高圧および超高圧設備におけるバスバーとコネクタ

電気バスバーとは何か

電気バスバーは、入力フィーダーから電力を集め、出力フィーダーに分配するための導体または導体の集合体です。機能的には、流入と流出の電流が収束する接合部として働き、電力の集約と分配の中心的なハブとなります。

屋外バスバー設置

高圧（HV）、超高圧（EHV）、および屋外中圧（MV）システムでは、通常、裸のバスバーとコネクタを使用します。導体はチューブ状またはストランドワイヤ構成で利用可能です：

• チューブ状バスバー：通常セラミック製の柱絶縁体によって支持され、高い機械的強度と優れたコロナ耐性を提供します。

• ストランドワイヤバスバー：デッドエンドクランプで固定され、大スパンでの柔軟性が必要な設置に適しています。

（上記構成の例は図1と図2に示されています。）

スイッチギア用バスバー

スイッチギア用バスバーは通常、銅、アルミニウム、またはアルミニウム合金（例えばAl-Mg-Siシリーズ）で製造され、裸のバスバーの主要な特性には以下のものがあります：

• 幾何学的パラメータ

• チューブ状導体：外径と壁厚

• ストランドワイヤ：公称断面積

• 機械的特性

• 引張り/圧縮/曲げ強度

• 屈曲抵抗

• 断面係数と慣性モーメント

• 通電容量

• 定格電流：材料の電気抵抗率と熱放出条件により決定されます。裸の導体は空気絶縁に依存しているため、定格電圧は主な選択基準ではありません。

バスバー接続技術

バスバーを設備に終端するために専用のコネクタが不可欠であり、図3に示されています。一般的な構成には以下があります：

• ボルト接続：トルク制御ボルトで固定された剛性ジョイントで、接触抵抗管理により過熱を防止します

• 伸縮ジョイント：熱膨張を補償し、構造的な応力集中を軽減します

• 移行端子：異種材料間（例えば銅-アルミニウム界面）の電気化学的腐食に対処します

接続設計は以下に準拠しなければなりません：

• 温度上昇のための接触面積標準（例えばIEC 61439）

• 材料相性処理（例えば銅-アルミニウム移行のための錫メッキ）

• 短絡電動力下での機械的安定性

エンジニアリングの考慮事項

中・高圧スイッチギアバスバーシステムでは、以下の統合設計が必要です：

• 熱管理：最適化された空気対流または強制冷却による温度上昇の制御

• 動的安定性：短絡電動力下での構造的整合性

• 環境保護：運転環境に合わせたIP3X以上の侵入保護

これらの措置は全体的に信頼性のある電力伝送と延長された設備寿命を確保します。

データセンターと工業プラントで広く使用され、高電流電力分配のためにフレキシブルなレイアウトと容易な拡張を可能にするこれらのシステムでは、銅-銅接続には青銅コネクタを使用し、アルミニウム-アルミニウム接続にはアルミニウム合金コネクタを使用し、銅-アルミニウム接続には二重金属コネクタを使用して電解効果による腐食を防ぎます。
絶縁バスバー & トランクシステム
室内中圧（MV）および低圧（LV）設置—特に高電流と限られたスペースが共存する場合—バスバーは機械的保護と絶縁のために金属製カバーで覆われることが多いです。この設計により、空気の流れと放射損失が制限されるため、バスバーの熱放出が減少し、自由空間設置よりも大幅に低い電流定格になります。換気されたエンクロージャを使用することで、電流降格を最小限に抑えることができます。

技術詳細分析

• 異なる材料接続の電気化学的保護

• 銅-銅接合部：青銅コネクタ（錫青銅またはアルミニウム青銅）は固体溶液強化により接触信頼性を向上させ、純粋な銅のクリープ緩和を防ぎます。

• アルミニウム-アルミニウム接合部：6061-T6アルミニウム合金コネクタは酸化膜の安定性を確保するための加齢処理を受けます。

• 銅-アルミニウム移行部：二重金属コネクタは爆発溶接またはブラジング（例えば銅-アルミニウム複合バー）を使用して電気化学的腐食パスを遮断します。

• 閉鎖型バスバーの熱管理課題
  熱抵抗分析：エンクロージャによって形成される空気ギャップは熱伝導率を30%〜50%減少させます。
  補償ソリューション：
  

• 強制空冷：内部ファンにより電流定格が20%〜30%向上します。

• エンクロージャ冷却フィン：自然対流のための表面積を増やします。

• 高熱伝導性絶縁：シリコンゴムコーティングにより熱抵抗を減少させます。

• エンジニアリング適用仕様
  

• 保護等級：通常室内環境ではIP54、湿度が高い場合はIP65にアップグレードされます。

• 短絡耐え：IEC 61439の動的および熱的安定性要件に準拠します。

• 伸縮補償：30〜50メートルごとに熱変形に対応する伸縮ジョイントを設けます。

データセンターと工業プラントで広く使用され、高電流電力分配のためにフレキシブルなレイアウトと容易な拡張を可能にするこれらのシステムでは、銅-銅接続には青銅コネクタを使用し、アルミニウム-アルミニウム接続にはアルミニウム合金コネクタを使用し、銅-アルミニウム接続には二重金属コネクタを使用して電解効果による腐食を防ぎます。

孤立バスバー

孤立バスバーは通常、銅またはアルミニウムの平板（各相1つまたはそれ以上、電流要求に基づいてサイズが決定）で構成され、各相は個別の接地シェルで覆われています。シェルの端部は全故障電流を通過できる短絡定格バーで接続されています。シェルは主に相間短絡を防ぎます。また、導体電流によって生成される磁場をキャンセルします：シェルに誘導される等しい反対方向の電流が電磁場をほぼ完全に中和します。一般的な絶縁媒体には空気とSF₆があります。

低圧バスバートランクシステム

低圧設置では、バスバートランクシステムはコスト効率の高い電力分配ソリューションを提供し、複数の装置への供給やスイッチボードやトランスフォーマー間の相互接続を行います。図5に示されています。

バスバートランクシステム

バスバートランクシステムは、単一の金属製エンクロージャ内で平板導体（相線および中性線）を収容した事前組み立て構成です。フィーダートランクシステムでは、標準化されたタップオフユニットを通じて電力引き出しを行い、トラッキング上の定義された位置に接続します。これらのユニットは、互換性のある保護装置を通じて電力抽出を可能にします。

ケーブルシステムに対する利点：

• コスト効率と設置効率

• 高電流用途に経済的：並列単心ケーブルの必要性を排除し、電流定格、電圧降下、および低下要件を満たします。

• 過熱リスクの軽減：ケーブルバンドルでの熱蓄積によるショートサーキットを避ける。

• 機械的優位性

• 長距離安定性：最小限の固定具で設置時間を短縮します。

• ケーブル支持構造の排除：金属部品の必要性を最小限に抑えます。

• スペースとメンテナンスの利点

• 設置後の電力変更に対応（トラッキング定格内）。

• 配電ポイントの簡単な再配置。

• システムの拡張を容易にします。

• スイッチボードの終端スペースを削減します。

• ケーブル接続部の排除：接触抵抗と故障点を低減します。

• 柔軟なタップオフ設計：

• 追加の利点

• 可視領域での美観。

• 再利用性：分解して再配置できます。

• 火災耐性の向上：金属製エンクロージャが火災の蔓延を抑制します。