Медная шина

Медная шина — это разновидность токопроводящего изделия, для которого характерна высокая электропроводимость, а также устойчивость к коррозии. Данный вид проводника используют в качестве связующего элемента в современных энергоустановках, электротехнике и системах энергоснабжения и автоматизации на различных объектах.

Внешне медная шина представляет собой полоску из металла прямоугольного сечения, хотя для различных условий эксплуатации и монтажа производятся различные виды этого проводника.

Медные проводники такого типа получили значительное распространение благодаря своим уникальным свойствам:

• легко сгибается по длине почти до 90º без повреждений и потерь своих эксплуатационных свойств. Это позволяет делать силовые установки компактнее, экономить место. С обычными проводами такого не добиться. Благодаря эластичности материала формовка медных шин может быть довольно сложной, но при этом получается создавать компактные устройства;
• медные шины не разрушаются под действием высокого напряжения (до 1500 В), в отличие от большинства проводников из других металлов;
• удельная проводимость медной шины в 1,6 раз больше, чем у аналога из алюминия, что позволяет использовать проводник меньшего сечения, а также добиться меньших потерь тепля в процессе эксплуатации;
• обладает высокой пластичностью, что упрощает электромонтаж;
• имеет высокую теплопроводность — 401 Вт/м. Этот показатель в два раза больше, нежели у алюминия;
• помимо всего прочего, медь является экологически чистым металлом, кроме того шины можно сдавать на переработку для повторного использования.

Применение шинных магистралей значительно экономит время при проектировании оборудования, а также позволяет сократить время на введение мощных систем в эксплуатацию. При изготовлении современного электрооборудования, его компонентов и электротехнических деталей многие производители отдают свое предпочтение именно медным шинам, а не их аналогам.
Особенности производства

В качестве основного материала для изготовления проводников такого типа применяется чистая медь 99,9%. Менее 0,5% заготовки составляют различного рода добавки. Наличие этих добавок значительно влияет на качество изготовляемой продукции, поэтому состав металла тщательно контролируют. При изготовлении продукции производители используют разные марки меди, среди которых наиболее популярными являются:

• М0б — бескислородная электро-рафинированная медь, имеющая долю примесей 0,03%. Крайне дорогой вид сырья, который используется для изготовления термоустойчивой продукции.
• М1 — чистая медь с долей примесей всего 0,1% материала.
• М2 — медь из вторсырья. Ввиду того что это вторсырье доля примесей здесь довольно высока и составляет 0,3%.

Марка меди определяется выбранным для продукции ГОСТом. Наиболее распространенным сырьем является медь марок М1, так и М2, но при этом медная шина из разных марок будет иметь отличия в характеристиках. Для формирования полуфабрикатов используется технология холодной прокатки меди горячего прессования.

Типовые размеры изделий определяются выбранным ГОСТом. Для разных условий эксплуатации изготавливаются заготовки разного типа пластичности:

• Твердые шины, в которых используется обычная медь, имеют обозначение ШМТ. Сейчас продукция такого типа применяется куда реже, нежели мягкие шины, из-за особенностей монтажа. Данный тип проводника используется в системах и аппаратуре, где требуется обеспечить неподвижный и прочный шинопровод.
• Мягкие шины(ШММ) получили широкое распространение в различных отраслях благодаря тому, что проводник довольно гибкий и его очень просто монтировать. Используются во многих отраслях промышленности.

Отдельным видом проводника является бескислородная (ШМТВ) изготовленная из сплава меди без оксидов. Этот тип медных шин отличается более высокой прочностью при воздействии высоких температур, поэтому даже при значительном нагревании такой проводник практически не теряет своих качеств. Из-за слишком высокой цены такие изделия не пользуются популярностью.

Кроме всего прочего, медные шины могут быть различных форм, что позволяет их применять сугубо на определенных объектах. Сейчас существуют следующие типы проводников:

• Гибкие — применяются в распределительных устройствах.
• Жесткие — наиболее качественная замена кабелей, позволяющая освободить немного места.
• Плетеные — отличаются хорошей гибкостью, благодаря чему их удобно использовать в трансформаторных мостах.
• С изоляцией. Данный вид проводника применяется для систем, которые работают в условиях агрессивной среды. Если система работает с высоким напряжением могут использоваться шины с двумя и тремя слоями изоляции.
• Перфорированные. Имеют меньший вес, благодаря чему их легче монтировать при сборке различного рода сетей и систем.
• Шины круглого сечения. Отличаются большой прочностью, но из-за значительных трудностей при пайке сейчас практически не применяются.

Готовую продукцию могут поставлять в виде полос, или бухтами, если шины малой толщины. Изготовитель медных шин устанавливает гарантийный срок хранения продукции с момента ее производства. Таким образом, срок хранения для ШМТ, ШМТВ — 6 месяцев, ШММ — 12 месяцев. Гарантия действительна при отсутствии нарушений во время транспортировки на время хранения проводников.
Особенности медных шин

Большинство особенностей медных шин обусловлено качествами материала, из которого они изготовлены. Например, медь не подвержена коррозии в условиях минимальной влажности, но может начинаться контактная коррозия при взаимодействии с алюминием или цинком. Другим интересным свойством медной шины является то, что она может окисляться на воздухе, но при этом ее проводимость не меняется, поскольку пленка также проводит ток, хоть и несколько хуже. Медные шины устойчивы к изгибанию и кручению, что позволяет создавать магистрали необходимой формы и при этом экономить место и материалы.
Теперь стоит перейти к главным преимуществам:

• Большая удельная проводимость меди позволяет создавать проводники меньшего сечения, нежели аналоги из других металлов, например, алюминия.
• Медные шины нагреваются медленнее, поэтому не требуется использовать системы охлаждения вместе с ними.
• Легко приобретают нужную форму, благодаря чему значительно упрощается их монтаж. Устанавливаются вместо кабелей, экономят пространство за счет того, что имеют небольшое сечение, при этом способны пропускать такой же ток, что и кабель большего сечения.
• За счет высокой механической прочности с ними проще работать, поскольку они реже нуждаются в ремонте.
• Легко стыкуются с другими медными проводниками без негативных последствий.

Примеси и их влияние на качество проводника
Марки меди и ее типы отличаются не только технологией производства, но и количеством примесей в металле. Для определения состава материала используют разные виды анализов, что позволяет выявить до 22 различных примесей в 99,9% меди. Разные примеси способны как улучшить, так и ухудшить некоторые качества проводника, поэтому требуется знать их точное количество. Определенные примеси негативно отражаются на качестве меди, например, свинец, цинк, а также ряд других легкоплавких примесей. Эти элементы усложняют процесс сварки и пайки при соединении медных шин, поскольку из-за их наличия образуются хрупкие зоны в месте стыка. Это значительно уменьшает срок эксплуатации проводника и подвергает всю систему опасности.

Негативно отражаются на электропроводности фосфор, железо, сурьма, мышьяк, олово. В общем их доля, обычно, не превышает 0,06%, поэтому эффект незначительный.

К вредным примесям относится и кислород, который в небольшом количестве содержится в металле. Его количество в заготовках не превышает 0,08% от массы изделия. При нормальных условиях эксплуатации проводника это никак не влияет на его качества. Однако, при длительном воздействии высоких температур медная шина становится более хрупкой. Если системы или оборудование будут эксплуатироваться в условии высоких температур, рекомендуется приобретать бескислородную медную шину. Бескислородная медь обходится дороже и, в основном, производится только на заказ, но при этом обеспечивает стабильную работу при воздействии высоких температур.

Из полезных примесей стоит упомянуть серебро, его доли в 0,05% достаточно, чтобы повысить ползучесть меди без негативных последствий для полезных качеств материала. При нагревании медь с добавлением серебра лучше держит форму, кроме того, повышается ее температура рекристаллизации.

Изменение количества примесей хотя бы на один процент способно привести к потере или, наоборот, к улучшению электропроводности меди на 3%. Сильно влияет на качество проводника его технология изготовления, и ГОСТ, взятый для создания продукции, из-за чего медь одной марки, но от разных производителей может иметь значительные различия в характеристиках.

Использование на современных предприятиях
Медные шины — это довольно дорогое удовольствие, многие предприятия готовы на такие затраты ради стабильной работы систем энергоснабжения и электротехнических приборов. За счет высокой пропускной способности и большой динамической устойчивости медная шина превосходит алюминиевый аналог поэтому в большинстве случаев, будет лучшим выбором.

Используя качественные медные шины можно создавать простые, надежные, долговечные, экономичные в плане расхода электроэнергии системы и устройства.