Šine i spojnice u visokonaponskim i ekstremno visokonaponskim instalacijama

Šine i spojnice u unutarnjim i vanjskim instalacijama

Što je električna šina?

Električna šina definirana je kao jedan vodiljik ili skupina vodiljika koji služe za prikupljanje električne energije s dolaznih priključaka i distribuciju te energije na odlazne priključke. U suštini, ona djeluje kao ključni čvor gdje se strujevi s dolaznih i odlaznih priključaka susreću, efektivno agregirajući električnu energiju u jednoj točki unutar električnog sustava. Ova funkcija čini šine ključnim komponentama za omogućavanje učinkovitog toka i distribucije struje u različitim postavkama povezanim s energijom.

Šine za vanjske instalacije

U visokonaponskim (VN), ekstremno visokonaponskim (EVN) instalacijama, kao i u vanjskim srednjeg naponskim (SN) instalacijama, često se koriste gole šine i spojnici. Vodiljici korišteni u tim situacijama mogu biti dvije glavne vrste: cjevaste ili plešnjaste žice.

Cjevaste šine obično nose stupni insulatori, koji su obično izrađeni od keramike. Ti insulatori igraju ključnu ulogu u održavanju električne izolacije između šina i nosača, osiguravajući sigurno i pravilno funkcioniranje električnog sustava. S druge strane, plešnjaste žice fiksirane su pomoću zavrtnih klipa, koji čvrsto drže žice i sprečavaju bilo kakvo pomicanje ili oticanje koje bi moglo prekinuti električni kontakt.

Slikovi 1 i 2 pružaju vizualne primjere koji ilustriraju opisane koncepte, pokazujući tipični izgled i instalaciju vanjskih šina i njihovih pripadajućih komponenata.

Šine za instalacije aparata za prekid

Šine korištene u instalacijama aparata za prekid obično se izrađuju od bakra, aluminija ili legura aluminija, poput Al-Mg-Si (aluminij-magnez-silicij) legura. Ovi materijali biraju se zbog svoje električne vodljivosti, mehaničkih osobina i ekonomičnosti, što ih čini prikladnim za učinkovitu distribuciju električne energije unutar sustava aparata za prekid.

Glavne karakteristike gole šine

• Fizičke dimenzije: Za cjevaste vodiljike, promjer je ključni parametar, dok za plešnjaste žice, presječna površina ima primarnu važnost. Te dimenzije direktno utječu na kapacitet šine za prijenos struje i električni otpor. Veći promjer ili presjek omogućuju prijenos većih struja s manjim gubitcima.

• Mehaničke osobine: Gole šine moraju imati dovoljnu mehaničku čvrstoću kako bi izdržale različite sile s kojima se suočavaju tijekom rada. Ključne mehaničke parametre uključuju tenzorsku čvrstoću (sposobnost otpora na vlačenje), kompresijsku čvrstoću (otpornost na stiskanje), savijajuću čvrstoću (sposobnost izdržavanja savijajućih sila) i bukling čvrstoću (otpornost na deformaciju pod stiskajućim opterećenjima). Također, momenti otpora i inercije su ključni za razumijevanje kako će se šina odgovarati mehaničkim naprezanjima, osiguravajući njenu strukturnu integritet tokom vremena.

• Nominirana struja: Nominirana struja šine označava maksimalnu neprekidnu struju koju šina može sigurno prijenositi bez prekomjernog zagrijavanja ili degradacije svog performansa. Ova vrijednost određuje se na temelju faktora poput svojstava materijala, presječne površine i okolišnih uvjeta rada. Odabir šine s odgovarajućom nominiranom strujom bitan je za sprječavanje prekomjernog zagrijavanja i potencijalnih propada u električnom sustavu.

Važno je napomenuti da budući da gole šine nisu izolirane, koncept nominiranog napon ne primjenjuje se na isti način kao za izolirane vodiljike. Kada se šine spajaju s terminalima opreme, moraju se koristiti specijalizirani spojnici. Ti spojnici, kao što je prikazano na slici 3, osiguravaju siguran, niski otporni električni kontakt, omogućujući pouzdano prijenos električne energije između šina i drugih komponenata sustava aparata za prekid.

Spoj šina i izolirani sustavi šina

Spoj šina

Kada je u pitanju spajanje šina, izbor spojnica je ključan i ovisi o materijalima šina koje se spajaju. Za spojeve bakra s bakrom, obično se koriste bronasti spojnici. Ovi spojnici nude odličnu električnu vodljivost i mehaničku čvrstoću, osiguravajući pouzdan spoj. Za spojeve aluminija s aluminijem, idealan izbor su spojnici od legure aluminija. Oni su posebno dizajnirani da odgovaraju svojstvima aluminijastih šina, pružajući siguran i stabilan spoj uz minimalizaciju rizika od korozijskog pojava.

U slučaju spojeva bakra s aluminijem, nužni su dvo-metalni spojnici. Korištenje ovih spojnica neophodno je za sprječavanje korozije koja može nastati zbog elektrolitskog učinka kada se dva različita metala dodirnu u prisustvu elektrolita (poput vlage u zraku). Elektrolitska reakcija između bakra i aluminija može dovesti do degradacije spoja tokom vremena, potencijalno uzrokujući električne propade. Dvo-metalni spojnici su dizajnirani da smanje ovaj problem, osiguravajući dugotrajni i pouzdan spoj između bakrenih i aluminijastih šina.

Izolirane šine & sustavi truba

U unutarnjim srednjeg naponskim (SN) i niskonaponskim (NN) instalacijama, gdje su uključene visoke struje i gdje je prostor ograničen, često se koriste izolirane šine i sustavi truba. U tim postavkama, šine su ugrađene u metalne oklopne kutije, koje služe dvojnu svrhu pružanja mehaničke zaštite i električne izolacije. Oklopne kutije štite šine od fizičkog oštećenja, poput slučajnih udara ili kontakta s tuđim predmetima, i također sprečavaju električne udare izolirajući žive vodiljike od okruženja.

Međutim, ova oklopna kutija donosi i kompromis. Prisustvo oklopne kutije smanjuje toplinsku disipaciju šina. Ograničava protok hladnog zraka oko šina i smanjuje radijalne gubitke, koji su važni za disipaciju topline generirane tokom prijenosa struje. Kao rezultat, nominalne struje šina unutar oklopne kutije često su značajno niže uspoređeno s šinama izloženim slobodnom zraku.

Da bi se ova problema smanjio i minimalizirali smanjeni kapaciteti prijenosa struje, mogu se koristiti ventilirane oklopne kutije. Ove oklopne kutije dizajnirane su s otvorima ili ventilacionim otvorima koji omogućuju bolji protok zraka, omogućujući učinkovitiju toplinsku disipaciju. To pomaže u održavanju viših nominalnih struja, dok se još uvijek pruža potrebna mehanička zaštita i izolacija.

Slika 4 pruža ilustrativni primjer ugrađene šine, pokazujući tipičnu strukturu i izgled takvog sustava, te naglašavajući kako je oklopna kutija integrirana s šinama kako bi ispunila zahtjeve unutarnjih električnih instalacija.

Izolirane šine i sustavi truba

Izolirane šine

Izolirane šine obično se izrađuju pomoću ravniljastih traka bakra ili aluminija. Broj traka po fazi može varirati, ovisno o veličini struje koju treba prijenositi. U ovoj postavci, svaki pojedini fazni ili polovni vodiljik je ugrađen u posebno zemljeni omotač. Krajovi ovog omotača su spojeni trakom nominirane za puni strujni krug.

Primarna funkcija omotača jest sprečavanje nastanka inter-faznih strujnih krugova. Također, nudi važnu prednost vezanu uz magnetska polja. Kada struja teče kroz vodiljike, generira se snažna magnetska polja. Međutim, jednak i suprotan struj induciran je u oklopnom omotaču, koji gotovo potpuno anulira ta magnetska polja. Taj anuliranje magnetskih polja pomaže u smanjenju elektromagnetske interferencije i minimizaciji potencijalnih neželjenih učinaka na blizu postavljene električne i elektroničke opreme.

Često korišteni izolacijski materijali za izolirane šine uključuju zrak i šesterfluorid sirovodika (SF6). Zrak je lako dostupan i ekonomičan opcija, dok SF6 nudi superiornu izolacijsku svojstva, što ga čini prikladnim za primjene gdje su potrebna viša razine izolacije i električne performanse.

Sustavi truba

U niskonaponskim (NN) instalacijama, jedan ekonomski prihvatljiv pristup distribuciji snage, kao i opskrbi snage više komada opreme i omogućivanju povezanosti između ploča za prekid ili između ploče za prekid i transformatora, jest upotreba sustava truba. Kao što je prikazano na slici 5, sustavi truba pružaju strukturirani i učinkoviti način rute električnih vodiljika, štiti ih od fizičkog oštećenja i pojednostavljuju instalaciju i održavanje električnih sustava.

Sustavi truba: Značajke i prednosti

Sustav truba sastoji se od preasembliranih ravniljastih traka vodiljika (uključujući fazne i neutralne vodiljike) ugrađenih unutar jedne metalne kutije. Ovaj dizajn pruža strukturirani i organizirani pristup distribuciji električne energije.

U sustavima truba za prijenos, prijenos snage iz trubnih šina ostvaren je putem jedinica za odvlačenje. Ove jedinice su povezane na specifičnim, preddefiniranim lokacijama duž trubnih šina. Omogućuju siguran i kontrolirani odvod snage iz sustava, obično putem odgovarajućih zaštitnih uređaja, poput prekidača ili žica. Ova postavka osigurava preciznu distribuciju električne energije na različite opterećenja prema potrebi.

Sustavi truba nude nekoliko značajnih prednosti nad tradicionalnim sustavima zasnovanim na kablama:

• Ekonomičnost i jednostavnost instalacije: Sustavi truba su ekonomičniji za implementaciju i jednostavniji za instalaciju, posebno u slučajevima s visokim strujama. U takvim scenarijima, postizanje potrebnih nominalnih struja s jednokoretnim kablom često zahtijeva korištenje više kablova kako bi se zadovoljili specifikacije padova napon i padova napon. Ovo ne samo povećava složenost i troškove instalacije kabla, već povećava i rizik od prekomjernog zagrijavanja između kablova, što potencijalno može dovesti do strujnih krugova. U suprotnom, sustavi truba pružaju učinkovitiju i pouzdaniju rješenja za distribuciju visokih struja.

• Mehanička čvrstoća i učinkovitost instalacije: Oni pokazuju superiornu mehaničku čvrstoću na velikim udaljenostima s minimalnim potrebama za montažom. Ova karakteristika značajno smanjuje vremena instalacije, jer se zahtijeva manje nosača i pričvršćiva u usporedbi s kablovnim vodovima. Robusnost sustava truba također osigurava veću trajnost i pouzdanost tijekom rada.

• Štednja prostora i pojednostavljena konstrukcija: Sustavi truba eliminiraju potrebu za više kablovnih vodova zajedno s njihovim pripadajućim nosačima, pojednostavljajući ukupnu električnu infrastrukturu. Ovo smanjenje složenosti ne samo štedi prostor, već čini sustav lakšim za upravljanje i održavanje.

• Smanjena potreba za terminacijom: Oni zahtijevaju manje prostora za terminaciju unutar ploča za prekid. Ovo je ključna prednost, posebno u dizajnima ploča za prekid gdje je prostor ograničen, omogućujući kompaktnije i učinkovitije rasporede električnih panela.

• Eliminacija potrebe za spajateljima kablova: Budući da su sustavi truba preasemblirani i ne zahtijevaju spajanje kablova na mjestu, eliminirana je potreba za specijalističkim spajateljima kablova. Ovo ne samo smanjuje troškove rada, već i minimizira potencijalne greške povezane s spajanjem kablova, poboljšavajući ukupnu kvalitetu i pouzdanost električne instalacije.

• Pružanje fleksibilnosti u distribuciji snage: Više jedinica za odvlačenje pruža fleksibilnost u prilagođavanju promjenama u potrebama snage nakon početne instalacije, uz ograniceње na ocjenu trubnih šina. Ova značajka omogućuje lako rekonfiguriranje električnog sustava kako bi se prilagodilo novim opterećenjima ili promjenama u potrebama opterećenja, čime se sustavi truba prilagođavaju evoluirajućim električnim potrebama.

• Jednostavnost ponovnog pozicioniranja i proširenja: Ponovno pozicioniranje distribucijskih izlaza je jednostavan proces s sustavima truba. Nadalje, sustav lako se može proširiti kako rastu električne potrebe objekta, pružajući skalabilno rješenje za distribuciju snage.

• Estetska privlačnost: U područjima gdje je električni sustav vidljiv, sustavi truba pružaju estetski privlačan izgled u usporedbi s grumbalom kablova. Njihov elegantni i uniformni dizajn može unaprijediti vizualni izgled unutrašnjosti zgrade, čime postaju preferirani izbor u poslovnom i javnom prostoru.

• Ponovna uporaba: Sustavi truba mogu se demontirati i ponovno upotrijebiti u drugim područjima, pružajući ekonomično rješenje za objekte koji proizvode renovacije ili proširenja. Ova značajka ponovne uporabe ne samo smanjuje otpad, već i pruža značajne uštede u pogledu materijala i troškova instalacije.

• Poboljšana otpornost na požar: Oni pružaju bolju otpornost na širenje požara u usporedbi s tradicionalnim kablovnim sustavima. Metalna kutija truba pomaže u sadržavanju požara i sprečava njegov širenje kroz električni sustav, doprinoseći poboljšanoj sigurnosti od požara u zgradama.