Шины и соединители в установках ВН и ОВН

Шины и соединители в внутренних и наружных установках

Что такое электрическая шина?

Электрическая шина определяется как одиночный проводник или группа проводников, которые служат для сбора электроэнергии от входящих линий и ее распределения по исходящим линиям. По сути, она действует как важный узел, где сходятся токи от входящих и исходящих линий, эффективно агрегируя электроэнергию в одной точке электрической системы. Эта функция делает шины ключевыми компонентами, обеспечивающими эффективное течение и распределение электроэнергии в различных энергетических системах.

Шины для наружных установок

В высоковольтных (HV) и сверхвысоковольтных (EHV) установках, а также в наружных средневольтных (MV) установках, обычно используются голые шины и соединители. Проводники, используемые в этих случаях, могут быть двух основных типов: трубчатые или многожильные провода.

Трубчатые шины обычно поддерживаются колонными изоляторами, которые обычно изготовлены из керамики. Эти изоляторы играют важную роль в поддержании электрической изоляции между шинами и опорной конструкцией, обеспечивая безопасное и правильное функционирование электрической системы. С другой стороны, многожильные провода закрепляются с помощью концевых зажимов, которые надежно удерживают провода и предотвращают любое движение или ослабление, которое могло бы нарушить электрическое соединение.

Рисунки 1 и 2 предоставляют визуальные примеры, иллюстрирующие описанные выше концепции, демонстрируя типичный вид и установку наружных шин и их компонентов.

Шины для коммутационных установок

Шины, используемые в коммутационных установках, обычно изготавливаются из меди, алюминия или алюминиевых сплавов, таких как Al-Mg-Si (алюминий-магний-силиций). Эти материалы выбираются за их электропроводность, механические свойства и экономичность, что делает их подходящими для эффективного распределения электроэнергии в коммутационных системах.

Основные характеристики голых шин

• Физические размеры: Для трубчатых проводников диаметр является критическим параметром, а для многожильных проводников первостепенное значение имеет площадь поперечного сечения. Эти размеры напрямую влияют на токопроводящую способность и электрическое сопротивление шины. Более крупный диаметр или сечение позволяет передавать большие токи с меньшими потерями.

• Механические свойства: Голые шины должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать различные силы, возникающие при эксплуатации. Ключевые механические параметры включают прочность на растяжение (способность противостоять растяжению), прочность на сжатие (сопротивление сдавливанию), прочность на изгиб (способность выдерживать изгибающие силы) и прочность на сжатие (сопротивление деформации под сжимающей нагрузкой). Кроме того, моменты сопротивления и инерции важны для понимания, как шина будет реагировать на механические напряжения, обеспечивая ее структурную целостность со временем.

• Номинальный ток: Номинальный ток шины указывает максимальный непрерывный ток, который она может безопасно пропускать без чрезмерного нагрева или ухудшения своей производительности. Это значение определяется на основе таких факторов, как свойства материала, площадь поперечного сечения и окружающие условия эксплуатации. Выбор шины с соответствующим номинальным током необходим для предотвращения перегрева и возможных отказов в электрической системе.

Следует отметить, что поскольку голые шины не изолированы, понятие номинального напряжения не применимо так же, как для изолированных проводников. При подключении шин к контактам оборудования используются специализированные соединители. Эти соединители, как показано на рисунке 3, обеспечивают надежное, низкоомное электрическое соединение, облегчая надежную передачу электроэнергии между шинами и другими компонентами коммутационной системы.

Соединение шин и изолированные системы шин

Соединение шин

При создании соединений между шинами выбор соединителей крайне важен и зависит от материалов, из которых изготовлены шины. Для медных-медных соединений обычно используются бронзовые соединители. Эти соединители предлагают отличную электропроводность и механическую прочность, обеспечивая надежное соединение. Для алюминиевых-алюминиевых соединений идеальным выбором являются соединители из алюминиевых сплавов. Они специально разработаны для соответствия свойствам алюминиевых шин, обеспечивая надежное и стабильное соединение, минимизируя риск коррозии.

В случае медных-алюминиевых соединений необходимы двуметаллические соединители. Использование этих соединителей необходимо для предотвращения коррозии, которая может возникнуть вследствие электролитического эффекта, когда два разных металла контактируют в присутствии электролита (например, влаги в воздухе). Электролитическая реакция между медью и алюминием может привести к деградации соединения со временем, потенциально вызывая электрические отказы. Двуметаллические соединители разработаны для устранения этой проблемы, обеспечивая долговечное и надежное соединение между медными и алюминиевыми шинами.

Изолированные шины и системы шин

Внутренние средневольтные (MV) и низковольтные (LV) установки, где требуются высокие токи и ограниченное пространство, часто используют изолированные шины и системы шин. В этих установках шины заключены в металлические корпуса, которые выполняют двойную функцию: предоставляют механическую защиту и электрическую изоляцию. Корпуса защищают шины от физического повреждения, такого как случайные удары или контакт с посторонними предметами, а также предотвращают электрический удар, изолируя живые проводники от окружающей среды.

Однако этот корпус имеет свои недостатки. Присутствие корпуса снижает теплоотдачу шин. Он ограничивает поток охлаждающего воздуха вокруг шин и уменьшает тепловые потери, которые важны для рассеивания тепла, генерируемого при прохождении тока. В результате номинальные токи шин в корпусах часто значительно ниже, чем у шин, находящихся в свободном воздухе.

Для решения этой проблемы и минимизации снижения токопроводящей способности можно использовать вентилируемые корпуса. Эти корпуса разработаны с отверстиями или вентиляционными отверстиями, которые позволяют лучшей циркуляции воздуха, способствуя более эффективному рассеиванию тепла. Это помогает поддерживать более высокие номинальные токи, сохраняя при этом необходимую механическую защиту и изоляцию.

Рисунок 4 предоставляет иллюстративный пример закрытой шины, демонстрируя типичную конструкцию и внешний вид такой системы, а также показывая, как корпус интегрируется с шинами для удовлетворения требований внутренних электрических установок.

Изолированные шины и системы шин

Изолированные шины

Изолированные шины обычно изготавливаются из плоских медных или алюминиевых полос. Количество полос на фазу может варьироваться в зависимости от величины тока, который они должны пропускать. В этой конструкции каждая отдельная фаза или полюс заключена в отдельно заземленную оболочку. Концы этой оболочки соединены полосой, рассчитанной на полный ток короткого замыкания.

Основная функция оболочки — предотвратить возникновение межфазных токов короткого замыкания. Кроме того, она предлагает важное преимущество, связанное с магнитными полями. Когда ток протекает через проводники, он генерирует сильные магнитные поля. Однако равный и противоположный ток индуцируется в корпусе или оболочке, практически полностью нейтрализуя эти магнитные поля. Это компенсация магнитных полей помогает уменьшить электромагнитные помехи и минимизировать потенциальные нежелательные эффекты на близлежащее электрическое и электронное оборудование.

Обычно используемые изоляционные материалы для изолированных шин включают воздух и гексафторид серы (SF6). Воздух — это доступный и экономичный вариант, в то время как SF6 обладает превосходными изоляционными свойствами, что делает его подходящим для применений, где требуется более высокий уровень изоляции и электрической производительности.

Системы шин

В низковольтных (LV) установках одним из экономически эффективных методов распределения электроэнергии, а также подачи питания на несколько устройств и обеспечения соединений между щитами управления или между щитом управления и трансформатором, является использование системы шин. Как показано на рисунке 5, системы шин предоставляют структурированный и эффективный способ прокладки электрических проводников, защищая их от физического повреждения и упрощая установку и обслуживание электрических систем.

Системы шин: особенности и преимущества

Система шин состоит из предварительно собранных плоских проводников (включая фазные и нейтральные проводники), заключенных в единственный металлический корпус. Этот дизайн предлагает упрощенный и организованный подход к распределению электроэнергии.

В системах шин питание извлекается из шинной трассы с помощью отводных устройств. Эти устройства подключаются в определенных, заранее определенных местах вдоль шинной трассы. Они обеспечивают безопасное и контролируемое извлечение электроэнергии из системы, обычно через соответствующие защитные устройства, такие как автоматические выключатели или предохранители. Такая конфигурация обеспечивает точное распределение электроэнергии к различным нагрузкам по мере необходимости.

Системы шин имеют несколько значительных преимуществ по сравнению с традиционными кабельными системами:

• Экономичность и легкость установки: Системы шин более экономически выгодны и проще в установке, особенно при работе с высокими токами. В таких сценариях достижение необходимых номинальных токов с одножильными кабелями часто требует использования нескольких кабелей, чтобы удовлетворить требования по падению напряжения и просадке напряжения. Это не только увеличивает сложность и стоимость установки кабелей, но и повышает риск перегрева между кабелями, что может потенциально привести к коротким замыканиям. В отличие от этого, системы шин предоставляют более эффективное и надежное решение для распределения электроэнергии при высоких токах.

• Механическая прочность и эффективность установки: Они обладают превосходной механической прочностью на большие расстояния с минимальной потребностью в креплениях. Эта характеристика значительно сокращает время установки, так как требуется меньше опор и крепежных элементов по сравнению с кабельными трассами. Прочность систем шин также обеспечивает большую долговечность и надежность при эксплуатации.

• Экономия пространства и упрощение дизайна: Системы шин исключают необходимость множества кабельных трасс вместе с их поддерживающей металлоконструкцией, упрощая общую электрическую инфраструктуру. Это уменьшение сложности не только экономит пространство, но и делает систему более удобной для управления и обслуживания.

• Снижение требований к оконцеванию: Они требуют меньше места для оконцевания внутри щитов управления. Это важное преимущество, особенно в дизайне щитов управления, где пространство ограничено, позволяя создавать более компактные и эффективные электрические панели.

• Отсутствие необходимости в кабельных монтажниках: Поскольку системы шин предварительно собраны и не требуют на месте спайки кабелей, отпадает необходимость в специализированных кабельных монтажниках. Это не только снижает затраты на труд, но и минимизирует потенциальные ошибки, связанные с соединением кабелей, повышая общее качество и надежность электрической установки.

• Гибкость в распределении электроэнергии: Множество отводных устройств предоставляют гибкость для адаптации к изменениям в требованиях к мощности после первоначальной установки, в рамках рейтинга шинной трассы. Эта функция позволяет легко переконфигурировать электрическую систему для удовлетворения новых нагрузок или изменений в требованиях к нагрузке, делая системы шин очень адаптивными к меняющимся потребностям в электроэнергии.

• Легкость перемещения и расширения: Перемещение распределительных устройств является простым процессом в системах шин. Кроме того, система может быть легко расширена по мере роста электрических требований объекта, предлагая масштабируемое решение для распределения электроэнергии.

• Эстетическая привлекательность: В областях, где электрическая система видима, системы шин предлагают эстетически привлекательный внешний вид по сравнению с пучками кабелей. Их стильный и единообразный дизайн может улучшить визуальную привлекательность интерьера здания, делая их предпочтительным выбором в коммерческих и общественных пространствах.

• Переиспользуемость: Системы шин можно разбирать и переиспользовать в других местах, предоставляя экономически эффективное решение для объектов, проходящих реконструкцию или расширение. Этот фактор переиспользуемости не только снижает количество отходов, но и обеспечивает значительную экономию в материальных и установочных затратах.

• Улучшенная огнестойкость: Они обеспечивают лучшую сопротивляемость распространению огня по сравнению с традиционными кабельными системами. Металлический корпус системы шин помогает сдерживать огонь и предотвращать его распространение через электрическую систему, способствуя улучшению пожарной безопасности зданий.