고압 및 초고압 설비의 버스바와 커넥터

전기 버스바란?

전기 버스바는 들어오는 피더에서 전력을 수집하고 나가는 피더로 분배하도록 설계된 도체 또는 도체 세트입니다. 기능적으로, 이는 유입 및 유출 전류가 수렴하는 접속점으로, 전력 집합 및 분배의 중심 허브 역할을 합니다.

실외 버스바 설치

고압(HV), 초고압(EHV), 그리고 실외 중압(MV) 시스템에서는 일반적으로 맨손 버스바와 연결기가 사용되며, 도체는 튜브형 또는 줄기형 구성이 가능합니다:

• 튜브형 버스바: 주로 세라믹으로 된 기둥 절연체에 의해 지지되며, 높은 기계적 강도와 우수한 코로나 저항성을 제공합니다.

• 줄기형 버스바: 데드엔드 클램프로 고정되어, 큰 스팬 유연성이 필요한 설치에 이상적입니다.

(위 구성 예시는 그림 1과 2에 나타났습니다.)

스위치 기어 설치용 버스바

스위치 기어 버스바는 일반적으로 구리, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금(예: Al-Mg-Si 시리즈)으로 제작되며, 맨손 버스바의 주요 특성은 다음과 같습니다:

• 기하학적 매개변수

• 튜브형 도체: 외부 직경 및 벽 두께

• 줄기형 도체: 명목적인 단면적

• 기계적 특성

• 인장/압축/굽힘 강도

• 좌굴 저항

• 단면 모멘트 및 관성 모멘트

• 전류 용량

• 정격 전류: 재료 저항률 및 열 방산 조건에 따라 결정됩니다. 맨손 도체는 공기 절연에 의존하므로 정격 전압은 주요 선택 기준이 아닙니다.

버스바 연결 기술

버스바를 장비에 연결하기 위해 전용 커넥터가 필요하며, 그림 3에 보여진 것과 같습니다. 일반적인 구성은 다음과 같습니다:

• 볼트 연결: 토크 제어 볼트로 고정된 강성 조인트로, 과열을 방지하기 위해 접촉 저항 관리가 필요합니다.

• 팽창 조인트: 열 팽창을 보상하여 구조적 스트레스 집중을 완화합니다.

• 전환 단자: 다른 재질 간의 전기화학 부식(예: 구리-알루미늄 인터페이스)을 해결합니다.

연결 설계는 다음을 준수해야 합니다:

• 온도 상승을 위한 접촉 면적 표준(예: IEC 61439)

• 재질 적합성 처리(예: 구리-알루미늄 전환을 위한 납 도금)

• 단락 회로 전동력 하의 기계적 안정성

공학적 고려 사항

중/고압 스위치 기어 버스바 시스템은 다음과 같은 통합 설계가 필요합니다:

• 열 관리: 온도 상승을 제어하기 위한 최적화된 공기 대류 또는 강제 냉각

• 동적 안정성: 단락 회로 전동력 하의 구조적 무결성

• 환경 보호: 운영 환경에 맞는 IP3X 또는 그 이상의 침입 보호

이러한 조치들은 신뢰성 있는 전력 전송과 장비의 연장된 서비스 수명을 보장합니다.

데이터 센터와 산업 플랜트에서 고전류 전력 분배를 위해 널리 사용되며, 모듈식 설계를 통해 유연한 배치와 쉬운 확장을 가능하게 합니다.
구리-구리 연결에는 청동 커넥터가 사용되고, 알루미늄-알루미늄 연결에는 알루미늄 합금 커넥터가 적용되며, 구리-알루미늄 연결에는 전해 효과로 인한 부식을 방지하기 위해 양금속 커넥터가 필수입니다.
절연 버스바 및 트렁킹 시스템
실내 중압(MV) 및 저압(LV) 설치에서 특히 고전류와 제한된 공간이 공존하는 경우, 버스바는 기계적 보호와 절연을 위해 금속 케이싱으로 감싸집니다.이 설계는 제한된 공기 흐름과 복사 손실로 인해 버스바의 열 방산이 감소하여, 자유 공기 설치보다 현저히 낮은 전류 등급을 갖게 됩니다. 통풍된 케이싱을 사용하여 전류 등급 감소를 최소화할 수 있습니다.

기술적 세부 사항 분석

• 다양한 재질 연결을 위한 전기화학적 보호

• 구리-구리 조인트: 청동 커넥터(주석 청동 또는 알루미늄 청동)는 고체 용액 강화를 통해 접촉 신뢰성을 향상시키며, 순수 구리의 크리프 이완을 방지합니다.

• 알루미늄-알루미늄 조인트: 6061-T6 알루미늄 합금 커넥터는 산화막 안정성을 확보하기 위해 노화 처리를 거칩니다.

• 구리-알루미늄 전환: 양금속 커넥터는 폭발 용접 또는 브레이징(예: 구리-알루미늄 복합 바)을 사용하여 전기화학 부식 경로를 차단합니다.

• 폐쇄형 버스바의 열 관리 문제
  열 저항 분석: 케이싱에 의해 형성된 공기 간극은 열 전도율을 30%-50% 감소시킵니다.
  보상 솔루션:
  

• 강제 공기 냉각: 내부 팬이 전류 용량을 20%-30% 증가시킵니다.

• 케이싱 냉각 핀: 자연 대류를 위한 표면적 증대.

• 고 열 전도 절연: 실리콘 고무 코팅으로 열 저항을 감소시킵니다.

• 공학적 적용 사양
  

• 보호 등급: 실내 환경에서는 일반적으로 IP54, 습기 많은 조건에서는 IP65로 업그레이드됩니다.

• 단락 회로 견딜 수 있는 성능: IEC 61439 동적 및 열적 안정성 요구 사항을 준수합니다.

• 팽창 보상: 30-50m마다 열 변형을 수용하기 위해 팽창 조인트를 설치합니다.

데이터 센터와 산업 플랜트에서 고전류 전력 분배를 위해 널리 사용되며, 모듈식 설계를 통해 유연한 배치와 쉬운 확장을 가능하게 합니다.

절연 버스바

절연 버스바는 일반적으로 구리 또는 알루미늄 평판(전류 요구 사항에 따라 각 위상당 하나 이상)으로 구성되며, 각 위상은 개별적으로 접지된 케이싱으로 둘러싸여 있습니다. 케이싱 끝은 전체 고장 전류를 운반할 수 있는 단락 회로 등급의 바로 연결됩니다.케이싱은 주로 위상 간 단락 회로를 방지합니다. 또한, 도체 전류에 의해 생성되는 자기장을 상쇄합니다: 케이싱에 유도된 등가이고 반대방향의 전류가 자기장을 거의 완전히 중립화합니다.일반적인 절연 매체로는 공기와 SF₆가 있습니다.

저압 버스바 트렁킹 시스템

저압 설치에서는 버스바 트렁킹 시스템이 다수의 장치에 전력을 공급하고 스위치보드 또는 변압기를 상호 연결하는 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 그림 5에 보여진 것과 같습니다.

버스바 트렁킹 시스템

버스바 트렁킹 시스템은 단일 금속 케이싱 내에 평판 도체(위상 및 중성)를 수용하는 사전 조립 구성입니다.피더 트렁킹 시스템에서는 표준화된 탭오프 유닛을 통해 트렁킹의 미리 정의된 위치에서 전력을 추출합니다. 이러한 유닛은 호환되는 보호 장치를 통해 전력 추출을 가능하게 합니다.

케이블 시스템 대비 장점:

• 비용 효율성 및 설치 효율성

• 고전류 응용 분야에서 더 경제적: 전류 등급, 전압 강하, 및 딥 요구 사항을 충족하기 위해 병렬 단일 코어 케이블을 사용할 필요가 없습니다.

• 과열 위험 감소: 케이블 번들에서 발생하는 열 축적으로 인한 단락 회로를 방지합니다.

• 기계적 우월성

• 긴 스팬 안정성: 최소한의 고정 장치로 설치 시간을 줄입니다.

• 케이블 지원 구조 없음: 금속 작업 요구 사항을 최소화합니다.

• 공간 및 유지 관리 혜택

• 설치 후 전력 변경(트렁킹 등급 내에서).

• 분배 포인트의 쉽고 빠른 재배치.

• 시스템 확장 용이.

• 스위치보드 종단 공간 감소.

• 케이블 조인트 없음: 접촉 저항 및 고장 포인트 감소.

• 유연한 탭오프 설계:

• 추가적인 장점

• 노출된 영역에서의 미적 가치.

• 재사용 가능: 해체 및 재배치 가능.

• 향상된 화재 저항: 금속 케이싱이 화재 확산을 방지합니다.