고압 및 초고압 설비의 버스바와 커넥터
실내 및 실외 설치에서의 버스바와 커넥터
전기 버스바란?
전기 버스바는 하나의 도체 또는 여러 개의 도체 집합으로, 들어오는 피더에서 전력을 수집하고 나가는 피더로 분배하는 역할을 합니다. 본질적으로, 그것은 들어오는 피더와 나가는 피더의 전류가 모이는 중요한 접속점으로, 전기 시스템 내에서 단일 지점에서 전기를 효과적으로 집중시키는 역할을 합니다. 이 기능은 버스바가 다양한 전력 관련 설정에서 전기의 효율적인 흐름과 분배를 가능하게 하는 필수 구성 요소로 만듭니다.
실외 설치용 버스바
고전압(HV), 초고전압(EHV) 설치 및 실외 중전압(MV) 설치에서는 주로 베어 버스바와 커넥터가 사용됩니다. 이러한 상황에서 사용되는 도체는 관형 또는 스트랜드 와이어 두 가지 주요 유형이 있습니다.
관형 버스바는 일반적으로 세라믹으로 만들어진 기둥 절연체에 의해 지지됩니다. 이러한 절연체는 버스바와 지지 구조물 사이의 전기적 절연을 유지하여 전기 시스템의 안전하고 적절한 작동을 보장합니다. 반면, 스트랜드-와이어 버스바는 데드-엔드 클램프를 사용하여 고정되며, 이러한 클램프는 와이어를 단단히 고정하여 전기 연결을 방해할 수 있는 움직임이나 느슨함을 방지합니다.
그림 1과 2는 위에서 설명한 개념을 시각적으로 보여주며, 일반적인 외부 버스바와 그 관련 구성 요소의 외관과 설치를 보여줍니다.
스위치기어 설치용 버스바
스위치기어 설치에 사용되는 버스바는 일반적으로 구리, 알루미늄 또는 Al-Mg-Si(알루미늄-마그네슘-규소) 합금과 같은 알루미늄 합금으로 제작됩니다. 이러한 재료는 전기 전도성, 기계적 특성 및 비용 효율성을 고려하여 선택되며, 스위치기어 시스템 내에서 전기를 효율적으로 분배하기에 적합합니다.
베어 버스바의 주요 특성
물리적 치수: 관형 도체의 경우 직경이 중요한 매개변수이며, 스트랜드-와이어 도체의 경우 단면적이 가장 중요합니다. 이러한 치수는 버스바의 전류 용량과 전기 저항에 직접 영향을 미칩니다. 더 큰 직경 또는 단면적은 낮은 손실로 더 높은 전류를 전송할 수 있게 합니다.
기계적 특성: 베어 버스바는 운전 중에 마주치는 다양한 힘을 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다. 주요 기계적 매개변수에는 인장강도(늘어나는 것을 저항하는 능력), 압축강도(짜이는 것을 저항하는 능력), 굽힘강도(굽힘 힘을 견디는 능력), 그리고 좌굴강도(압축 하중 하에서 변형을 저항하는 능력)가 포함됩니다. 또한, 저항 모멘트와 관성 모멘트는 버스바가 기계적 응력에 어떻게 반응할지를 이해하는 데 중요하며, 시간이 지남에 따라 구조적 무결성을 유지하도록 합니다.
정격 전류: 버스바의 정격 전류는 과열이나 성능 저하 없이 안전하게 전송할 수 있는 최대 연속 전류를 나타냅니다. 이 값은 재료 특성, 단면적, 주변 운전 조건 등에 따라 결정됩니다. 적절한 정격 전류를 가진 버스바를 선택하는 것은 전기 시스템에서 과열 및 잠재적인 고장을 방지하는 데 필수적입니다.
베어 버스바는 절연되지 않으므로, 절연 도체와 같은 방식으로 정격 전압의 개념이 적용되지 않습니다. 버스바를 장비 단자에 연결할 때는 특수 커넥터를 사용해야 합니다. 이러한 커넥터는 그림 3에서 예시된 것처럼, 버스바와 스위치기어 시스템의 다른 구성 요소 간에 안전하고 저저항의 전기 연결을 제공하여 전기 전력을 신뢰성 있게 전달합니다.
버스바 연결 및 절연 버스바 시스템
버스바 연결
버스바 간의 연결을 할 때, 커넥터의 선택은 매우 중요하며, 연결되는 버스바의 재료에 따라 달라집니다. 구리-구리 연결의 경우, 청동 커넥터가 일반적으로 사용됩니다. 이러한 커넥터는 우수한 전기 전도성과 기계적 강도를 제공하여 신뢰성 있는 연결을 보장합니다. 알루미늄-알루미늄 연결의 경우, 알루미늄 합금 커넥터가 이상적입니다. 이러한 커넥터는 알루미늄 버스바의 특성과 일치하도록 설계되어 안정적이고 견고한 연결을 제공하며 부식 위험을 최소화합니다.
구리-알루미늄 연결의 경우, 이중 금속 커넥터가 필수적입니다. 이러한 커넥터를 사용하는 것은 두 가지 다른 금속이 전해질(예: 공기 중의 습기)이 존재하는 상태에서 접촉할 때 발생하는 전해 효과로 인한 부식을 방지하기 위해 필요합니다. 구리와 알루미늄 간의 전해 반응은 시간이 지남에 따라 연결의 열화를 초래하고, 잠재적으로 전기 실패를 유발할 수 있습니다. 이중 금속 커넥터는 이러한 문제를 완화하여 구리와 알루미늄 버스바 간의 오랜 기간 동안 신뢰성 있고 견고한 연결을 보장합니다.
절연 버스바 및 트렁킹 시스템
실내 중전압(MV) 및 저전압(LV) 설치에서 고전류가 요구되고 공간이 제한적인 경우, 절연 버스바 및 트렁킹 시스템이 종종 사용됩니다. 이러한 설정에서는 버스바가 금속 케이싱 내에 포장되어 기계적 보호와 전기 절연이라는 두 가지 목적으로 사용됩니다. 케이싱은 버스바를 물리적 손상, 예를 들어 우발적인 충격이나 외부 물체와의 접촉으로부터 보호하며, 동시에 활선 도체를 주변 환경으로부터 분리하여 감전을 방지합니다.
그러나 이러한 케이싱에는 한계가 있습니다. 케이싱의 존재는 버스바의 열 발산을 줄입니다. 케이싱은 버스바 주변의 냉각 공기의 흐름을 제한하고 방사 손실을 감소시켜 전류 흐름 중에 발생하는 열을 방출하는 데 중요한 역할을 합니다. 결과적으로, 케이싱 내의 버스바의 정격 전류는 자유 공기 중의 버스바보다 크게 낮아집니다.
이 문제를 해결하고 정격 전류 감소를 최소화하기 위해 통풍 케이싱을 사용할 수 있습니다. 이러한 케이싱은 개구부 또는 벤트를 통해 더 나은 공기 순환을 가능하게 설계되어 있으며, 이는 더 효율적인 열 발산을 촉진합니다. 이렇게 하면 여전히 필요한 기계적 보호와 절연을 제공하면서 더 높은 정격 전류를 유지할 수 있습니다.
그림 4는 이러한 시스템의 일반적인 구조와 외관을 보여주며, 케이싱이 버스바와 어떻게 통합되어 실내 전기 설치의 요구 사항을 충족하는지 강조합니다.
절연 버스바 및 트렁킹 시스템
절연 버스바
절연 버스바는 일반적으로 구리 또는 알루미늄 평판으로 구성됩니다. 각 상 또는 극당 바의 수는 해당 버스바가 전송해야 하는 전류의 크기에 따라 다릅니다. 이러한 설정에서 각각의 개별 상 또는 극은 별도로 접지된 케이싱 내에 포장됩니다. 케이싱의 양끝은 완전 단락 전류에 대한 등급으로 된 바로 연결됩니다.
케이싱의 주요 기능은 상간 단락 전류의 발생을 방지하는 것입니다. 또한, 자기장과 관련된 중요한 이점을 제공합니다. 전류가 도체를 통해 흐르면 강력한 자기장이 생성되지만, 케이싱 또는 케이싱 내에서 거의 동일한 크기의 반대방향의 전류가 유도되어 이러한 자기장을 거의 완전히 상쇄합니다. 이러한 자기장의 상쇄는 전자기 간섭을 줄이고, 인근 전기 및 전자 장비에 대한 원하지 않는 영향을 최소화합니다.
절연 버스바에 일반적으로 사용되는 절연 재료에는 공기와 육불화황(SF6)이 포함됩니다. 공기는 쉽게 이용 가능하고 비용 효율적인 옵션이며, SF6는 뛰어난 절연 특성을 제공하여 더 높은 수준의 절연과 전기 성능이 요구되는 응용 분야에 적합합니다.
트렁킹 시스템
저전압(LV) 설치에서, 전력 분배뿐만 아니라 여러 대의 장비에 전력을 공급하고 스위치보드 간 또는 스위치보드와 변압기 간의 연결을 용이하게 하는 비용 효율적인 방법 중 하나는 트렁킹 시스템을 사용하는 것입니다. 그림 5에서 보듯이, 트렁킹 시스템은 전기 도체의 라우팅을 구조적이고 효율적으로 제공하여 물리적 손상으로부터 보호하고 전기 시스템의 설치 및 유지 관리를 간소화합니다.
트렁킹 시스템: 특징과 장점
트렁킹 시스템은 사전 조립된 평판 도체(상 및 중성 도체 포함)가 단일 금속 케이싱 내에 포장되어 있습니다. 이러한 설계는 전기 전력 분배를 간결하고 조직적으로 접근할 수 있게 합니다.
피더 트렁킹 시스템에서는 탭오프 유닛을 사용하여 버스바 트렁킹에서 전력을 추출합니다. 이러한 유닛은 버스바 트렁킹의 특정, 사전 정의된 위치에 연결됩니다. 이들은 회로 차단기나 퓨즈와 같은 적절한 보호 장치를 통해 시스템에서 전력을 안전하고 제어된 방식으로 제거할 수 있도록 합니다. 이러한 설정은 전기 전력을 필요에 따라 다양한 부하에 정확하게 분배할 수 있도록 합니다.
트렁킹 시스템은 전통적인 케이블 기반 시스템과 비교하여 다음과 같은 주요 장점을 제공합니다:
비용 효율성 및 설치 용이성: 트렁킹 시스템은 특히 고전류 응용 분야에서 더 경제적이고 간단하게 설치할 수 있습니다. 이러한 시나리오에서 단일 코어 케이블로 필요한 정격 전류를 달성하려면 전압 강하 및 전압 팽크 사양을 충족하기 위해 여러 개의 케이블을 사용해야 합니다. 이는 케이블 설치의 복잡성과 비용을 증가시키고 케이블 간 과열의 위험을 높여 잠재적으로 단락을 유발할 수 있습니다. 반면, 트렁킹 시스템은 고전류 전력 분배에 더 효율적이고 신뢰성 있는 솔루션을 제공합니다.
기계적 강도 및 설치 효율성: 트렁킹 시스템은 긴 거리에서도 최소한의 고정 장치로 우수한 기계적 강도를 보유합니다. 이 특성은 케이블 런에 비해 적은 수의 지지대와 고정 장치가 필요하므로 설치 시간을 크게 줄입니다. 트렁킹 시스템의 견고성은 운영 중 더 높은 내구성과 신뢰성을 보장합니다.
공간 절약 및 간소화된 설계: 트렁킹 시스템은 여러 케이블 런과 그에 따른 지지 금속 작업의 필요성을 제거하여 전체 전기 인프라를 간소화합니다. 이러한 복잡성의 감소는 공간을 절약하고 시스템을 더 쉽게 관리하고 유지 관리할 수 있게 합니다.
감소된 종단 요구 사항: 트렁킹 시스템은 스위치보드 내에서 덜 많은 종단 공간을 요구합니다. 이것은 특히 공간이 제한적인 스위치보드 설계에서 중요한 장점으로, 더 컴팩트하고 효율적인 전기 패널 레이아웃을 가능하게 합니다.
케이블 조인터의 필요성 제거: 트렁킹 시스템은 사전 조립되어 현장에서 케이블 스플라이싱이 필요하지 않으므로, 전문 케이블 조인터의 필요성이 제거됩니다. 이는 노동 비용을 줄이고 케이블 결합과 관련된 오류의 가능성을 최소화하여 전기 설치의 전체적인 품질과 신뢰성을 향상시킵니다.
전력 분배의 유연성: 여러 탭오프 아웃렛은 초기 설치 후 전력 요구 사항의 변경에 유연하게 대응할 수 있게 합니다. 이 기능은 새로운 부하 또는 부하 요구 사항의 변경을 수용하기 위해 전기 시스템을 쉽게 재구성할 수 있게 하여 트렁킹 시스템이 진화하는 전기 요구 사항에 매우 적응 가능하게 만듭니다.
재배치 및 확장의 용이성: 트렁킹 시스템에서는 배전 아웃렛의 재배치가 간단한 프로세스입니다. 또한, 시설의 전기 요구 사항이 증가함에 따라 시스템을 쉽게 확장할 수 있어 전력 분배에 대한 확장 가능한 솔루션을 제공합니다.
미적 가치: 전기 시스템이 보이는 영역에서는 트렁킹 시스템이 번들 케이블과 비교하여 미적으로 더 매력적인 외관을 제공합니다. 그들의 슬림하고 균일한 디자인은 건물 내부의 시각적 매력을 향상시키며, 상업 및 공공 공간에서 선호되는 선택입니다.
재사용 가능성: 버스바 트렁킹 시스템은 해체되어 다른 영역에서 재사용될 수 있으므로, 리노베이션 또는 확장을 진행 중인 시설에 대해 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 이러한 재사용성은 폐기물을 줄이고 재료 및 설치 비용 측면에서 상당한 절약을 제공합니다.
향상된 방화 성능: 트렁킹 시스템은 전통적인 케이블 시스템과 비교하여 화재 확산에 더 잘 저항합니다. 트렁킹의 금속 케이싱은 화재를 제한하고 전기 시스템을 통해 확산되는 것을 방지하여 건물의 화재 안전을 향상시킵니다.
