Busbarer og forbindelser i HV- og EHV-installationer

Hvad er en elektrisk busbar?

En elektrisk busbar er en leder eller et sæt ledere, der er designet til at samle elektrisk strøm fra indkomne forsyninger og distribuere den til udgående forsyninger. Funktionelt fungerer den som en krydssammenkobling, hvor inflødt og udfødt strøm mødes, og agerer som et centralt knudepunkt for strømsamling og -distributering.

Udendørs busbarinstallationer

I højspændings- (HV), ekstra-højspændings- (EHV) og udendørs mediumspændingssystemer (MV) bruges typisk barbusbars og forbindelser, med ledere i rørform eller strandedrådekonfiguration:

• Rørformede busbars: Støttet af kolonneisolatorer (typisk keramik), disse tilbyder høj mekanisk styrke og superiør koronaresistens.

• Strandedrådebusbars: Fastholdt med slutklamper, ideelle til installationer, der kræver stor spænddeksibilitet.

(Eksempler på de ovenstående konfigurationer er illustreret i figur 1 og 2.)

Busbars til brydereinstallationer

Bryderebusbars er typisk fremstillet af kobber, aluminium eller aluminiumlegeringer (f.eks. Al-Mg-Si-serien), med nøgleegenskaber for barbusbars inklusive:

• Geometriske parametre

• Rørledere: Ydre diameter og vægtykkelse

• Strandedråde: Nominel tværsnitsareal

• Mekaniske egenskaber

• Trækning/komprimering/bøjning styrke

• Knusningsmodstand

• Tværsnitmodule og inertimoment

• Strømførende kapacitet

• Nominel strøm: Bestemt af materialel-resistivitet og varmeafgiftsforhold. Da barledere afhænger af luftisolation, er nominel spænding ikke en primær valgkriterie.

Busbarforbindelseteknologi

Dedikerede forbindelser er afgørende for at afslutte busbars til udstyr, som illustreret i figur 3. Typiske konfigurationer inkluderer:

• Boltede forbindelser: Rigidt fastholdt ved torquekontrollerede bolter, hvilket kræver kontaktmodstandsmanagement for at forebygge overophedning

• Udvidelsesledninger: Kompenserer for termisk udvidelse, hvilket mildner strukturelle stresskoncentrationer

• Overgangsterminaler: Løser elektrokemisk korrosion mellem forskellige materialer (f.eks. kobber-aluminiumgrænseflader)

Forbindelsesdesign skal overholde:

• Kontaktarealstandarder for temperaturstigning (f.eks. IEC 61439)

• Materialkompatibilitetsbehandlinger (f.eks. tinplatering for kobber-aluminiumovergange)

• Mekanisk stabilitet under kortslutnings-elektrodynamiske kræfter

Ingeniørhensyn

Medium-/højspændingsbryderebusbarsystemer kræver integreret design for:

• Termisk management: Optimeret luftkonvektion eller tvinget køling for at kontrollere temperaturstigning

• Dynamisk stabilitet: Strukturel integritet under kortslutnings-elektrodynamiske kræfter

• Miljøbeskyttelse: IP3X eller højere intrusionsbeskyttelse, der matcher driftsmiljøet

Disse foranstaltninger sikrer tilsammen pålidelig strømtransmission og forlængt udstyrslivstid.

Vidt anvendt i datacentre og industrielle anlæg til højstrømdistributering, gør disse systemer det muligt at have fleksibel layout og let udvidelse gennem modulært design.
For kobber-kobberforbindelser bruges bronseforbindelser; for aluminium-aluminiumforbindelser anvendes aluminiumlegeringsforbindelser; og for kobber-aluminiumforbindelser er bi-metalliske forbindelser obligatoriske for at forhindre korrosion, der skyldes elektrolytiske effekter.
Isolerede busbars & kabelkanalsystemer
I indendørs mediumspændings- (MV) og lavspændingsinstallationer (LV) – især, hvor høje strømme og begrænset plads findes – er busbars ofte indkapslet i metaliske kasser for mekanisk beskyttelse og isolation.Dette design reducerer busbars varmeafgift pga. begrænset luftcirkulation og strålingstab, hvilket resulterer i betydeligt lavere strømranger end for fri-luftinstallationer. Ventilerede kasseringer kan anvendes for at minimere strømnedsættelse.

Tekniske detaljeranalyse

• Elektrokemisk beskyttelse for forskellige materialforbindelser

• Kobber-kobberforbindelser: Bronseforbindelser (tinbronze eller aluminiumbronze) forbedrer kontaktreliabilitet via fastlösningforstærkning, hvilket forhindrer ren kobbercreep-relaxation.

• Aluminium-aluminiumforbindelser: 6061-T6 aluminiumlegeringsforbindelser undergår aldringbehandling for at sikre stabil oksidfilm.

• Kobber-aluminiumovergange: Bi-metalliske forbindelser bruger eksplosionsbrogning eller loddning (f.eks. kobber-aluminiumkompositstænger) for at blokere elektrokemiske korrosionsveje.

• Termiske udfordringer i indkapslede busbars
  Termisk modstandsanalyse: Luftmellemrum dannet af kasseringer reducerer termisk ledningsevne med 30%-50%.
  Kompensationsløsninger:
  

• Tvinget luftkøling: Indre ventilatorer øger strømførende kapaciteten med 20%-30%.

• Kasseringen med kølefløjl: Forøget overfladeareal for naturlig konvektion.

• Høj termisk ledningsevne isolation: Silikonkautschukbelægninger for at reducere termisk modstand.

• Ingeniørhensyn specifikationer
  

• Beskyttelsesklasse: Typisk IP54 for indendørs miljøer, opgraderet til IP65 i fugtige forhold.

• Kortslutningsudholdenhed: Overholder IEC 61439 dynamiske og termiske stabilitetskrav.

• Udvidelseskompensation: Udvidelsesledninger hver 30-50 meter for at imødekomme termisk deformation.

Vidt anvendt i datacentre og industrielle anlæg til højstrømdistributering, gør disse systemer det muligt at have fleksibel layout og let udvidelse gennem modulært design.

Isolerede busbars

Isolerede busbars består typisk af kobber eller aluminium flatbars (en eller flere pr. fase, størrelsen afhænger af strømbetingelser), med hver fase indkapslet i en separat jordet skjold. Skjoldets ender forbinder med kortslutningsratede stænger, der kan føre fuld fejlstrøm.Skjoldet forhindrer primært faser til faser kortslutning. Desuden neutraliserer det magnetiske felter, der genereres af ledersstrømme: en ligeværdig og modsat strøm induceret i skjoldet neutraliserer det elektromagnetiske felt næsten fuldstændigt.Almindelige isolerende medier inkluderer luft og SF₆.

LV busbar kabelkanalsystemer

I lavspændingsinstallationer tilbyder busbar kabelkanalsystemer en kostnadseffektiv løsning til strømdistributering, der leverer flere enheder og forbinder skrudderne eller transformatorer, som vist i figur 5.

Busbar kabelkanalsystemer

Et busbar kabelkanalsystem er en forhåndsmonteret konfiguration, der huser flatbarsledere (fasen og neutralen) inden for en enkelt metalisk kassering.I forsyningskabelkanalsystemer opnås strømtap-off gennem standardiserede tap-off enheder, der forbinder ved foruddefinerede positioner langs kabelkanalen. Disse enheder gør det muligt at trække strøm gennem kompatible beskyttelsesenheder.

Fordelar sammenlignet med kabelsystemer:

• Kostnadseffektivitet & installationshensyn

• Lavere omkostninger for højstrømanvendelser: Eliminerer behovet for parallelle enkeltkernekabler for at opfylde strømmer, spændingsnedtag og dipkrav.

• Reducerer risici for overophedning: Undgår varmesammenhobning i kablebundter, der kan føre til kortslutning.

• Mekanisk overlegenhed

• Stabilitet over lange spænd: Kræver minimal fastgøring, hvilket reducerer installationstid.

• Eliminerer kabelfastgøringssystemer: Minimerer metalvirksomhedsbehov.

• Plads & vedligeholdelsesfordele

• Tillader efter-installations strømændringer (inden for kabelkanalens ranger).

• Gør det nemt at flytte fordelingspunkter.

• Faciliterer systemudvidelse.

• Reducerer skruddernes terminationsplads.

• Eliminerer kabelforbindelser: Reducerer kontaktmodstand og fejpunkter.

• Flexibelt tap-off design:

• Yderligere fordele

• Estetisk tiltagende i synlige områder.

• Genbrugelig: Kan demonteres og flyttes.

• Forbedret brandmodstand: Metaliske kasseringer indeholder brandudbredelse.