Šine i konektori u visokonaponskim i ekstremno visokonaponskim instalacijama

Šine i konektori u unutrašnjim i spoljašnjim instalacijama

Šta je električna šina?

Električna šina se definiše kao jedan vodnik ili grupa vodnika koji služe za sakupljanje električne energije sa dolaznih feeder-a i njihovu distribuciju na odlazne feeder-e. U suštini, ona deluje kao ključni čvor gde se strujice sa dolaznih i odlaznih feeder-a susreću, efektivno agregirajući električnu energiju u jednoj tački unutar električnog sistema. Ova funkcija čini šine ključnim komponentama za omogućavanje efikasne protok i distribucije struje u različitim elektroenergetskim postavkama.

Šine za spoljašnje instalacije

U visokonaponskim (VN), ekstremno visokonaponskim (EVN) instalacijama, kao i u spoljašnjim srednjonaponskim (SN) instalacijama, često se koriste gole šine i konektori. Vodnici korišćeni u ovim situacijama mogu biti dva glavna tipa: cijevasti ili plešani druti.

Cijevaste šine obično podržane su stubastim izolatorima, koji su obično izrađeni od keramike. Ovi izolatori igraju ključnu ulogu u održavanju električne izolacije između šina i nosiva konstrukcija, obezbeđujući sigurno i pravilno funkcionisanje električnog sistema. S druge strane, plešane šine fiksirane su pomoću završnih klešta, koji čvrsto drže drute i sprječavaju bilo kakvo pomeranje ili oslabljenje koje bi moglo prekinuti električnu vezu.

Slike 1 i 2 pružaju vizualne primere koji ilustruju opisane koncepte, prikazivanjem tipičnog izgleda i instalacije spoljašnjih šina i njihovih pripadajućih komponenata.

Šine za instalacije prekidaca

Šine korišćene u instalacijama prekidaca često su izrađene od bakra, aluminijuma ili legura aluminijuma poput Al-Mg-Si (aluminijum-magnez-silicij) leguri. Ove materije su izabrane zbog svoje električne provodljivosti, mehaničkih osobina i ekonomičnosti, što ih čini pogodnim za efikasnu distribuciju električne energije unutar sistema prekidaca.

Glavne karakteristike gole šine

• Fizičke dimenzije: Za cijevaste vodnike, prečnik je ključan parametar, dok za plešane vodnike, presječna površina ima primarnu važnost. Ove dimenzije direktno utiču na kapacitet šine za prenos struje i električni otpor. Veći prečnik ili presjek omogućava prenos veće struje sa manjim gubitcima.

• Mehaničke osobine: Gole šine moraju imati dovoljnu mehaničku čvrstoću da bi podnijele različite sile tokom rada. Ključni mehanički parametri uključuju čvrstoću na razvlačenje (sposobnost da se suprotstavlja razvlačenju), čvrstoću na stiskanje (otpornost na stiskanje), čvrstoću na savijanje (sposobnost da se suprotstavlja silama savijanja) i čvrstoću na smrštanje (otpornost na deformaciju pod stiskanjem). Također, momenti otpora i inercije su ključni za razumijevanje kako će šina reagirati na mehaničke napore, osiguravajući njenu strukturnu integritet tokom vremena.

• Nominativna struja: Nominativna struja šine ukazuje na maksimalnu kontinuiranu struju koju može bezbedno prenositi bez prekomjerne zagrijavanja ili degradacije performansi. Ova vrijednost se određuje na osnovu faktora poput osobina materijala, presječne površine i ambijentalnih uslova rada. Izbor šine sa odgovarajućom nominativnom strujom je ključan za sprečavanje prekomernog zagrijavanja i potencijalnih propada u električnom sistemu.

Važno je napomenuti da pošto gole šine nisu izolovane, koncept nominativnog napon ne primjenjuje se na isti način kao za izolovane vodnike. Kada se šine povezuju sa terminalima opreme, moraju se koristiti specijalizirani konektori. Ovi konektori, kao što pokazuje Slika 3, osiguravaju siguran, niski otporni električni kontakt, omogućavajući pouzdan prijenos električne energije između šina i drugih komponenata sistema prekidaca.

Povezivanje šina i izolovani sistemi šina

Povezivanje šina

Kada je u pitanju povezivanje šina, izbor konektora je ključan i zavisi o materijalima šina koje se spajaju. Za bakrene-bakrene veze, obično se koriste bronani konektori. Ovi konektori nude odličnu električnu provodljivost i mehaničku čvrstoću, osiguravajući pouzdanu vezu. Za aluminijumske-aluminijumske veze, idealan izbor su konektori od aluminijumskih legura. Oni su posebno dizajnirani da odgovaraju osobinama aluminijumskih šina, pružajući sigurnu i stabilnu vezu, smanjujući rizik od korozije.

U slučaju bakrenih-aluminijumskih veza, neophodni su dvometalni konektori. Koristenje ovih konektora je nužno kako bi se sprečila korozija koja se može dogoditi zbog elektrolitskog efekta kada dve različite metale dođu u kontakt u prisustvu elektrolita (poput vlage u zraku). Elektrolitska reakcija između bakra i aluminijuma može dovesti do degeneracije veze tokom vremena, potencijalno uzrokujući električne propade. Dvometalni konektori su dizajnirani da ublaže ovaj problem, osiguravajući dugotrajnu i pouzdanu vezu između bakrenih i aluminijumskih šina.

Izolovane šine & sustavi šinica

U unutrašnjim srednjonaponskim (SN) i niskonaponskim (NN) instalacijama, gdje su uključene visoke struje i gdje je prostor ograničen, često se koriste izolovane šine i sustavi šinica. U ovim postavkama, šine su ugrađene u metalne oklopne kutije, koje služe dvojnu svrhu od pružanja mehaničke zaštite i električne izolacije. Oklopne kutije štite šine od fizičkog oštećenja, poput slučajnih udara ili kontakta sa stranim predmetima, i također sprečavaju električne šokove izolirajući žive vodnike od okruženja.

Međutim, ova oklopna kutija donosi kompromis. Prisustvo oklopne kutije smanjuje toplinsku disipaciju šina. Ograničava protok hladnog zraka oko šina i smanjuje radijacione gubitke, koji su važni za disipaciju topline generisane tokom prenosa struje. Kao rezultat, nominalne struje šina unutar oklopne kutije često su znatno niže u poređenju sa šinama izloženim slobodnom zraku.

Da bi se ovaj problem rešio i smanjili redukcija kapaciteta za prenos struje, mogu se koristiti ventilisane oklopne kutije. Ove oklopne kutije dizajnirane su sa otvorima ili ventili koji omogućavaju bolji protok zraka, omogućavajući efikasniju toplinsku disipaciju. To pomaže u održavanju viših nominalnih struja, dok se još uvijek pruža potrebna mehanička zaštita i izolacija.

Slika 4 pruža ilustrativni primer zaključene šine, prikazivanjem tipične strukture i izgleda takvog sistema i ističući kako je oklopna kutija integrirana sa šinama kako bi ispunila zahteve unutrašnjih električnih instalacija.

Izolovane šine i sustavi šinica

Izolovane šine

Izolovane šine obično su konstruisane od ravniljaka bakra ili aluminijuma. Broj ravniljaka po fazu može varirati, u zavisnosti od veličine struje koju treba prenositi. U ovoj postavci, svaka pojedina faza ili pol je ugrađena u zasebno zemljeno poklopce. Krajevi ovog poklopca su povezani barom ocijenjenom za puni strujni krug.

Primarna funkcija poklopca jeste sprečavanje pojavljivanja inter-faznih strujnih krugova. Također, nudi važnu prednost vezanu za magnetska polja. Kada struja teče kroz vodnike, generišu se snažna magnetska polja. Međutim, jednak i suprotan struj induciran je u oklopnu kutiju ili poklopac, koji gotovo potpuno anulira ova magnetska polja. Ova anulacija magnetskih polja pomaže u smanjenju elektromagnetske interferencije i minimiziranju potencijalnih neželjenih efekata na blizu ležeće električne i elektronske opreme.

Često korišćeni izolacijski materijali za izolovane šine uključuju vazduh i šesterfluorid sirovog gasa (SF6). Vazduh je lako dostupan i ekonomičan izbor, dok SF6 nudi superiornu izolacijsku sposobnost, čineći ga pogodnim za primene gdje su potrebni viši nivo izolacije i električne performanse.

Sustavi šinica

U niskonaponskim (NN) instalacijama, jedan ekonomičan pristup distribuciji struje, kao i snabdevanju strujom više komada opreme i omogućavanju povezivanja između ploča prekidaca ili između ploče prekidaca i transformatora, jeste upotreba sustava šinica. Kao što pokazuje Slika 5, sustavi šinica pružaju strukturirani i efikasan način rutiranja električnih vodnika, zaštiti ih od fizičkog oštećenja i pojednostavljenju instalacije i održavanja električnih sistema.

Sustavi šinica: Osobine i prednosti

Sustav šinica sastoji se od premontiranih ravniljaka (uključujući faze i neutralne vodnike) ugrađenih unutar jedne metalne kutije. Ovaj dizajn pruža strukturirani i organizovani pristup distribuciji električne energije.

U sustavima šinica za feeder-e, snabdjevanje strujom iz šinica ostvarenje putem tap-off jedinica. Ove jedinice su povezane na određene, preddefinisane lokacije duž šinica. Omogućavaju sigurno i kontrolisanu izdvajanje struje iz sistema, obično preko odgovarajućih zaštitnih uređaja, poput prekidaca ili prekidača. Ova postavka osigurava da električna energija može biti distribuirana precizno na različite opterećenja kako je potrebno.

Sustavi šinica nude nekoliko značajnih prednosti u odnosu na tradicionalne sustave bazirane na kablama:

• Ekonomičnost i lakota instalacije: Sustavi šinica su ekonomičniji za implementaciju i jednostavniji za instalaciju, posebno kada se radi o primenama s visokim strujama. U takvim scenarijima, postizanje potrebnih nominalnih struja s jednokorene kable često zahteva korišćenje više kabela kako bi se zadovoljili specifikacije za pad napona i pad napona. Ovo ne samo povećava složenost i trošak instalacije kabla, već i povećava rizik od prekomernog zagrijavanja između kablova, što može dovesti do strujnih krugova. Naprotiv, sustavi šinica pružaju efikasnije i pouzdano rešenje za distribuciju visokih struja.

• Mehanička čvrstoća i efikasnost instalacije: Oni pokazuju superiornu mehaničku čvrstoću na dugačkim udaljenostima sa minimalnim potrebama za montažom. Ova karakteristika značajno smanjuje vreme instalacije, jer se zahteva manje nosača i fiksatora u odnosu na kablovske trase. Robustnost sustava šinica također osigurava veću izdržljivost i pouzdanost tijekom rada.

• Štednja prostora i pojednostavljena konstrukcija: Sustavi šinica eliminiraju potrebu za više kablovskih trasa zajedno sa njihovim pratećim metalnim konstrukcijama, pojednostavljajući ukupnu električnu infrastrukturu. Ovo smanjenje složenosti ne samo štedi prostor, već olakšava upravljanje i održavanje sistema.

• Smanjena potreba za terminacijom: Oni zahtevaju manje prostora za terminaciju unutar ploča prekidaca. Ovo je ključna prednost, posebno u dizajnima ploča prekidaca gdje je prostor ograničen, omogućavajući kompaktnije i efikasnije raspored električnih panela.

• Eliminacija potrebe za spojnicima kablova: Budući da su sustavi šinica premontirani i ne zahtevaju spojnike kablova na mestu, eliminirana je potreba za specijaliziranim spojnicima kablova. Ovo ne samo smanjuje troškove rada, već i minimizira potencijalne greške povezane sa spojnicama kablova, poboljšavajući ukupnu kvalitetu i pouzdanost električne instalacije.

• Flexibilnost u distribuciji struje: Više tap-off izlaza pruža fleksibilnost u prilagođavanju promenama u zahtevima za strujom nakon prvobitne instalacije, u skladu sa ocjenom šinica. Ova funkcionalnost omogućava lako rekonfigurisanje električnog sistema kako bi se prilagodilo novim opterećenjima ili promenama u zahtevima za opterećenjem, čineći sustave šinica visoko prilagodljivim na evolutivne električne potrebe.

• Lakota ponovnog pozicioniranja i proširenja: Ponovno pozicioniranje distribucijskih izlaza je jednostavan proces sa sustavima šinica. Također, sistem se može lako proširiti kako rastu električni zahtevi objekta, pružajući skalabilno rešenje za distribuciju struje.

• Estetička privlačnost: U prostorima gdje je električni sistem vidljiv, sustavi šinica pružaju estetski privlačan izgled u usporedbi s paketima kablova. Njihov elegantan i uniforman dizajn može poboljšati vizualni izgled unutrašnjosti zgrade, čineći ih preferiranim izborom u komercijalnim i javnim prostorima.

• Ponovna upotreba: Sustavi šinica mogu biti demontirani i ponovno korišćeni u drugim prostorima, pružajući ekonomično rešenje za objekte koji podliježu renovaciji ili proširenju. Ova mogućnost ponovne upotrebe ne samo smanjuje odbačeni materijal, već i pruža značajne uštede u pogledu materijala i troškova instalacije.

• Poboljšana otpornost na vatru: Oni pružaju bolju otpornost na širenje vatre u usporedbi sa tradicionalnim kablovskim sustavima. Metalna oklopna kutija šinica pomaže u sadržanju vatre i sprečavanju njenog širenja kroz električni sistem, doprinoseći poboljšanoj vatreno sigurnosti u zgradama.