминий, медь, сталь. Или несколько слов о технологической конкуренции металлов

К металлу, используемому для изготовления шин, предъявляется комплекс разнообразных требований.

Во-первых, он должен обладать высокой электрической проводимостью. Очень важна прочность, ведь конструкция шинопровода является самонесущей, а ее жесткость определяют главным образом шины.

Металл для шин не имеет права быть неустойчивым к действию порой весьма агрессивных компонентов окружающей среды. И, конечно, должен иметь небольшую массу и приемлемую стоимость.

Естественный отбор по вышеперечисленным критериям выдержали три металла: алюминий, медь и сталь. Медь выделяется самой высокой проводимостью. Допустимая нагрузка на плоские медные шины на несколько десятков процентов выше, чем на алюминиевые шины такого же сечения, не говоря уже о стальных.

Высокую проводимость меди можно проиллюстрировать на следующих примерах.

Шина алюминиевая 50х5 имеет активное сопротивление при постоянном токе 0,142 мОм/м (или Ом/км) и 0,162 мОм/м – при переменном. Показатели плоской медной шины с такими же размерами поперечного сечения – 0,087 и 0,106 мОм/м. Шина алюминиевая 100х10: активное сопротивление при постоянном токе – 0,0357, при переменном – 0,0462 мОм/м; медная таких же размеров: 0,02 и 0,03 мОм/м соответственно.

Шинопровод из медных шин обеспечит высокую стойкость к токам короткого замыкания, позволит минимизировать потери энергии при передаче.

Свои козыри есть у стали – прекрасные механические свойства и низкая цена.

Алюминий - самый легкий в тройке металлов-конкурентов. А это значит, что проводимость на единицу массы у плоских алюминиевых шин в два раза выше, чем у аналогичных медных. И пусть удельное сопротивление алюминия в полтора раза больше, чем меди, зато он в три раза легче. Поэтому использование алюминиевых шин дает существенный выигрыш и в массе, и в стоимости.

Еще одно важное качество алюминия - коррозионная устойчивость. Алюминиевая шина не боится влажности, переносит длительный контакт с паром, может использоваться в условиях резких колебаний температур. Поэтому алюминиевые шины полностью уместны на химических предприятиях, в воздухе которых присутствуют коррозионно-активные вещества.

За алюминий «голосует» и его технологичность – он легко поддается обработке, в т. ч. резке и сварке.

В определении результатов технологического противостояния алюминия и меди свое слово сказали глобальные тенденции развития мировой экономики. Алюминия в мире производится примерно в два с половиной раза больше, чем меди. Его стоимость растет медленнее. Во многом потому, что сырьевая база для производства алюминия неуклонно расширяется, а медной руды начинает не хватать.

Поэтому использование медных шин оправданно для особо ответственных объектов при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Что касается стали, то, превосходя алюминий в «абсолютном первенстве», в отдельной дисциплине под названием «шины электротехнические» составить ему реальную конкуренцию она не способна. Стальные шины применяются в маломощных электроустановках с рабочим током до 200-300 А.

В результате лавры победителя оказалась у алюминия, и сегодня большинство шин в электротехнике изготавливают из алюминия и алюминиевых сплавов.

Несмотря на «сложные» конкурентные взаимоотношения меди и алюминия, им порой приходится объединять свои усилия в самом прямом смысле слова.

Медно-алюминиевые шины (в данном случае лучше сказать – пластины) применяют для изготовления контактов плоских алюминиевых шин с медными стержневыми выводами аппаратов при больших токах и в помещениях, воздух которых содержит большое количество влаги и химически активных газов.

Следуя нормативам. Размеры и масса алюминиевых шин

Шины алюминиевые электротехнические изготавливают в соответствии с различными нормативными документами:

  • «ГОСТ 8617-91. Профили прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия» (в этом стандарте предусмотрено в том числе производство профилей электротехнического назначения);
  • «ГОСТ 15176-89. Шины прессованные электротехнического назначения из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия»;
  • «ТУ 1-5-009-80. Шины электротехнические из алюминиевых сплавов».

Еще есть «ТУ 16.705.002-77. Шины алюминиевые прямоугольные. Технические условия», регламентирующие производство алюминиевых шин прямоугольного сечения марки ШАТ из твердой алюминиевой проволоки.

Сечение алюминиевых шин варьируется в широких пределах. Площадь поперечного сечения прессованных шин составляет от 0,29 см2 (толщина - 3,0 мм, высота - 10,0 мм) до 359,95 см2 (толщина - 70,0 мм, высота - 515,0 мм). Ширина находится в диапазоне от 10 до 515 мм, толщина - от 3 до 110 мм. Шины из алюминия марок А7, АД00 изготавливают толщиной не более 10 мм и шириной до 174 мм.

Предусмотрено скругление углов поперечного сечения.

Шины поставляют немерной, мерной или кратной мерной длины. При площади поперечного сечения до 0,8 см2 их длина составляет от 3 до 6 м; площади от 0,8 до 1,5 см2 - от 3 до 8 м; площади свыше 1,5 см2 - от 3 до 10 м.

Масса одного метра алюминиевых шин начинается от 79 грамм и доходит до 97,5 кг.

Таблица 1 в ГОСТ 15176-89 содержит колонку «Теоретическая масса 1 м, кг», пользуясь которой можно посчитать вес алюминиевой шины любой длины. Зачастую его небесполезно знать перед тем как купить алюминиевую шину.

Алюминий чистый и легированный

В соответствии с ГОСТ 15176-89 шины изготавливают из алюминия марок А5, А5Е, А6, А7, АД00, АД0 и алюминиевого сплава марок АД и АД31Е (о тех же марках алюминия и алюминиевых сплавов говорится в ГОСТ 8617-81).

Хотя первичный и технический алюминий не бывают абсолютно чистыми (в них содержатся десятые доли процента железа и кремния и сотые - титана, меди и цинка), все-таки Al находится в абсолютном большинстве. В А5 его 99,5% (столько же в АД0, но там есть еще магний и марганец). В А6 содержание алюминия составляет минимум 99,6%, в А7 его не менее 99,7% (как и в АД00). Алюминий технический АД не столь «чист» - Al в нем меньше 99%.

Сплав АД31 наряду с 97,25-99,30% алюминия содержит 0,4-0,9% магния, 0,3-0,7% кремния и до 0,5% железа, 0,2% цинка, 0,1% меди и 0,15% титана.

Сплавы системы Al-Mg-Si (а АД31 и АД31Е принадлежат к их числу), обладая высокой общей коррозионной стойкостью, могут работать в обычных атмосферных условиях без специальной защиты; они не склонны к коррозии под напряжением, а коррозионная стойкость сварного шва у них такая же, как у основного материала.

Сплавы АД31 и АД31Е сохраняют свои свойства в условиях низких температур. Они обладают повышенной пластичностью; обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состоянии; высоко технологичны при обработке давлением, допуская высокие скорости прессования; удовлетворительно соединяются точечной, шовной и аргонодуговой сваркой.

Сплав АД31Е обладает гарантированными электрическими характеристиками, его электрическая проводимость близка к проводимости технического алюминия. Присущее сплавам АД31 и АД31Е сочетание прочности и высокой электропроводности уникально и не свойственно сплавам с высокой степенью легирования.

Для производства шин чаще всего используются чистый алюминий с минимальным количеством примесей АД0 («мягкие» шины) и сплав АД31E («твердые» шины, например, шина алюминиевая АД31E). Твердость АД31 примерно в четыре раза выше, чем АД0. Зато АД0 пластичнее.

Алюминиевые шины: термообработка помогает стать лучше

Для повышения прочностных качеств алюминиевые шины подвергают различным видам термообработки. От того, какая это термообработка, во многом зависят механические свойства алюминиевой шины. Шина алюминиевая АД31Т (металл закаленный и естественно состаренный) имеет временное сопротивление разрыву примерно в полтора раза, а предел текучести – в два с половиной раза меньше, чем закаленная и искусственно состаренная шина АД31Т1.

По состоянию материала алюминиевые шины классифицируются следующим образом:

  • без термической обработки (дополнительных знаков нет);
  • закаленные и естественно состаренные (Т);
  • закаленные и искусственно состаренные (Т1);
  • неполностью закаленные и искусственно состаренные (Т5).

По виду прочности алюминиевые шины делятся на шины нормальной прочности (не содержат в своем обозначении дополнительных знаков) и повышенной прочности (обозначаются ПП).

Алюминиевые шины в «металлургическом контексте»

Говоря об алюминиевой шине, небесполезно уточнить ее «взаимоотношения» с двумя другими совсем «не чужими» ей алюминиевыми полуфабрикатами – лентой и полосой. Об очевидном родстве шины, ленты и полосы свидетельствует многое. В т. ч. и тот факт, что многие поставщики в своих прайс-листах попросту объединяют полосу с шиной. А в некоторых учебных пособиях и технических руководствах после словосочетания «алюминиевая шина» в скобках пишут «лента».

В бытовом «неспециальном» понимании, нашедшем отражение в толковых словарях, близость полосы и ленты очевидна. Например, в словаре С. И. Ожегова лента - это длинная узкая полоса из какого-нибудь материала.

Очевидно, что производство алюминиевых полос и лент регламентируется конкретными нормативно-техническими документами, но в статье об алюминиевых шинах можно обойтись без их упоминания, еще раз обратившись к ГОСТ 25501-82, в котором даны определения не только шине, но также ленте и полосе.

Из этих определений следует, что и лента, и полоса из любого цветного металла являются изготовляемыми прокаткой полуфабрикатами прямоугольного сечения толщиной свыше 0,1 мм. Но есть нюансы: ленту можно получать еще и электролитическим способом, а полосу - разрезкой листов и лент. Кроме того, для полосы более четко прописаны геометрические параметры, - отношение длины к ширине должно быть не менее пяти к одному.

Алюминиевые шины поставляют в бухтах (шины без термической обработки толщиной до 12 мм включительно), катушках или в пучках массой до 300 кг.

Обозначение алюминиевой шины включает следующие параметры: название изделия – «Шина», марку алюминия или алюминиевого сплава, если это необходимо – информацию о термической обработке и виде прочности, размер сечения (толщину и ширину), длину, вид поставки, наименование нормативного документа.

Например: Шина АД31Т1 10х100х6000 или Шина АД0 5х60 БТ ГОСТ 15176.

Алюминиевые шины по праву относятся к наиболее впечатляющим примерам огромных возможностей алюминия. А еще это иллюстрация удивительного универсализма, когда один вид изделий способен в полной мере удовлетворять самым разным требованиям самых разных областей технологий.

Специальное предложение
Прайс-лист АЛЮМИНИЕВЫЙ ПРОКАТ

Все прайсы

Сварка
Резка в размер
Доставка

Подбор сплава (On-line)
Расчёт веса (On-line)

Телефоны:
+7 (812) 600-70-90
+7 (812) 448-61-50

ICQ:
274820654

Сайт ООО "Алюарт"