Sbírky a spoje v HV a EHV instalacích

Co je elektrický sběrník?

Elektrický sběrník je vodič nebo sada vodičů navržená k shromažďování elektrické energie z příchozích napájecích vodičů a distribuci této energie na odchozí napájecí vodiče. Funkčně slouží jako uzel, kde se setkávají proudy přicházející a odcházející, funguje tedy jako centrální uzlový bod pro agregaci a distribuci energie.

Instalace sběrníků venku

V systémech s vysokým (HV), extra vysokým (EHV) a středním (MV) napětím venku se často používají holé sběrníky a spoje, které jsou dostupné v trubkovém nebo drátovém provedení:

• Trubkové sběrníky: Podporované sloupovými izolátory (obvykle keramickými), nabízejí vysokou mechanickou pevnost a vynikající odolnost proti koroně.

• Drátové sběrníky: Upevněné pomocí konečných klešťů, ideální pro instalace vyžadující velkou rozpětí a pružnost.

(Příklady těchto konfigurací jsou znázorněny na obrázcích 1 a 2.)

Sběrníky pro instalace rozvodových zařízení

Sběrníky pro rozvodová zařízení jsou obvykle vyráběny z mědi, hliníku nebo hliníkových slitin (např. Al-Mg-Si série), s klíčovými charakteristikami holých sběrníků včetně:

• Geometrické parametry

• Trubkové vodiče: vnější průměr a tloušťka stěny

• Drátové vodiče: nominální plocha průřezu

• Mechanické vlastnosti

• Tahová/komprese/hnití pevnost

• Odolnost proti průhybu

• Sekční modul a moment setrvačnosti

• Nosná schopnost proudu

• Nominální proud: určen materiálovou vodivostí a podmínkami tepelného odvodu. Protože holé vodiče spoléhají na vzduchovou izolaci, nominální napětí není hlavním kritériem výběru.

Technologie připojení sběrníků

Pro ukončení sběrníků na zařízení jsou nezbytné speciální spoje, jak je znázorněno na obrázku 3. Typické konfigurace zahrnují:

• Příhradová spoje: tuhé spoje upevněné šrouby s řízenou točivou silou, vyžadují správu kontaktového odporu k prevenci přehřevu

• Přechodové terminály: řeší elektrochemickou korozí mezi různými materiály (např. mědě-hliník)

Návrh spoje musí splňovat:

• Normy pro plochu kontaktu pro teplotní nárůst (např. IEC 61439)

• Úpravy kompatibility materiálů (např. cínování pro přechody mědě-hliník)

• Mechanická stabilita za krátkozavěté dynamické síly

Inženýrské zvážení

Systémy sběrníků středního/vysokého napětí vyžadují integrovaný návrh pro:

• Tepelné řízení: optimalizovaná konvekce vzduchu nebo nucené chlazení pro kontrolu teplotního nárůstu

• Dynamická stabilita: strukturní integrity za krátkozavětých dynamických sil

• Ochrana prostředí: ochrana IP3X nebo vyšší odpovídající provozním podmínkám

Tyto opatření kolektivně zajišťují spolehlivou přenos energie a prodlouženou životnost zařízení.

Široce používány v datových centrech a průmyslových závodech pro distribuci vysokého proudu, tyto systémy umožňují flexibilní rozvržení a snadné rozšíření díky modulárnímu návrhu.
Pro spoje měď-měď se používají bronzové spoje; pro spoje hliník-hliník se používají spoje ze slitiny hliníku; a pro spoje měď-hliník jsou povinné dvousložkové spoje, aby se zabránilo korozí způsobené elektrolytickými efekty.
Izolované sběrníky a systémy potrubí
V interiérových instalacích středního (MV) a nízkého (LV) napětí - zejména tam, kde existují vysoké proudy a omezený prostor - jsou sběrníky často umístěny v kovových obalech pro mechanickou ochranu a izolaci.Tento návrh snižuje tepelné odvody sběrníků kvůli omezování proudění vzduchu a ztrát radiace, což vede k hodnotám proudu výrazně nižším než u instalací ve volném vzduchu. Ventilované obaly lze použít k minimalizaci deratací proudu.

Analýza technických detailů

• Elektrochemická ochrana pro různé materiálové spoje

• Spoje měď-měď: Bronzové spoje (cínový bronz nebo hliníkový bronz) zlepšují spolehlivost kontaktu prostřednictvím posílení pevnosti roztoku, prevence relaxace mědi.

• Spoje hliník-hliník: Spoje ze slitiny 6061-T6 hliníku procházejí věkováním, aby zajistily stabilitu oxidové vrstvy.

• Přechodové spoje měď-hliník: Dvousložkové spoje používají explozivní svařování nebo lepení (např. kompozitní tyče měď-hliník) k blokování cest elektrochemické korozí.

• Tepelné výzvy v uzavřených sběrnících
  Analýza tepelného odpodu: Vzduchové mezery vytvořené obaly snižují tepelnou vodivost o 30%-50%.
  Řešení kompenzace:
  

• Nucené chlazení vzduchem: interní ventilátory zvyšují nosnou schopnost proudu o 20%-30%.

• Chladicí lamely obalu: zvýšená plocha pro přirozenou konvekci.

• Vysokoteplotní izolační materiál: silikonové gumové pokrytí pro snížení tepelného odpodu.

• Specifikace inženýrské aplikace
  

• Třída ochrany: obvykle IP54 pro interiérové prostředí, upgradováno na IP65 v vlhkých podmínkách.

• Odolnost proti krátkému zapojení: soulad s požadavky IEC 61439 na dynamickou a termickou stabilitu.

• Kompensace rozpínání: rozpínací spoje každých 30-50 metrů pro akomodaci termické deformace.

Široce používány v datových centrech a průmyslových závodech pro distribuci vysokého proudu, tyto systémy umožňují flexibilní rozvržení a snadné rozšíření díky modulárnímu návrhu.

Izolované sběrníky

Izolované sběrníky obvykle tvoří měděné nebo hliníkové ploché tyče (jedna nebo více na fázi, rozměrovány podle požadavků proudu), s každou fází umístěnou v samostatném zazemleném obalu. Konce obalu jsou spojeny krátkozavětými spoji schopnými nést plné chybové proudy.Obal především prevence mezfázových krátkých zapojení. Kromě toho neutralizuje magnetické pole generované proudy vodičů: rovnocenný a opačný proud indukovaný v obalu téměř úplně neutralizuje elektromagnetické pole.Běžná izolační média zahrnují vzduch a SF₆.

Systémy sběrníkového potrubí LV

V instalacích s nízkým napětím nabízejí systémy sběrníkového potrubí nákladově efektivní řešení pro distribuci energie, dodávají více zařízení a propojují rozvodová zařízení nebo transformátory, jak je znázorněno na obrázku 5.

Systémy sběrníkového potrubí

Systém sběrníkového potrubí je předem sestavená konfigurace obsahující ploché vodiče (fáze a neutrála) v jednom kovovém obalu.V systémech sběrníkového potrubí pro napájení je výběr energie dosažen standardizovanými jednotkami pro výběr, které se připojují na předdefinovaných pozicích v potrubí. Tyto jednotky umožňují výběr energie prostřednictvím kompatibilních ochranných zařízení.

Výhody oproti kabelovým systémům:

• Nákladová efektivita a efektivita instalace

• Ekonomičtější pro aplikace s vysokým proudem: eliminuje potřebu paralelních jednovláknových kabelů pro splnění požadavků na proud, padění napětí a výpadky.

• Snížení rizika přehřevu: zabrání tepelnému zápěti v kabelových svazcích, které mohou vést k krátkému zapojení.

• Mechanická převaha

• Stabilita pro dlouhé rozpětí: vyžaduje minimální fixace, což snižuje dobu instalace.

• Eliminace kabelových nosných struktur: minimalizuje požadavky na kovové konstrukce.

• Výhody v prostoru a údržbě

• Umožňuje změny výkonu po instalaci (v rámci hodnot potrubí).

• Umožňuje snadné přesunutí distribučních bodů.

• Umožňuje snadné rozšíření systému.

• Snížení prostoru pro ukončení rozvodové desky.

• Eliminace kabelových spojů: snižuje kontaktový odpor a body selhání.

• Flexibilní návrh pro výběr energie:

• Další výhody

• Estetická atraktivita v viditelných oblastech.

• Možnost znovu použití: mohou být rozebrány a přemístěny.

• Zvýšená odolnost proti ohni: kovové obaly omezují šíření ohně.