Strømbærere og kobler i høy- og ekstremhøyspenningsinstallasjoner

Strømleder og koblinger i innendørs og utendørs installasjoner

Hva er en elektrisk strømleder?

En elektrisk strømleder defineres som en enkelt leder eller en gruppe ledere som har til hensikt å samle elektrisk kraft fra inngående forsyninger og distribuere den til utgående forsyninger. I essensen fungerer den som et viktig knutepunkt der strømmene fra inngående og utgående forsyninger møtes, effektivt sammenslår elektrisk kraft i et enkelt punkt i et elektrisk system. Denne funksjonen gjør strømledere til nødvendige komponenter for å fremme effektiv strømflyt og -distribusjon i ulike strømrelaterte oppsett.

Strømleder for utendørs installasjoner

I høyspennings- (HV), ekstremt høyspennings- (EHV) installasjoner, samt i utendørs mediumspennings- (MV) installasjoner, blir ofte blotte strømledere og koblinger brukt. Ledere som benyttes i disse situasjonene, kan være av to hovedtyper: rørformet eller strandede tråder.

Rørformede strømledere støttes vanligvis av kolonneisolatorer, som ofte er laget av keramikk. Disse isolatorne spiller en viktig rolle ved å opprettholde elektrisk isolasjon mellom strømlederne og støttestrukturen, og sikrer trygg og riktig funksjon av det elektriske systemet. På den andre siden holdes strandede trådstrømledere på plass ved hjelp av sluttklemmer, som fastholder trådene og forhindrer all bevegelse eller løsning som kan forstyrre den elektriske forbindelsen.

Figur 1 og 2 gir visuelle eksempler som illustrerer de beskrevne konseptene, og viser typisk utseende og installasjon av utendørs strømledere og deres tilhørende komponenter.

Strømleder for bryterinstallasjoner

Strømledere som brukes i bryterinstallasjoner, er vanligvis laga av kobber, aluminium, eller aluminiumlegeringer som Al-Mg-Si (aluminium-magnesium-silisium) legeringer. Disse materialene velges for deres elektriske ledeevne, mekaniske egenskaper og kostnadseffektivitet, noe som gjør dem egnet for effektiv distribusjon av elektrisk kraft i brytersystemer.

Hovedegenskaper av blotte strømledere

• Fysiske dimensjoner: For rørformede ledere er diameteren et kritisk parameter, mens for strandede trådledere er tverrsnittsarealet av primær betydning. Disse dimensjonene påvirker direkte strømlederens strømføringsevne og elektriske motstand. En større diameter eller tverrsnitt tillater overføring av høyere strøm med lavere tap.

• Mekaniske egenskaper: Blotte strømledere må ha tilstrekkelig mekanisk styrke til å motstå ulike krefter under drift. Nøkkelmekaniske parametre inkluderer trekkestyrke (evnen til å motstå strækning), trykkstyrke (motstand mot press), bøyestyrke (evnen til å motstå bøyeforces) og buckling strength (motstand mot deformering under trykklast). I tillegg er momenter av motstand og inertie viktige for å forstå hvordan strømlederen vil reagere på mekaniske spenninger, og sikre dens strukturelle integritet over tid.

• Nominell strøm: Nominell strøm til en strømleder indikerer den maksimale kontinuerlige strømen den kan føre uten unødig varming eller nedbryting av ytelsen. Dette verdien er bestemt basert på faktorer som materialegenskaper, tverrsnittsareal og omgivelsesforhold. Valg av en strømleder med passende nominell strøm er essensielt for å unngå overvarming og potensielle feil i det elektriske systemet.

Det er viktig å merke seg at siden blotte strømledere ikke er isolert, gjelder begrepet nominell spenning ikke på samme måte som for isolerte ledere. Når strømledere kobles til enheter, må spesialiserte koblinger brukes. Disse koblingene, som vist i figur 3, sikrer en sikker, lavmotstands elektrisk forbindelse, og fremmer den pålitelige overføringen av elektrisk kraft mellom strømlederne og andre komponenter i brytersystemet.

Strømlederkobling og isolerte strømledersystemer

Strømlederkobling

Når det kommer til å lage forbindelser mellom strømledere, er valg av koblinger avgjørende og avhenger av materialet til strømlederne som kobles sammen. For kobber-til-kobber forbindelser, brukes typisk bronsekoblinger. Disse koblingene tilbyr excellent elektrisk ledeevne og mekanisk styrke, og sikrer en pålitelig forbindelse. For aluminium-til-aluminium forbindelser, er aluminiumlegeringkoblinger det ideelle valget. De er spesielt designet for å matche egenskapene til aluminiumstrømledere, og gir en sikker og stabil forbindelse mens risikoen for korrosjon minimeres.

I tilfellet kobber-til-aluminium forbindelser, er bi-metaliske koblinger essensielle. Bruk av disse koblingene er nødvendig for å forhindre korrosjon som kan oppstå grunnet elektrolytisk effekt når to forskjellige metaller kommer i kontakt i tilstedeværelse av en elektrolyt (som fuktighet i luften). Elektrolytreaksjonen mellom kobber og aluminium kan føre til forringing av forbindelsen over tid, og potensielt forårsake elektriske feil. Bi-metaliske koblinger er konstruert for å mildne dette problemet, og sikre en langvarig og pålitelig forbindelse mellom kobber- og aluminiumstrømledere.

Isolerte strømledere & strømlederkabler

I innendørs mediumspennings- (MV) og lavspennings- (LV) installasjoner, hvor høye strømmer er involvert og rom er begrenset, blir ofte isolerte strømledere og strømlederkabler benyttet. I disse oppsettene er strømledere omsluttet av metalliske omslutninger, som har dobbelt formål med å gi mekanisk beskyttelse og elektrisk isolasjon. Omslutningene beskytter strømlederne mot fysisk skade, som tilfeldige påkjenninger eller kontakt med fremmede objekter, og hindrer også elektriske sjokk ved å isolere de levende ledene fra omgivelsene.

Men denne omslutningen har en trade-off. Nærheten av omslutningen reduserer varmetapet fra strømlederne. Det begrenser luftstrømmen rundt strømlederne og reduserer strålingstap, som er viktige for å dissipere varme generert under strømflyt. Som resultat, er strømmeratingene for strømledere inne i omslutninger ofte betydelig lavere sammenlignet med strømledere utsatt for fri luft.

For å tackle dette problemet og minimere reduksjonen i strømføringsevne, kan ventilerte omslutninger brukes. Disse omslutningene er designet med åpninger eller ventilasjonsåpninger som tillater bedre luftomsetning, og fremmer mer effektiv varmedissipasjon. Dette bidrar til å opprettholde høyere strømmerater, samtidig som den nødvendige mekaniske beskyttelsen og isolasjonen leveres.

Figur 4 gir et illustrativt eksempel på en omsluttet strømleder, som viser den typiske strukturen og utseendet av et slikt system, og fremhever hvordan omslutningen er integrert med strømlederne for å møte kravene til innendørs elektriske installasjoner.

Isolerte strømledere og strømlederkabler

Isolerte strømledere

Isolerte strømledere er vanligvis konstruert med flate strenger av kobber eller aluminium. Antallet strenger per fase kan variere, avhengig av strømmens størrelse de skal føre. I dette oppsettet er hver individuell fase eller pol omsluttet av en separat jordet slede. Endene av denne sleden er koblet sammen av en streng som er rated for full kortslutningsstrøm.

Sledens primære funksjon er å forhindre forekomsten av interfasestruktsluterstrømmer. I tillegg gir den et viktig fordel relatert til magnetiske felt. Når strøm flyter gjennom ledene, genereres sterke magnetiske felt. Men en lik og motsatt strøm induceres i omslutningen eller sleden, som nesten helt nullstiller disse magnetiske feltene. Nullstillingen av magnetiske felt bidrar til å redusere elektromagnetisk støy og minimere potensialet for uønskede effekter på nærliggende elektriske og elektroniske enheter.

Vanlig brukte isolerende materialer for isolerte strømledere inkluderer luft og svovelhexafluorid (SF6). Luft er en lett tilgjengelig og kostnadseffektiv mulighet, mens SF6 tilbyr superiore isolerende egenskaper, noe som gjør det egnet for applikasjoner der høyere nivåer av isolasjon og elektrisk ytelse er nødvendig.

Strømlederkabler

I lavspennings- (LV) installasjoner, er en kostnadseffektiv tilnærming til strømdistribusjon, samt forsyning av strøm til flere enheter og forenkling av koblinger mellom bryterbord eller mellom et bryterbord og en transformator, bruk av et strømlederkabelsystem. Som vist i figur 5, gir strømlederkabelsystemer en strukturert og effektiv måte å rute elektriske ledere, beskytte dem mot fysisk skade og forenkle installasjon og vedlikehold av elektriske systemer.

Strømlederkabler: Egenskaper og fordeler

Et strømlederkabelsystem består av forhåndsmonterte flate strenger (inkludert fase- og nøytralstrenger) omsluttet av en enkelt metallisk kasse. Dette designet tilbyr en strømlinjet og organisert tilnærming til elektrisk strømdistribusjon.

I forsyningsstrømlederkabler, oppnås strømtapping fra strømlederkablet gjennom bruk av tappingenheter. Disse enhetene kobles til spesifikke, forhåndsdefinerte lokasjoner langs strømlederkablet. De lar den sikre og kontrollerte tappingen av strøm fra systemet, typisk via passende beskyttende enheter som brytere eller sikringer. Dette oppsettet sikrer at elektrisk strøm kan distribueres nøyaktig til ulike belastninger som trengs.

Strømlederkabler gir flere betydelige fordeler sammenlignet med tradisjonelle kabelbaserte systemer:

• Kostnadseffektivitet og Lett installasjon: Strømlederkabler er mer økonomiske å implementere og enklere å installere, spesielt ved høye strømmer. I slike scenarier, krever oppnåelse av nødvendige strømmerater med enkeltkjernede kabler ofte bruk av flere kabler for å oppfylle spenningsfall- og spenningsdypspesifikasjoner. Dette øker ikke bare kompleksiteten og kostnaden ved kabelinstallasjon, men øker også risikoen for overvarming mellom kabler, som potensielt kan føre til kortslutninger. I motsetning til dette, gir strømlederkabler en mer effektiv og pålitelig løsning for høystrøms-strømdistribusjon.

• Mekanisk styrke og Installasjons-effektivitet: De viser superiør mekanisk styrke over lange avstander med minimal behov for festing. Dette karaktertrekket reduserer signifikant installasjonstider, da færre støtter og fasteners er nødvendig sammenlignet med kabelkjøring. Robustheten til strømlederkabler sikrer også større varighetsdyktighet og pålitelighet under drift.

• Rombesparende og Forenklet Design: Strømlederkabler eliminerer behovet for flere kabelkjøring sammen med deres tilhørende støttemetalverk, forenkler det totale elektriske infrastrukturen. Denne reduksjonen i kompleksitet sparer ikke bare plass, men gjør systemet enklere å administrere og vedlikeholde.

• Redusert Terminering: De krever mindre termineringsplass innen bryterbord. Dette er en viktig fordel, spesielt i bryterborddesign der plass er begrenset, og lar til mer kompakt og effektiv elektrisk paneloppsett.

• Eliminering av Behov for Kabeljoinere: Siden strømlederkabler er forhåndsmonterte og ikke krever på-sted kabelsplice, elimineres behovet for spesialiserte kabeljoinere. Dette reduserer ikke bare arbeidskostnader, men også potensiell feil forbundet med kabeljoining, og forbedrer den totale kvaliteten og påliteligheten av elektrisk installasjon.

• Flexibilitet i Strømdistribusjon: Flere tappingutløp gir fleksibilitet til å tilpasse seg endringer i strømnødvendigheter etter den initielle installasjonen, underlagt rating av strømlederkablet. Dette trekket lar for lett rekonfigurasjon av elektrisk system for å akkommodere nye belastninger eller endringer i belastningsbehov, gjør strømlederkabler høy grad av tilpasning til evolvende elektriske behov.

• Letthet i Omposisjon og Utvidelse: Omposisjon av distribusjonsutløp er en enkel prosess med strømlederkabler. I tillegg, kan systemet lett utvides som elektriske behov for en anlegget vokser, gir en skalbar løsning for strømdistribusjon.

• Estetisk Attraktivitet: I områder der elektrisk system er synlig, gir strømlederkabler en estetisk tiltalende fremtoning sammenlignet med bunten av kabler. Deres slanke og uniforme design kan forbedre visuelle attraktivitet av bygningens interiør, gjør dem en foretrukket valg i kommersielle og offentlige rom.

• Gjenbruk: Strømlederkabler kan demonteres og gjenbrukes i andre områder, gir en kostnadseffektiv løsning for anlegg som gjennomgår renovering eller utvidelse. Dette gjenbruk-faktor ikke bare reduserer avfall, men også gir betydelige besparelser i form av materiale- og installasjonskostnader.

• Forbedret Brannresistens: De gir bedre motstand mot spredning av brann sammenlignet med tradisjonelle kabelsystemer. Metalliske omslutning av strømlederkabler bidrar til å inneholde brann og forhindre spredning gjennom elektrisk system, bidrar til forbedret brannsikkerhet i bygninger.