Šine i spojnice u visokonaponskim i ekstremno visokonaponskim instalacijama

Što je električna busbar?

Električna busbar je vodiljački ili skup vodiljački dizajnirani za prikupljanje električne energije iz dolaznih ulaza i distribuciju na odlazne izlaze. Funkcionalno, služi kao spojna točka gdje se strujni tokovi ulaznog i izlaznog pravca sastaju, djelujući kao centralni hub za agregiranje i distribuciju snage.

Instalacije busbara u vanjskom prostoru

U visokonaponskim (HV), ekstra visokonaponskim (EHV) i vanjskim srednjestrujnapskim (MV) sustavima, obično se koriste gole busbare i spojnice, s vodiljačkim elementima dostupnim u cjevovitom ili žicevitem obliku:

• Cjevoviti busbari: Podržani stupnim izolatorima (obično keramičkim), pružaju visoku mehaničku čvrstoću i odličnu otpornost na koronu.

• Žiceviti busbari: Fiksirani završnim klampama, idealni za instalacije koje zahtijevaju veliku rasponsku fleksibilnost.

(Primjeri navedenih konfiguracija prikazani su na slici 1 i 2.)

Busbari za instalacije prekidača

Busbari za prekidače obično se izrađuju od bakra, aluminija ili legura aluminija (npr. Al-Mg-Si serija), s ključnim karakteristikama gole busbare uključuju:

• Geometrijski parametri

• Cjevoviti vodiljački elementi: Vanjski promjer i debljina zida

• Žiceviti vodiljački elementi: Nominalna presječna površina

• Mehanička svojstva

• Čvrstoća na razvlačenje/skurčivanje/savijanje

• Otpornost na savijanje

• Momentni modul i moment inercije

• Kapacitet prijenosa struje

• Nominirana struja: Određena otporom materijala i uvjetima disipacije topline. Budući da se gole vodiljačke elemente oslanjaju na zračnu izolaciju, nominirana napona nije glavni kriterij odabira.

Tehnologija spajanja busbara

Posebni spojnici su nužni za terminiranje busbara na opremu, kao što je prikazano na slici 3. Tipične konfiguracije uključuju:

• Spajanje šrafovima: Čvrste spojeve fiksirane šrafovima pod kontrolom torznog momenta, zahtijeva upravljanje kontaktotonom kako bi se spriječilo pregrejavanje

• Prošireni spojevi: Kompenziraju termičko proširenje, smanjujući koncentracije strukturnih stresa

• Prijelazni terminali: Rješavaju problem elektrokemijskog korozije između različitih materijala (npr. bakar-aluminij)

Dizajn spojeva mora biti u skladu sa:

• Standardi površine kontakta za povećanje temperature (npr. IEC 61439)

• Tretmani kompatibilnosti materijala (npr. tiniranje za bakar-aluminij prijelaze)

• Mehanička stabilnost pod kratkospojnim elektrodinamičkim silama

Inženjerske razmatranje

Sustavi busbara za srednji/viski napon zahtijevaju integrirani dizajn za:

• Termalno upravljanje: Optimizirana zračna konvekcija ili prisilno hlađenje za kontrolu povećanja temperature

• Dinamička stabilnost: Strukturna integritet pod kratkospojnim elektrodinamičkim silama

• Zaštita okoliša: IP3X ili više zaštita od penetracije usklađena s operativnim okruženjima

Ove mjere zajedno osiguravaju pouzdan prijenos snage i produžen vijek trajanja opreme.

Široko korišteni u podatkovnim centrima i industrijskim objektima za prijenos velikih struja, ovi sustavi omogućuju fleksibilan raspored i lako proširivanje putem modularnog dizajna.
Za bakar-bakar spojeve koriste se brončani spojnici; za aluminij-aluminij spojeve, spojnici od legure aluminija trebaju se primijeniti; a za bakar-aluminij spojeve, dvometalni spojnici su nužni kako bi se spriječila korozija uzrokovana elektrolitskim efektima.
Izolirani busbari i sustavi traka
U unutarnjim srednjestrujnih (MV) i niskonaponskim (LV) instalacijama - posebno tamo gdje se velike struje kombiniraju s ograničenim prostorom - busbari često se zatvaraju u metaličke kućiće za mehaničku zaštitu i izolaciju.Ovaj dizajn smanjuje disipaciju toplote busbara zbog ograničene zračne cirkulacije i gubitaka zračenja, rezultirajući značajno nižim kapacitetima struje u odnosu na instalacije slobodnog zraka. Ventilirani kućići mogu se koristiti kako bi se smanjilo smanjenje kapaciteta struje.

Analiza tehničkih detalja

• Elektrokemijska zaštita za spojeve različitih materijala

• Bakar-bakar spojevi: Brončani spojnici (tin bronc ili aluminij bronc) poboljšavaju pouzdanost kontakta kroz čvršćenje solidnog rastvora, spriječavajući relaksaciju plasta čistog bakra.

• Aluminij-aluminij spojevi: Spojevi od legure aluminija 6061-T6 podliježu starosnom tretmanu kako bi se osigurala stabilnost oksidne pelje.

• Bakar-aluminij prijelazi: Dvometalni spojnici koriste eksplozivnu svarenju ili brazovanje (npr. kompozitne šipke bakar-aluminij) kako bi blokirali puteve elektrokemijske korozije.

• Tehnički izazovi u zatvorenim busbarima
  Analiza toplotnog otpora: Zračni razmaci formirani kućićima smanjuju toplotnu provodljivost za 30%-50%.
  Rješenja kompenzacije:
  

• Prisilno hlađenje zrakom: Unutarnji ventilatori povećavaju kapacitet prijenosa struje za 20%-30%.

• Hlađenički perci na kućiću: Povećana površina za prirodnu konvekciju.

• Izolacija visoke toplotne provodljivosti: Silikonske gumne prevlake za smanjenje toplotnog otpora.

• Specifikacije inženjerske primjene
  

• Klasa zaštite: Obično IP54 za unutarnje okruženje, nadograđeno na IP65 u vlaznim uvjetima.

• Otupanjem kratkospoja: U skladu s dinamičkim i toplotnim zahtjevima IEC 61439.

• Kompenzacija proširenja: Prošireni spojevi svakih 30-50 metara kako bi se prilagodilo termičko deformiranje.

Široko korišteni u podatkovnim centrima i industrijskim objektima za prijenos velikih struja, ovi sustavi omogućuju fleksibilan raspored i lako proširivanje putem modularnog dizajna.

Izolirani busbari

Izolirani busbari obično se sastoje od ravanih traka od bakra ili aluminija (jedna ili više po fazama, dimenzionirani prema potrebama struje), s svakom fazom zatvorenom u zasebnom zemljenom omotaču. Krajnji dijelovi omotača spojeni su kratkospojnim spojnicama sposobnim nositi punu struju greške.Omotač uglavnom sprječava međufazne kratkospoje. Također, on neutralizira magnetska polja generirana strujama vodiljačkih elemenata: jednaka i suprotna struja inducirana u omotaču gotovo potpuno neutralizira elektromagnetsko polje.Zajednički izolacijski mediji uključuju zrak i SF₆.

Sustavi LV busbarskih traka

U niskonaponskim instalacijama, sustavi busbarskih traka nude učinkovito rješenje za distribuciju snage, opskrbljujući više uređaja i povezujući prekidačne tablice ili transformatore, kao što je prikazano na slici 5.

Sustavi busbarskih traka

Sustav busbarskih traka je predasamblirana konfiguracija koja sadrži ravne trake vodiljačkih elemenata (faze i neutral) unutar jednog metaličkog kućića.U sustavima busbarskih traka za ishranu, prijenos struje postiže se putem standardiziranih jedinica za ishranu, koje se spajaju na preddefinirane pozicije duž traka. Ove jedinice omogućuju prijenos struje putem kompatibilnih zaštitnih uređaja.

Prednosti u odnosu na sustave kabela:

• Učinkovitost troškova i brza instalacija

• Ekonomičnije za primjene s velikim strujama: Eliminira potrebu za paralelnim jednokoretnim kabelima kako bi se ispunili zahtjevi za nominalnom strujom, padom napona i dipom.

• Smanjuje rizik od pregrejavanja: Spriječava nagomilavanje toplote u skupinama kablova koje mogu dovesti do kratkospoja.

• Mehanička superioritet

• Stabilnost na dugačkim rasponima: Zahtijeva minimalne fiksacije, smanjujući vrijeme instalacije.

• Eliminira strukture za podršku kablova: Smanjuje potrebu za metalnim radom.

• Prednosti u prostoru i održavanju

• Pruža mogućnost promjene snage nakon instalacije (unutar kapaciteta traka).

• Olakšava ponovno pozicioniranje točaka distribucije.

• Omogućuje proširivanje sustava.

• Smanjuje prostor za terminiranje prekidačne tablice.

• Eliminira spojeve kablova: Smanjuje otpor kontakta i točke neuspjeha.

• Fleksibilan dizajn za ishranu:

• Dodatne prednosti

• Estetička privlačnost u vidljivim područjima.

• Mogućnost demontiranja i prebacivanja.

• Poboljšana otpornost na vatru: Metalni kućići smanjuju širenje vatre.