شین ها و کانکتورها در نصب های فشار قوی و فوق فشار قوی

چه چیزی بازوی الکتریکی است؟

بازوی الکتریکی یک هادی یا مجموعه‌ای از هادی‌هاست که برای جمع‌آوری انرژی الکتریکی از خطوط ورودی و توزیع آن به خطوط خروجی طراحی شده است. از نظر عملکردی، به عنوان یک نقطه اتصال عمل می‌کند که جریان‌های ورودی و خروجی در آن همگرا می‌شوند و به عنوان یک مرکز اصلی برای تجمیع و توزیع انرژی عمل می‌کند.

نصب‌های بازوی الکتریکی در فضای باز

در سیستم‌های ولتاژ بالا (HV)، ولتاژ فوق العاده بالا (EHV) و سیستم‌های ولتاژ متوسط (MV) در فضای باز، معمولاً از بازوی برهنه و اتصالات استفاده می‌شود، با هادی‌های موجود در پیکربندی‌های لوله‌ای یا سیم‌پیچ:

• بازوهای لوله‌ای: با پشتیبانی از عایق‌های ستونی (معمولاً سرامیکی)، این نوع بازو قدرت مکانیکی بالا و مقاومت برتر در برابر کورونا را ارائه می‌دهد.

• بازوهای سیم‌پیچ: با استفاده از دستگاه‌های ضبط دست‌نشانده، مناسب برای نصب‌هایی است که نیاز به انعطاف‌پذیری در فواصل بزرگ دارند.

(نمونه‌هایی از پیکربندی‌های فوق در شکل‌های ۱ و ۲ نشان داده شده است.)

بازوهای الکتریکی برای نصب‌های سوئیچگیری

بازوهای سوئیچگیری معمولاً از مس، آلومینیوم یا آلیاژهای آلومینیوم (مانند سری Al-Mg-Si) ساخته می‌شوند، با ویژگی‌های کلیدی بازوی برهنه شامل:

• پارامترهای هندسی

• هادی‌های لوله‌ای: قطر خارجی و ضخامت دیواره

• سیم‌پیچ: مساحت مقطع نامی

• ویژگی‌های مکانیکی

• مقاومت کششی/فشاری/خمیدگی

• مقاومت در برابر خمیدگی

• مدول برشی و گشتاور لختی

• ظرفیت حمل جریان

• جریان اسمی: با توجه به مقاومت مواد و شرایط تشعشع گرما تعیین می‌شود. از آنجا که هادی‌های برهنه از عایق هوایی استفاده می‌کنند، ولتاژ اسمی به عنوان معیار انتخاب اصلی در نظر گرفته نمی‌شود.

فناوری اتصال بازوی الکتریکی

اتصال‌دهنده‌های اختصاصی برای پایان‌یافتن بازوی الکتریکی به تجهیزات ضروری هستند، همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده است. پیکربندی‌های معمول شامل:

• اتصال‌های بولتی: مفاصل محکم با بولت‌های کنترل‌شده توسط گشتاور، نیازمند مدیریت مقاومت تماس برای جلوگیری از گرم شدن اضافی

• مفصل‌های انبساطی: جبران انبساط حرارتی، کاهش تمرکز تنش‌های ساختاری

• طرف‌های انتقالی: حل مشکل فرسایش الکتروشیمیایی بین مواد مختلف (مانند رابط‌های مس-آلومینیوم)

طراحی اتصال باید با استانداردهای زیر مطابقت داشته باشد:

• استانداردهای مساحت تماس برای افزایش دما (مانند IEC 61439)

• درمان‌های سازگاری مواد (مانند روکش تن برای گذارهای مس-آلومینیوم)

• ثبات مکانیکی در برابر نیروهای الکترو-دینامیکی کوتاه مدت

اعتبارات مهندسی

سیستم‌های بازوی الکتریکی سوئیچگیری ولتاژ متوسط/بالا نیازمند طراحی یکپارچه برای:

• مدیریت حرارتی: همرفت هوا بهینه یا خنک‌سازی اجباری برای کنترل افزایش دما

• ثبات دینامیکی: تمامیت ساختاری در برابر نیروهای الکترو-دینامیکی کوتاه مدت

• حفاظت محیطی: محافظت ورود IP3X یا بالاتر مطابق با محیط‌های عملیاتی

این اقدامات به طور کلی انتقال قابل اعتماد انرژی و عمر طولانی‌تر تجهیزات را تضمین می‌کنند.

این سیستم‌ها به طور گسترده در مراکز داده و کارخانجات صنعتی برای توزیع قدرت با جریان بالا استفاده می‌شوند، این سیستم‌ها امکان طرح‌بندی انعطاف‌پذیر و گسترش آسان را از طریق طراحی ماژولار فراهم می‌کنند.
برای اتصالات مس-مس، از اتصال‌دهنده‌های برنزی استفاده می‌شود؛ برای اتصالات آلومینیوم-آلومینیوم، باید از اتصال‌دهنده‌های آلیاژ آلومینیوم استفاده شود؛ و برای اتصالات مس-آلومینیوم، اتصال‌دهنده‌های دو متالیجی الزامی هستند تا از فرسایش ناشی از اثرات الکترولیتی جلوگیری شود.
بازوهای عایق‌بندی‌شده و سیستم‌های ترانکینگ
در نصب‌های ولتاژ متوسط (MV) و ولتاژ پایین (LV) داخلی - به ویژه در مکان‌هایی که جریان‌های بالا و فضا محدود هستند - بازوها معمولاً در پوشش‌های فلزی قرار می‌گیرند برای محافظت مکانیکی و عایق‌بندی.این طراحی باعث کاهش تشعشع گرما از بازوها به دلیل محدودیت جریان هوا و از دست دادن تشعشع می‌شود، که منجر به رتبه‌های جریان قابل توجه کمتر از نصب‌های آزاد هوا می‌شود. می‌توان از پوشش‌های همرفت برای حداقل کردن کاهش جریان استفاده کرد.

تحلیل جزئیات فنی

• محافظت الکتروشیمیایی برای اتصالات مواد مختلف

• اتصالات مس-مس: اتصال‌دهنده‌های برنز (برنز تن یا برنز آلومینیوم) با تقویت محلول جامد، قابلیت تماس را افزایش می‌دهند و از آرام‌سازی گریز مس خالص جلوگیری می‌کنند.

• اتصالات آلومینیوم-آلومینیوم: اتصال‌دهنده‌های آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 با تجهیزات پیری می‌گذرند تا ثبات لایه اکسیدی را تضمین کنند.

• گذارهای مس-آلومینیوم: اتصال‌دهنده‌های دو متالیجی از جوشکاری انفجاری یا برازش (مانند میله‌های مرکب مس-آلومینیوم) استفاده می‌کنند تا مسیرهای فرسایش الکتروشیمیایی را مسدود کنند.

• چالش‌های مدیریت حرارتی در بازوی‌های عایق‌بندی‌شده
  تجزیه و تحلیل مقاومت حرارتی: شکاف‌های هوا تشکیل شده توسط پوشش‌ها موجب کاهش ۳۰٪-۵۰٪ هدایت حرارتی می‌شوند.
  راه‌حل‌های جبرانی:
  

• خنک‌سازی هوا اجباری: مراوح داخلی ظرفیت حمل جریان را ۲۰٪-۳۰٪ افزایش می‌دهند.

• فن‌های خنک‌سازی پوشش: سطح زیاد برای همرفت طبیعی.

• عایق با هدایت حرارتی بالا: پوشش‌های کائوچو سیلیکون برای کاهش مقاومت حرارتی.

• مشخصات کاربرد مهندسی
  

• کلاس محافظت: معمولاً IP54 برای محیط‌های داخلی، به IP65 در شرایط رطوبتی ارتقا یافته است.

• مقاومت در برابر کوتاه مدت: مطابق با الزامات پایداری دینامیکی و حرارتی IEC 61439.

• جبران انبساط: مفصل‌های انبساطی هر ۳۰-۵۰ متر برای جبران تغییر شکل حرارتی.

این سیستم‌ها به طور گسترده در مراکز داده و کارخانجات صنعتی برای توزیع قدرت با جریان بالا استفاده می‌شوند، این سیستم‌ها امکان طرح‌بندی انعطاف‌پذیر و گسترش آسان را از طریق طراحی ماژولار فراهم می‌کنند.

بازوهای عایق‌بندی‌شده

بازوهای عایق‌بندی‌شده معمولاً شامل میله‌های مسطح مس یا آلومینیوم (یک یا چند برای هر فاز، به اندازه جریان مورد نیاز) هستند، با هر فاز در یک پوشش جداگانه به زمین وصل شده. پایانه‌های پوشش با میله‌های مقاوم در برابر کوتاه مدت اتصال می‌شوند که قادر به حمل جریان‌های خطا کامل هستند.پوشش اصلی برای جلوگیری از کوتاه مدت بین فازها است. علاوه بر این، میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان‌های هادی را لغو می‌کند: یک جریان مساوی و مخالف در پوشش القای می‌شود که میدان الکترومغناطیسی را تقریباً کاملاً لغو می‌کند.رسانه‌های عایق‌بندی معمول شامل هوا و SF₆ هستند.

سیستم‌های ترانکینگ بازوی ولتاژ پایین

در نصب‌های ولتاژ پایین، سیستم‌های ترانکینگ بازوی یک راه‌حل اقتصادی برای توزیع قدرت هستند، تعداد زیادی دستگاه را تأمین می‌کنند و صفحات سوئیچ یا ترانسفورماتورها را به هم متصل می‌کنند، همان‌طور که در شکل ۵ نشان داده شده است.

سیستم‌های ترانکینگ بازوی

سیستم ترانکینگ بازوی یک پیکربندی پیش-ساخته است که هادی‌های مسطح (فاز و خنثی) را در یک پوشش فلزی واحد قرار می‌دهد.در سیستم‌های ترانکینگ فیدر، تامین قدرت از طریق واحد‌های استاندارد تامین قدرت در موقعیت‌های پیش‌تعیین‌شده در طول ترانکینگ انجام می‌شود. این واحد‌ها امکان استخراج قدرت از طریق دستگاه‌های محافظ سازگار را فراهم می‌کنند.

مزایای بیشتر نسبت به سیستم‌های کابلی:

• اقتصادی‌بودن و کارایی نصب

• اقتصادی‌تر برای کاربردهای با جریان بالا: حذف نیاز به کابل‌های تک‌هسته موازی برای رفع نیاز به رتبه جریان، کاهش ولتاژ و نیاز به دیپ.

• کاهش خطر گرم شدن: جلوگیری از تجمع گرما در گروه‌های کابلی که می‌تواند منجر به کوتاه مدت شود.

• تفوق مکانیکی

• پایداری در فواصل بلند: نیاز به ثابت‌کننده‌های کمتر، کاهش زمان نصب.

• حذف ساختارهای پشتیبانی کابل: کاهش نیاز به فلزکاری.

• مزایای فضایی و نگهداری

• قابلیت تغییر قدرت پس از نصب (در محدوده رتبه‌های ترانکینگ).

• امکان جابجایی آسان نقاط توزیع.

• تسهیل گسترش سیستم.

• کاهش فضای پایانه صفحه سوئیچ.

• حذف اتصالات کابلی: کاهش مقاومت تماس و نقاط شکست.

• طراحی تامین قدرت انعطاف‌پذیر:

• مزایای اضافی

• جاذبه زیبا در مناطق قابل مشاهده.

• قابلیت استفاده مجدد: می‌توان آن را دموانته کرده و جابجا کرد.

• مقاومت آتش سوزی بهبود یافته: پوشش‌های فلزی انتشار آتش را محدود می‌کنند.