Magistralske vodile in povezave v visokonapetostnih in zelo visokonapetostnih instalacijah

Busbars in notranjih in zunanje namestitve

Kaj je električna busbar?

Električna busbar je definirana kot en sam vodilnik ali skupina vodilnikov, ki služijo namenu zbiranja električne energije iz vhodnih krmarjev in njene distribucije na izhodne krmarje. V bistvu deluje kot ključno presečišče, kjer se tokovi iz vhodnih in izhodnih krmarjev združijo, učinkovito agregirajo električno energijo na enem mestu znotraj električnega sistema. Ta funkcija naredi busbare ključne komponente za omogočanje učinkovega pretoka in distribucije elektrike v različnih električnih postavitvah.

Busbars za zunanje namestitve

V visokonapetostnih (VN), zelo visokonapetostnih (ZVN) namestitvah ter v zunanje srednjepretokovnih (SP) namestitvah so pogosto uporabljani golobi busbars in povezave. Vodilniki, uporabljeni v teh situacijah, lahko večinoma pridejo v dveh glavnih vrstah: cevnati ali grmljasti žice.

Cevni busbars so običajno podprti s stolpičnimi izolatorji, ki so običajno izdelani iz keramike. Ti izolatorji igrajo ključno vlogo pri ohranjanju električne izolacije med busbarji in nosilno strukturo, zato zagotavljajo varno in pravilno delovanje električnega sistema. Na drugi strani pa so grmljaste-žični busbarsi zazdrti z zategalnimi klepci, ki trdno držijo žice in preprečujejo kakršen koli premik ali razbremenitev, ki bi lahko motila električno povezavo.

Sliki 1 in 2 ponujata vizualne primerke, ki ilustrirata opisane koncepte, prikazujeta tipičen vid in namestitev zunanje busbars in njihovih pripadajočih komponent.

Busbars za namestitve preprikljalnih naprav

Busbars, uporabljeni v namestitvah preprikljalnih naprav, so običajno izdelani iz bakra, aluminija ali aluminijevih zlitin, kot so Al-Mg-Si (aluminij-magnezij-silicij) zlitine. Te materiali so izbrani zaradi svoje električne vodljivosti, mehanskih lastnosti in ekonomičnosti, kar jih naredi primernimi za učinkovo distribucijo električne energije znotraj sistemov preprikljalnih naprav.

Glavne značilnosti golobih busbars

• Fizične dimenzije: Za cevne vodilnike je premer ključen parameter, medtem ko je za grmljaste-žične vodilnike najpomembnejša prečna ploskev. Te dimenzije neposredno vplivajo na zmogljivost prenosa toka in električno upornost busbara. Večji premer ali prečna ploskev omogoča prenos višjih tokov z nižjimi izgubami.

• Mehanske lastnosti: Golobi busbars morajo imeti zadostno mehansko čvrsto, da bi odpirali različne sile, srečane med delovanjem. Ključne mehanske parametre predstavljajo tenzilska trdota (zmogljivost odpornosti na rast), tlakova trdota (odpor proti tlačenju), nagibna trdota (zmogljivost odpornosti na nagibne sile) in puščavna trdota (odpor proti deformaciji pod tlačnim optanjem). Dodatno so trenutki odpornosti in vztrajnost ključni za razumevanje, kako bo busbar odgovarjal mehanskim stresom, z zagotavljanjem strukturne celovitosti skozi čas.

• Nominirani tok: Nominirani tok busbara kaže najvišji zvezni tok, ki ga lahko busbar varno prenaša brez prekomernega seganja ali degradacije njegove zmogljivosti. Ta vrednost je določena glede na dejavnike, kot so lastnosti materiala, prečna ploskev in okoljske delovne pogoje. Izbor busbara z ustrezno nominiranim tokom je ključen za preprečevanje prekomernega seganja in potencialnih propadov v električnem sistemu.

Pomembno je omeniti, da ker golobi busbars niso izolirani, koncept nominirane napetosti ne velja na enak način, kot za izolirane vodilnike. Ko se busbars povezujejo s terminali opreme, morajo biti uporabljeni specializirani povezovalniki. Ti povezovalniki, kot je prikazano na Sliki 3, zagotavljajo varno, nizko-upornostno električno povezavo, ki omogoča zanesljiv prenos električne energije med busbars in drugimi komponentami sistema preprikljalnih naprav.

Povezava busbars in izolirani sistemi busbars

Povezava busbars

Ko gre za povezave med busbars, je izbira povezovalnikov ključna in odvisna od materialov busbars, ki se združujejo. Za bakreno-bakrene povezave so običajno uporabljeni bronasti povezovalniki. Ti povezovalniki ponujajo odlično električno vodljivost in mehansko trdoto, zato zagotavljajo zanesljivo povezavo. Za aluminij-aluminij povezave so idealni aluminijevi leginski povezovalniki. Ti so posebej oblikovani, da se ujemajo s lastnostmi aluminijevih busbars, zagotavljajojo varno in stabilno povezavo, hkrati pa minimalizirajo tveganje korozije.

V primeru bakreno-aluminijskih povezav so bistveni dvometalni povezovalniki. Uporaba teh povezovalnikov je potrebna, da se prepreči korozija, ki se lahko zgodi zaradi elektrolitskega učinka, ko se dva različna kovina stikajo v prisotnosti elektrolita (kot je vlaga v zraku). Elektrolitska reakcija med bakrom in aluminijem lahko v času povzroči degradacijo povezave, potencialno pa tudi električne propade. Dvometalni povezovalniki so oblikovani, da ta problem zmanjšajo, z zagotavljanjem dolgoročne in zanesljive povezave med bakrenimi in aluminijevimi busbars.

Izolirani busbars & sustavi kanalizacije

V notranjih srednjepretokovnih (SP) in nizkopretokovnih (NP) namestitvah, kjer so vpleteni visoki tokovi in prostor je omejen, so pogosto uporabljeni izolirani busbars in sustavi kanalizacije. V teh postavitvah so busbars zaprti znotraj kovinskih oklepajev, ki imajo dvojno namen: zagotavljajo mehansko zaščito in električno izolacijo. Oklepaji zaščitijo busbars pred fizičnimi poškodbami, kot so naključni udari ali stik z tuji predmeti, in tudi preprečujejo električne šoke z izolacijo živih vodilnikov od okolja.

Toda ta oklepaj prinaša kompromis. Prisotnost oklepaja zmanjša seganje toplote busbars. Omejuje pretok hlajenega zraka okoli busbars in zmanjša radiacijske izgube, ki so pomembne za seganje toplote, generirane med pretokom toka. Tako so nominirani toki busbars znotraj oklepajev pogosto znatno manjši v primerjavi s busbars, izpostavljenimi prostemu zraku.

Za reševanje tega problema in zmanjšanje zmanjšanja zmogljivosti prenosa toka se lahko uporabljajo ventilirani oklepaji. Ti oklepaji so oblikovani z odprtji ali ventili, ki omogočajo boljši pretok zraka, zato seganje toplote poteka učinkoviteje. To pomaga ohraniti višje nominirane tokove, hkrati pa zagotavlja potrebno mehansko zaščito in izolacijo.

Slika 4 ponuja ilustrativni primer zaprtega busbara, prikazuje tipično strukturo in videz takšnega sistema in poudarja, kako je oklepaj integriran z busbars, da bi izpolnil zahteve notranjih električnih namestitev.

Izolirani busbars in sustavi kanalizacije

Izolirani busbars

Izolirani busbars so običajno izdelani iz ravnih trakov bakra ali aluminija. Število trakov na fazo se lahko razlikuje, odvisno od velikosti toka, ki ga je treba prenašati. V tej postavitvi je vsaka posamezna faza ali pol usidrana znotraj ločno zazemljenega omara. Konce tega omara so povezani z trakom, ocenjenim za popoln kratki tok.

Primarna funkcija omara je preprečevanje pojavljanja inter-faznih kratkih tokov. Dodatno pa nudi pomembno prednost, povezano z magnetnimi polji. Ko tok teče skozi vodilnike, generira močna magnetna polja. Vendar pa je v omari ali omari inducirana enaka in nasprotna struja, ki skoraj popolnoma izniči ta magnetna polja. To izničevanje magnetnih polj pomaga zmanjšati elektromagnetno motnjo in zmanjša potencial za nezaželene učinke na bližnjo električno in elektronsko opremo.

Običajno uporabljeni izolacijski materiali za izolirane busbars vključujejo zrak in šestifluorid svibore (SF6). Zrak je dostopen in ekonomičen, medtem ko SF6 ponuja superiorni izolacijske lastnosti, kar ga naredi primeren za aplikacije, kjer so potrebne višje ravni izolacije in električne zmogljivosti.

Sustavi kanalizacije

V nizkopretokovnih (NP) namestitvah je ena ekonomična pristop do distribucije električne energije, kot tudi oskrbe z energijo večjega števila opreme in omogočanje povezav med preprikljalnimi napravami ali med preprikljalno napravo in transformatorjem, uporaba sustava kanalizacije. Kot je prikazano na Sliki 5, sustavi kanalizacije ponujajo strukturiran in učinkovit način usmerjanja električnih vodilnikov, jih zaščitijo pred fizičnimi poškodbami in poenostavijo namestitev in vzdrževanje električnih sistemov.

Sustavi kanalizacije: značilnosti in prednosti

Sistem kanalizacije sestavlja presestavljeni ravnini trakov (vključno z faznimi in neutralnimi vodilniki), zaprti znotraj enega kovinskega oklepaja. Ta oblika ponuja strukturiran in organiziran pristop k distribuciji električne energije.

V sistemih kanalizacije za krmarje je izvleček energije iz busbarske kanalizacije dosežen s pomočjo odvajalnih enot. Te enote so povezane na določenih, preddefiniranih lokacijah vzdolž busbarske kanalizacije. Omogočajo varno in nadzorovano odstranitev energije iz sistema, običajno preko ustreznih zaščitnih naprav, kot so prekinitve ali vedenja. Ta postavitev zagotavlja, da se električna energija lahko distribuira natančno na različne obremenitve, kot je potrebno.

Sustavi kanalizacije ponujajo več značilnih prednosti v primerjavi s tradicionalnimi sistem