Шины и соединители в установках ВН и ОВН

Что такое электрическая шина?

Электрическая шина - это проводник или набор проводников, предназначенный для сбора электроэнергии от входящих линий и распределения её на выходящие линии. Функционально она служит как соединительный узел, где сходятся входящие и исходящие токи, действуя в качестве центрального хаба для агрегации и распределения энергии.

Установки открытых шин

В высоковольтных (HV), сверхвысоковольтных (EHV) и наружных средневольтных (MV) системах обычно используются голые шины и соединители, которые могут быть выполнены в виде трубчатых или многожильных проводников:

• Трубчатые шины: Поддерживаются колонными изоляторами (обычно керамическими), что обеспечивает высокую механическую прочность и превосходную коронную стойкость.

• Многожильные шины: Закрепляются зажимами, идеально подходят для установок, требующих большого диапазона гибкости.

(Примеры вышеуказанных конфигураций показаны на рисунках 1 и 2.)

Шины для установок коммутационного оборудования

Шины коммутационного оборудования обычно изготавливаются из меди, алюминия или алюминиевых сплавов (например, серии Al-Mg-Si), с ключевыми характеристиками голых шин, включающими:

• Геометрические параметры

• Трубчатые проводники: внешний диаметр и толщина стенки

• Многожильные провода: номинальная площадь поперечного сечения

• Механические свойства

• Прочность на растяжение/сжатие/изгиб

• Сопротивление потере устойчивости

• Модуль сечения и момент инерции

• Способность к передаче тока

• Номинальный ток: определяется удельным сопротивлением материала и условиями теплоотвода.Поскольку голые проводники полагаются на воздушную изоляцию, номинальное напряжение не является основным критерием выбора.

Технология соединения шин

Для подключения шин к оборудованию необходимы специальные соединители, как показано на рисунке 3. Типичные конфигурации включают:

• Болтовые соединения: жесткие соединения, закрепленные болтами с контролируемым усилием затяжки, требуют управления контактным сопротивлением, чтобы предотвратить перегрев

• Компенсационные соединения: компенсируют тепловое расширение, снижая концентрацию структурных напряжений

• Переходные терминалы: решают проблему электрохимической коррозии между разнородными материалами (например, медно-алюминиевые соединения)

Проектирование соединений должно соответствовать:

• Стандартам контактной площади для повышения температуры (например, IEC 61439)

• Обработке совместимости материалов (например, оловянное покрытие для медно-алюминиевых переходов)

• Механической устойчивости при воздействии электродинамических сил короткого замыкания

Инженерные соображения

Системы шин среднего и высокого напряжения требуют интегрированного проектирования для:

• Термического управления: оптимизация естественной конвекции воздуха или принудительного охлаждения для контроля повышения температуры

• Динамической устойчивости: сохранение структурной целостности при воздействии электродинамических сил короткого замыкания

• Защиты окружающей среды: степень защиты IP3X или выше, соответствующая эксплуатационным условиям

Эти меры в совокупности обеспечивают надежную передачу энергии и продление срока службы оборудования.

Широко используемые в дата-центрах и промышленных предприятиях для распределения больших токов, эти системы обеспечивают гибкую планировку и легкое расширение благодаря модульной конструкции.
Для медных-медных соединений используются бронзовые соединители; для алюминиевых-алюминиевых соединений применяются алюминиевые сплавы; для медных-алюминиевых соединений обязательны двухметаллические соединители, чтобы предотвратить коррозию, вызванную электрохимическими эффектами.
Изолированные шины и системы шинопроводов
Внутренних средневольтных (MV) и низковольтных (LV) установках, особенно там, где сочетаются большие токи и ограниченное пространство, шины часто заключаются в металлические корпуса для механической защиты и изоляции.Такой дизайн снижает теплоотдачу шин из-за ограничения воздушного потока и потерь излучения, что приводит к значительному снижению допустимых токов по сравнению с установками на свободном воздухе. Вентилируемые корпуса можно использовать для минимизации снижения допустимых токов.

Анализ технических деталей

• Электрохимическая защита для различных материальных соединений

• Медные-медные соединения: бронзовые соединители (оловянная бронза или алюминиевая бронза) повышают надежность контакта за счет упрочнения твердым раствором, предотвращая расслабление чистой меди.

• Алюминиевые-алюминиевые соединения: соединители из алюминиевого сплава 6061-T6 проходят старение для обеспечения стабильности оксидной пленки.

• Медные-алюминиевые переходы: двухметаллические соединители используют взрывное сваривание или пайку (например, медно-алюминиевые составные шины) для блокировки путей электрохимической коррозии.

• Термические проблемы в закрытых шинах
  Анализ теплового сопротивления: воздушные зазоры, образованные корпусами, снижают теплопроводность на 30%-50%.
  Решения компенсации:
  

• Принудительное охлаждение воздухом: внутренние вентиляторы увеличивают допустимый ток на 20%-30%.

• Охлаждающие ребра корпуса: увеличенная поверхность для естественной конвекции.

• Изоляция с высокой теплопроводностью: силиконовое резиновое покрытие для снижения теплового сопротивления.

• Инженерные спецификации применения
  

• Класс защиты: обычно IP54 для внутренних условий, обновлен до IP65 в условиях высокой влажности.

• Сопротивление короткому замыканию: соответствует требованиям динамической и тепловой стабильности IEC 61439.

• Компенсация расширения: компенсационные соединения каждые 30-50 метров для учета теплового деформирования.

Широко используемые в дата-центрах и промышленных предприятиях для распределения больших токов, эти системы обеспечивают гибкую планировку и легкое расширение благодаря модульной конструкции.

Изолированные шины

Изолированные шины обычно состоят из медных или алюминиевых плоских шин (одна или несколько на фазу, размер которых определяется требованиями к току), с каждой фазой, заключенной в отдельно заземленный кожух. Концы кожуха соединены шинами, способными выдерживать полные токи короткого замыкания.Основная функция кожуха - предотвращение межфазных коротких замыканий. Кроме того, он компенсирует магнитные поля, создаваемые токами проводников: равный и противоположный ток, индуцированный в кожухе, почти полностью нейтрализует электромагнитное поле.Обычные изолирующие среды включают воздух и SF₆.

Системы шинопроводов низкого напряжения

В установках низкого напряжения системы шинопроводов предлагают экономически эффективное решение для распределения энергии, питания нескольких устройств и соединения щитов или трансформаторов, как показано на рисунке 5.

Системы шинопроводов

Система шинопроводов - это предварительно собранная конфигурация, содержащая плоские шины (фазные и нейтральные) внутри одного металлического корпуса.В системах шинопроводов питание осуществляется через стандартизированные устройства отбора мощности, которые подключаются в заранее определенных местах вдоль шинопровода. Эти устройства позволяют извлекать мощность через совместимые защитные устройства.

Преимущества по сравнению с кабельными системами:

• Экономичность и эффективность установки

• Более экономично для применений с высокими токами: исключает необходимость использования параллельных одноядерных кабелей для достижения требуемых токов, падения напряжения и глубины.

• Снижает риск перегрева: предотвращает накопление тепла в пучках кабелей, которое может привести к короткому замыканию.

• Механическое превосходство

• Устойчивость на больших пролетах: требует минимального числа креплений, что сокращает время установки.

• Исключает конструкции для поддержки кабелей: минимизирует потребность в металлоконструкциях.

• Преимущества в пространстве и обслуживании

• Позволяет изменения мощности после установки (в пределах рейтинга шинопровода).

• Облегчает перемещение точек распределения.

• Упрощает расширение системы.

• Снижает пространство для оконцевания щитов.

• Исключает кабельные соединения: снижает контактное сопротивление и точки отказа.

• Гибкий дизайн отбора мощности:

• Дополнительные преимущества

• Эстетическая привлекательность в видимых зонах.

• Возможность повторного использования: можно разобрать и переместить.

• Улучшенная пожаростойкость: металлические корпуса препятствуют распространению огня.