Busbarer og forbindelser i HV- og EHV-installationer

Busbars og forbindelser i indendørs og udendørs installationer

Hvad er en elektrisk busbar?

En elektrisk busbar defineres som en enkelt leder eller en gruppe ledere, der har til formål at samle elektrisk strøm fra indgående forsyninger og distribuere den til udgående forsyninger. I virkeligheden fungerer den som et vigtigt knudepunkt, hvor strømmerne fra indgående og udgående forsyninger mødes, hvilket effektivt aggregerer elektrisk strøm på et enkelt punkt i et elektrisk system. Denne funktion gør busbars til væsentlige komponenter for at fremme effektiv strøm- og distributionsflyd i forskellige strømrelaterede opsætninger.

Busbars til udendørs installationer

I højspændings (HV), ekstra-højspændings (EHV) installationer samt i udendørs mediumspændings (MV) installationer bruges ofte blotte busbars og forbindelser. Ledere anvendt i disse situationer kan være af to hovedtyper: rørformet eller strandede tråde.

Rørformede busbars understøttes typisk af søjleisolatorer, som normalt er lavet af keramik. Disse isolatorer spiller en afgørende rolle i at opretholde elektrisk adskillelse mellem busbars og støttestruktur, hvilket sikrer sikkert og korrekt funktion af det elektriske system. På den anden side fastholdes strandede-tråds busbars ved hjælp af dødende klamper, som fastholder tråde solidt og forhindrer enhver bevægelse eller løsning, der kunne forstyrre den elektriske forbindelse.

Figurer 1 og 2 giver visuelle eksempler, der illustrerer de beskrevne koncepter, og viser det typiske udseende og installation af udendørs busbars og deres tilhørende komponenter.

Busbars til skiveinstallationer

Busbars anvendt i skiveinstallationer er ofte produceret af kobber, aluminium eller aluminiumlegemer som Al-Mg-Si (aluminium-magnesium-silicium) legemer. Disse materialer vælges på grund af deres elektriske ledbarhed, mekaniske egenskaber og kostnadseffektivitet, hvilket gør dem velegnede til effektiv distribution af elektrisk strøm i skivesystemer.

Hovedegenskaber af blotte busbars

• Fysiske dimensioner: For rørformede ledere er diameteren en kritisk parameter, mens for strandede-trådsledere er tværsnittets areal af primær betydning. Disse dimensioner påvirker direkte busbars strømførende kapacitet og elektriske modstand. En større diameter eller tværsnit tillader overførsel af højere strøm med mindre tab.

• Mekaniske egenskaber: Blotte busbars skal have tilstrækkelig mekanisk styrke til at modstå forskellige kræfter under drift. Nøglemekaniske parametre inkluderer strækstyrke (evnen til at modstå strækning), komprimeringstyrke (modstand mod pressning), bøjningstyrke (evne til at modstå bøjningskræfter) og bucklingstyrke (modstand mod deformation under komprimerende belastninger). Desuden er moments af modstand og inertie afgørende for at forstå, hvordan busbaren vil reagere på mekaniske spændinger, og sikre dens strukturelle integritet over tid.

• Nominel strøm: Nominelstrømmen for en busbar angiver den maksimale kontinuerlige strøm, den kan føre sikkert uden overdreven opvarmning eller nedbrydning af dens ydeevne. Dette tal fastsættes baseret på faktorer som materialegenskaber, tværsnitsareal og omgivende driftsbetingelser. Valg af en busbar med passende nominel strøm er afgørende for at undgå overophedning og potentielle fejl i det elektriske system.

Det er vigtigt at bemærke, at da blotte busbars ikke er isolerede, gælder begrebet nominelspænding ikke på samme måde som for isolerede ledere. Når busbars forbinder til udstyrstermineraler, skal specialiserede forbindelser bruges. Disse forbindelser, som illustreres i figur 3, sikrer en sikker, lav-modstands elektrisk forbindelse, der faciliterer den pålidelige overførsel af elektrisk strøm mellem busbars og andre komponenter i skivesystemet.

Busbarforbindelse og isolerede busbarsystemer

Busbarforbindelse

Når det kommer til at lave forbindelser mellem busbars, er valget af forbindelser afgørende og afhænger af materialet i de forbundne busbars. For kobber-til-kobber-forbindelser anvendes typisk bronze-forbindelser. Disse forbindelser tilbyder fremragende elektrisk ledbarhed og mekanisk styrke, hvilket sikrer en pålidelig forbindelse. For aluminium-til-aluminium-forbindelser er aluminiumlegemetalforbindelser den ideelle valg. De er specifikt designet til at matche egenskaberne af aluminiumbusbars, hvilket giver en sikker og stabil forbindelse, mens risikoen for korrosion minimaliseres.

I tilfælde af kobber-til-aluminium-forbindelser er bi-metalforbindelser essentielle. Brug af disse forbindelser er nødvendigt for at forhindre korrosion, der kan opstå på grund af elektrolytisk effekt, når to forskellige metaller kommer i kontakt i nærheden af en elektrolyt (som f.eks. fugt i luften). Elektrolytisk reaktion mellem kobber og aluminium kan føre til forringelse af forbindelsen over tid, potentielt forårsager elektriske fejl. Bi-metalforbindelser er konstrueret til at mildne dette problem, og sikre en langvarig og pålidelig forbindelse mellem kobber- og aluminiumbusbars.

Isolerede busbars & trunking-systemer

I indendørs mediumspændings (MV) og lavspændings (LV) installationer, hvor der er tale om høje strømme og begrænset plads, anvendes ofte isolerede busbars og trunking-systemer. I disse opsætninger er busbars indkapslet i metaliske omslutninger, som har dobbelt formål af at give mekanisk beskyttelse og elektrisk isolation. Omslutningerne beskytter busbars mod fysisk skade, såsom tilfældige påvirkninger eller kontakt med fremmede objekter, og forebygger også elektriske chok ved at isolere de live ledere fra omgivelserne.

Dog kommer denne omslutning med en kompromis. Tilstedeværelsen af omslutningen reducerer varmeafledningen af busbars. Den begrænser luftcirkulationen rundt om busbars og nedsætter strålings-tab, som er vigtige for at aflede varmen, der dannes under strømførsel. Som resultat er de nominelle strømmerværdier for busbars inden for omslutninger ofte markant lavere sammenlignet med busbars, der er udsat for fri luft.

For at tackle dette problem og minimere reduktionen i strømførende kapacitet kan ventilerede omslutninger anvendes. Disse omslutninger er designet med åbninger eller ventiler, der tillader bedre luftcirkulation, hvilket faciliteter mere effektiv varmeafledning. Dette hjælper med at opretholde højere nominelle strømmerværdier, mens der stadig gives den nødvendige mekaniske beskyttelse og isolation.

Figur 4 giver et illustrativt eksempel på en indkapslet busbar, der viser den typiske struktur og udseende af et sådant system, og fremhæver, hvordan omslutningen er integreret med busbars for at opfylde kravene i indendørs elektriske installationer.

Isolerede busbars og trunking-systemer

Isolerede busbars

Isolerede busbars er typisk konstrueret med flade staver af kobber eller aluminium. Antallet af staver pr. fase kan variere, afhængigt af den strøm, de skal føre. I dette setup er hver enkelt fase eller pol indkapslet i en separat jordet sleve. Endene af denne sleve forbinder via en stang, der er rated for fuld kortslutningsstrøm.

Den primære funktion af sleven er at forhindre opståelsen af mellemfase kortslutningsstrømme. Desuden tilbyder den et vigtigt fordel relateret til magnetiske felter. Når strøm føres gennem ledere, genererer det kraftige magnetiske felter. Dog induceres en ligelig og modsat rettet strøm i omslutningen eller sleven, som næsten helt nulstiller disse magnetiske felter. Denne nulstilling af magnetiske felter hjælper med at reducere elektromagnetisk støj og minimere potentialet for uønskede effekter på nærliggende elektriske og elektroniske udstyr.

Ofte anvendte isolerende materialer for isolerede busbars inkluderer luft og svovexahydrid (SF6). Luft er let tilgængeligt og kostnadseffektivt, mens SF6 tilbyder superiore isolerende egenskaber, hvilket gør det velegnet til applikationer, hvor højere niveauer af isolation og elektrisk ydeevne er nødvendige.

Trunking-systemer

I lavspændings (LV) installationer er et kostnadseffektivt tilgang til strømforsyning, samt at forsyne flere stykker udstyr med strøm og facilitere forbindelser mellem skivebrætter eller mellem et skivebræt og en transformator, brugen af et trunking-system. Som illustreret i figur 5, giver trunking-systemer en struktureret og effektiv måde at rute elektriske ledere, beskytte dem mod fysisk skade og forenkle installation og vedligeholdelse af elektriske systemer.

Trunking-systemer: Egenskaber og fordele

Et trunking-system består af forudmonterede flade stavledere (herunder fase- og neutralledere) indkapslet i en enkelt metalisk omslutning. Dette design tilbyder en strømlinet og organiseret tilgang til elektrisk strømforsyning.

I feeder trunking-systemer opnås strømforsyning fra busbar trunking gennem brug af tap-off-enheder. Disse enheder forbinder på specifikke, fordefinerede steder langs busbar trunking. De gør det muligt at sikre og kontrolleret hente strøm fra systemet, typisk via passende beskyttelsesenheder som kredsløbsbrydere eller sikringer. Dette opsætning sikrer, at elektrisk strøm kan distribueres præcist til forskellige laster, som det er nødvendigt.

Trunking-systemer præsenterer flere betydelige fordele over traditionelle kabel-baserede systemer:

• Kostnadseffektivitet og nem installation: Trunking-systemer er mere økonomiske at implementere og enklere at installere, især når der arbejdes med høje strømme. I sådanne scenarier kræver det ofte flere kabler for at opfylde spændingsnedgangs- og spændingsdyppespecifikationer. Dette øger ikke kun kompleksiteten og omkostningerne ved kabelinstallation, men også risikoen for overophedning mellem kabler, hvilket potentielt kan føre til kortslutninger. I modsætning hereto giver trunking-systemer en mere effektiv og pålidelig løsning for højstrøms-strømforsyning.

• Mekanisk styrke og installations-effektivitet: De viser superiore mekaniske styrke over lange afstande med minimal behov for montering. Denne karakteristik nedsætter signifikant installations-tider, da færre støtter og fastgørelseselementer er nødvendige sammenlignet med kabel-løb. Robustheden af trunking-systemer sikrer også større holdbarhed og pålidelighed under drift.

• Pladsbesparende og forenklet design: Trunking-systemer eliminerer behovet for flere kabel-løb sammen med deres tilhørende støttemetal, hvilket forenkler den samlede elektriske infrastruktur. Denne reduktion i kompleksitet sparer ikke blot plads, men gør systemet også lettere at administrere og vedligeholde.

• Reduction i terminationskrav: De kræver mindre termination-plads inden for skivebrætter. Dette er en afgørende fordel, især i skivebræt-design, hvor plads er begrænset, hvilket gør det muligt at oprette mere kompakte og effektive elektriske panel-layouts.

• Elimination af behov for kabel-jointers: Da trunking-systemer er forudmonterede og ikke kræver på-stedet kabel-splicing, elimineres behovet for specialiserede kabel-jointers. Dette nedsætter ikke kun arbejdskraftomkostninger, men minimerer også potentielle fejl, der er forbundet med kablets forbindelse, og forbedrer den samlede kvalitet og pålidelighed af elektrisk installation.

• Flexibilitet i strømforsyning: Flere tap-off-udgangspunkter giver fleksibilitet til at tilpasse sig ændringer i strømbesked efter den initielle installation, underlagt rating af busbar trunking. Denne funktion gør det let at rekonfigurere det elektriske system for at tilpasse nye laster eller ændringer i lastebehov, hvilket gør trunking-systemer meget tilpasningsdygtige til udviklende elektriske behov.

• Let tilgængelig repositionering og udvidelse: Repositionering af distributionsudgangspunkter er en enkel proces med trunking-systemer. Desuden kan systemet let udvides, som de elektriske behov for en anlæg vokser, og tilbyder en skalerbar løsning for strømforsyning.

• Estetisk tiltag: I områder, hvor det elektriske system er synligt, tilbyder trunking-systemer et estetisk tilfredsstillende udseende sammenlignet med bunke af kabler. Deres smukke og uniforme design kan forbedre det visuelle udseende af et bygnings indre, hvilket gør dem foretrukket i kommercielle og offentlige områder.

• Genbrugelighed: Busbar trunking-systemer kan demonteres og genbruges i andre områder, hvilket giver en kostnadseffektiv løsning for anlæg, der udfører renovering eller udvidelse. Dette genbrugsfaktor nedsætter ikke blot affald, men tilbyder også betydelige besparelser i form af materiale- og installationsomkostninger.

• Forbedret brandresistens: De tilbyder bedre modstand mod brandspredning sammenlignet med traditionelle kabelsystemer. Metalisk omslutningen af trunking hjælper med at indeslutte brand og forhindre, at den spreder sig gennem det elektriske system, hvilket bidrager til forbedret brandsikkerhed i bygninger.