При сборке вводно-распределительных устройств (ВРУ), главных распределительных щитов (ГРЩ) и ошиновке силовых трансформаторов в Алматы надежность электрического контакта определяет пожарную безопасность всего здания. Через болтовой стык медных или алюминиевых шин непрерывно протекают токи от сотен до тысяч ампер, вызывая циклический нагрев металла до +70...+90 °C в часы пиковых нагрузок и остывание при спаде энергопотребления.

Главная скрытая угроза электромонтажа кроется в физическом явлении термической ползучести (хладотекучести) цветных металлов. Медь и особенно алюминий под постоянным давлением затянутого стального болта пластически деформируются, уменьшаясь в толщине. При остывании шины в контактном зазоре образуется микроскопический люфт, переходное сопротивление скачкообразно возрастает, и стык начинает раскаляться вплоть до оплавления изоляторов и дугового замыкания.

Использование обычной плоской шайбы DIN 125 или классического пружинного гровера DIN 127 не решает проблему: гровер имеет слишком малое рабочее усилие и при нагреве полностью теряет упругость. Отраслевым стандартом безаварийного болтового соединения токоведущих шин выступают специализированные конические пружинные шайбы по стандарту DIN 6796 (шайбы Бельвиля для тяжелых резьбовых соединений).

Что такое коническая шайба DIN 6796 и принцип ее работы

Коническая пружинная шайба DIN 6796 представляет собой выпуклый тарельчатый диск с центральным отверстием, изготовленный из закаленной пружинной стали марки 60С2А, 65Г или нержавеющей стали. В свободном ненагруженном состоянии шайба имеет форму усеченного конуса с четко рассчитанной высотой подъема.

В отличие от крепежных шайб общего назначения, DIN 6796 проектируется для создания экстремально высокого осевого предварительного натяга при относительно малом ходе упругой деформации. При затяжке болта динамометрическим ключом конус шайбы упруго распрямляется, аккумулируя механическую энергию сжатия.

  • Постоянное контактное давление: шайба работает как мощный пружинный компенсатор, непрерывно прижимая сопрягаемые плоскости шин друг к другу с расчетным усилием в несколько десятков килоньютонов;
  • Компенсация температурного расширения: при нагреве током шины расширяются сильнее стального болта, сжимая шайбу до упора без пластической деформации резьбы;
  • Компенсация усадки и ползучести: при остывании металла шайба упруго приподнимается, мгновенно выбирая образовавшийся зазор и предотвращая ослабление затяжки.

Почему плоские шайбы и гроверы запрещены для ответственной ошиновки

На строительных объектах и в электрощитовых цехах Казахстана монтажники нередко по привычке комплектуют болты обычными пружинными шайбами DIN 127 (гроверами) или увеличенными плоскими шайбами DIN 9021. Согласно требованиям ПУЭ РК и ГОСТ 10434-82 «Соединения контактные электрические», применение разрезных гроверов DIN 127 в сильноточных контактных узлах недопустимо.

Гровер имеет прямоугольное сечение с косым разрезом. При затяжке с моментом свыше 25–40 Н·м острые кромки разреза врезаются в мягкую медь или алюминий, вызывая локальные задиры и концентраторы напряжений. Кроме того, сталь гровера при температуре выше +80 °C быстро отпускается, теряя пружинящие свойства навсегда.

Плоская шайба DIN 125 лишь распределяет давление головки болта, но обладает нулевой осевой податливостью. При первой же пластической осадке шины плоская шайба перестает давить на металл, болт прослабляется, а окисление оголенной меди кислородом воздуха ускоряет катастрофический нагрев узла.

Сравнительная таблица: типы шайб для ошиновки и электрических контактов

Для наглядного сравнения эксплуатационных характеристик различных типов крепежных шайб в силовых распределительных сетях приведем сводные данные:

Тип шайбы и стандартОсевое усилие поджатияПоведение при нагреве до +90 °CКомпенсация ползучести шинПрименимость по ПУЭ РК в ГРЩ/КТП
Коническая DIN 6796Очень высокое (до 15–95 кН)Сохраняет 95–98% упругостиПолная непрерывная компенсацияРекомендовано как базовый стандарт
Тарельчатая DIN 2093Высокое / среднееСохраняет упругостьКомпенсирует при точном расчете пакетаДопускается в пружинных пакетах
Пружинный гровер DIN 127Крайне низкое (до 1–3 кН)Пластическая осадка, потеря упругостиНе компенсирует, врезается в медьЗапрещено для силовых шин
Плоская увеличенная DIN 9021Отсутствует (жесткая)Не компенсирует зазорыНе компенсирует усадкуТолько как подложка под DIN 6796
Зубчатая контактная DIN 6798НизкоеСминание зубьев при затяжкеНе компенсирует ползучестьТолько для заземления и снятия краски

Размеры и технические характеристики шайб DIN 6796

Подбор типоразмера конической шайбы выполняется строго по номинальному диаметру метрической резьбы крепежного болта или шпильки. Основные геометрические параметры и силовые показатели шайб по стандарту DIN 6796 приведены в таблице:

Резьба болтаВнутренний диаметр d1 (мм)Наружный диаметр d2 (мм)Толщина металла s (мм)Высота конуса h max (мм)Минимальная остаточная нагрузка (кН)
М66.414.01.51.905.8
М88.418.02.02.3511.5
М1010.523.02.52.9519.0
М1213.029.03.03.6028.5
М1617.039.04.04.9052.0
М2021.045.05.06.0080.0
М2425.056.06.07.20115.0

Для работы в электрощитовом оборудовании стандартным материалом является пружинная конструкционная сталь с защитным антикоррозионным покрытием. В сухих помещениях применяют гальваническое цинкование толщиной 8–12 мкм с бесцветным или радужным хроматированием. Для уличных подстанций КТПН и влажных помещений поставляются шайбы с термодиффузионным цинкованием либо изделия из нержавеющей пружинной стали марки AISI 301 (1.4310).

Правила монтажа и контроль усилия затяжки динамометрическим ключом

Эффективность конической шайбы зависит от правильного пространственного расположения и соблюдения регламента затяжки. Монтаж узла ошиновки выполняется по строгому технологическому алгоритму:

  1. Ориентация конуса: шайба DIN 6796 устанавливается выпуклой вершиной (меньшим диаметром) к головке болта или телу гайки, а широким основанием — к плоскости шины или промежуточной плоской шайбе;
  2. Использование плоской подложки: при креплении мягких алюминиевых шин (сплавы АД0, АД31) под коническую шайбу обязательно подкладывают толстую плоскую закаленную шайбу DIN 125A/DIN 433, чтобы кромка DIN 6796 не проминала алюминий при распрямлении;
  3. Степень сжатия: правильная затяжка предполагает сжатие конуса на 80–90% от его начальной высоты. Полное расплющивание «в ноль» с предельным усилием переводит пружину в жесткий упор, снижая динамический запас хода при глубоком охлаждении;
  4. Контроль момента: затяжка силового крепежа выполняется исключительно тарированным динамометрическим ключом. Использование ударных пневматических или аккумуляторных гайковертов категорически запрещено из-за риска неконтролируемого перетяга и сплющивания шайбы.

В проектной документации для болтов класса прочности 8.8 рекомендуются следующие контрольные моменты затяжки при монтаже ошиновки с шайбами DIN 6796: для резьбы М8 — 22–25 Н·м; для М10 — 45–50 Н·м; для М12 — 78–85 Н·м; для М16 — 190–210 Н·м. Подробнее о механических характеристиках крепежа читайте в нашем материале про класс прочности болтов для ответственных металлоконструкций.

5 критических ошибок при закупке и монтаже конических шайб

  • Установка шайбы обратной стороной: если смонтировать DIN 6796 конусом к шине, кромка шайбы врезается в медь, снижая площадь контакта и создавая перекос крепежной оси;
  • Использование низкопрочных болтов класса 4.8: мощная пружинная шайба DIN 6796 при распрямлении развивает усилие, превышающее предел текучести сырой стали 4.8, что приводит к пластическому вытягиванию резьбы болта;
  • Повторное использование деформированных шайб: после демонтажа узла шайбы с остаточной осадкой более 20% подлежат обязательной замене на новые изделия;
  • Отказ от токопроводящей смазки: болтовой контакт шин должен зачищаться от оксидной пленки и покрываться специализированной кварцевазелиновой или электропроводящей пастой (ЭПС) для защиты от микроокисления;
  • Замена шайбы Бельвиля на зубчатые шайбы: зубчатые метизы DIN 6798 предназначены для заземления и врезания в краску, но абсолютно не способны удерживать силовую нагрузку ошиновки. Ознакомьтесь со спецификой их применения в статье про зубчатые контактные шайбы DIN 6798.

При комплектации распределительных шкафов и ошиновки важно также правильно рассчитать параметры токоведущих проводников. Изучите наши инженерные руководства по расчету медной шины для электрощитов и подстанций и выбору алюминиевой шины в электротехнике.

Чек-лист для снабженца: комплект крепежа для ошиновки ВРУ

  • Уточнить диаметры монтажных отверстий в шинах (под болты М8, М10, М12 или М16);
  • Заложить конические пружинные шайбы DIN 6796 из пружинной стали 60С2А/65Г с цинковым покрытием;
  • Скомплектовать болты с шестигранной головкой DIN 933 класса прочности не ниже 8.8;
  • Заказать шестигранные гайки DIN 934 класса прочности 8 или самоконтрящиеся гайки DIN 985;
  • Предусмотреть плоские опорные шайбы DIN 125A нормальной твердости (HV 200–300) под каждый болтокомплект;
  • Заложить запас шайб в размере 5–10% на случай потерь при монтаже на объекте.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается коническая шайба DIN 6796 от тарельчатой пружины DIN 2093?

Стандарт DIN 6796 разработан специально как крепежная предохранительная шайба для болтовых соединений: она имеет строго определенные наружные диаметры, согласованные с габаритами стандартных гаек и головок болтов, и рассчитана на работу в одиночном исполнении под максимальной нагрузкой. Тарельчатые пружины DIN 2093 являются самостоятельными упругими элементами механизмов, имеют другую геометрию и собираются в многослойные пакеты (последовательно или параллельно) для создания заданного хода и жесткости в клапанах, муфтах и прессах.

Можно ли ставить шайбу DIN 6796 с двух сторон — под головку болта и под гайку?

Да, в тяжелонагруженных узлах ошиновки большой толщины (пакеты из 2–3 шин) или при соединении разнородных металлов (медь-алюминий) установка двух шайб DIN 6796 (одна под головку болта, вторая под гайку конусами наружу) удваивает суммарный упругий ход компенсации температурных деформаций, обеспечивая максимальную надежность узла.

Какой класс прочности болтов требуется использовать вместе с шайбами DIN 6796?

Конические шайбы DIN 6796 развивают высокое усилие распрямления, поэтому их рекомендуется использовать совместно с болтами и шпильками классов прочности 8.8, 10.9 и 12.9 по ГОСТ ISO 898-1. Использование рядового сырого крепежа класса 4.8 или 5.8 недопустимо, так как болт вытянется и сорвет резьбу при затяжке до проектного распрямления конуса шайбы.

Нужно ли смазывать шайбу DIN 6796 при монтаже контактных соединений?

Резьбу болта и опорные плоскости шайбы рекомендуется слегка смазывать электропроводящей антифрикционной пастой (ЭПС) или специализированной смазкой. Это снижает коэффициент трения в резьбе при закручивании, обеспечивая точное соответствие крутящего момента динамометрического ключа реальному осевому натягу болта, и защищает металл от контактной коррозии.

Вывод

Коническая пружинная шайба DIN 6796 — это недорогой, но критически важный элемент надежности силового электротехнического оборудования. Замена сомнительных гроверов и плоских шайб на сертифицированные шайбы Бельвиля DIN 6796 полностью исключает риск ослабления контактов из-за температурной ползучести меди и алюминия, защищая объект от аварий и внеплановых ремонтов.

Компания АТЛАНТ Snab City поставляет со склада в Алматы полный спектр сертифицированного крепежа для электромонтажа: конические шайбы DIN 6796 всех типоразмеров (от М6 до М24), высокопрочные болты класса 8.8/10.9, гайки, а также медные и алюминиевые электротехнические шины с быстрой доставкой по всему Казахстану.