Šinji in povezave v visokonapetostnih in ekstremno visokonapetostnih instalacijah

Kaj je električna busbar?

Električna busbar je vodilo ali niz vodil, zasnovanih za zbiranje električne energije iz vhodnih prenosnikov in njeno distribucijo na izhodne prenosnike. Funkcionalno deluje kot priključna točka, kjer se združujejo tokovi, ki tečejo v in iz, in s tem posreduje kot centralni hub za agregacijo in distribucijo energije.

Namestitve busbarjev na odprtem

V sistemih visoke (HV), zelo visoke (EHV) in odprtinskega srednje (MV) napetosti se običajno uporabljajo goji busbarji in povezave, z vodili, ki so na voljo v cevnih ali žičastih konfiguracijah:

• Cevni busbarji: Podprti s stolpi insulatorji (običajno keramični), ki ponujajo visoko mehansko trdoto in odlično odpornost na korono.

• Žičasti busbarji: Fiksirani s čepi, idealni za namestitve, ki zahtevajo veliko raztegljivost.

(Primeri zgornjih konfiguracij so prikazani na Slikah 1 in 2.)

Busbarji za namestitve preklopnika

Busbarji za preklopne naprave so običajno izdelani iz bakra, aluminija ali aluminijevih legir (npr. Al-Mg-Si serija), z ključnimi karakteristikami gojih busbarjev, ki vključujejo:

• Geometrijski parametri

• Cevni vodili: Zunanji premer in debelina stene

• Žičasti vodili: Imenovana prečna ploskev

• Mehanske lastnosti

• Trdota na rastezanje/stiskanje/skrivanje

• Odpornost na ustrnutost

• Sekčni moment in vztrajnostni moment

• Nosilnost toka

• Imenovani tok: Določen s upornostjo materiala in pogojem odvajanja toplote. Ker goji vodili polegajo na zračni izolaciji, imenovana napetost ni glavni kriterij za izbiro.

Tehnologija povezave busbarjev

Posebni konektorji so bistveni za zaključevanje busbarjev na opremo, kot je prikazano na Sliki 3. Tipične konfiguracije vključujejo:

• Boltane povezave: Trde spoji, fiksirani s šrafi, ki jih nadzorujejo z navideznim momentom, zahtevajo upravljanje kontaktne upornosti, da se prepreči preseganje temperature

• Razširilne povezave: Kompensirajo termično razširjenost, zmanjšujejo koncentracije strukturnega stresa

• Prelazni terminali: Rešujejo elektrokemijsko korozijo med različnimi materiali (npr. bakar-aluminij)

Dizajn povezave mora biti v skladu s:

• Standardi kontaktnih površin za povečanje temperature (npr. IEC 61439)

• Obdelava združljivosti materialov (npr. tiniranje za prehode bakar-aluminij)

• Mehanska stabilnost pod dinamičnimi silami kratkih krmeljnic

Inženirska premislek

Sistem busbarjev za srednje/višje napetosti zahteva integriran dizajn za:

• Termalno upravljanje: Optimizirana zračna konvekcija ali prisilno hlašenje za nadzor povečanja temperature

• Dinamična stabilnost: Strukturna celovitost pod dinamičnimi silami kratkih krmeljnic

• Varstvo okolja: Vstopna zaščita IP3X ali višja, prilagodljiva operativnim okoljem

Ti ukrepi skupaj zagotavljajo zanesljivo prenos energije in podaljšan življenjski čas opreme.

Široko uporabljeni v podatkovnih centrih in industrijskih obratih za distribucijo velikih tokov, ti sistemi omogočajo prilagodljiv postavitev in enostavno razširitev preko modulnega dizajna.
Za povezave bakar-bakar se uporabljajo bronasti konektorji; za povezave aluminij-aluminij se uporabljajo konektorji iz aluminijevih legir; za povezave bakar-aluminij so obvezni dvemetalični konektorji, da se prepreči korozija, povzročena elektrolitskimi učinki.
Izolirani busbarji & sistem trub
V notranjih srednje (MV) in nizkonapetostnih (LV) namestitvah – zlasti tam, kjer so veliki tokovi in omejen prostor – so busbarji običajno sklenjeni v kovinske omare za mehansko zaščito in izolacijo.Ta dizajn zmanjša oddajanje toplote busbarjev zaradi omejenega pretoka zraka in izgub radiacije, kar vodi do znatno nižjih imenovanih tokov kot pri namestitvah v prostem zraku. Ventilirane omare se lahko uporabljajo, da se zmanjša zmanjševanje toka.

Analiza tehničnih podrobnosti

• Elektrokemična zaščita za povezave različnih materialov

• Povezave bakar-bakar: Bronasti konektorji (tinov bronz ali aluminijev bronz) izboljšajo zanesljivost kontakta preko utrditve trdnega rešitve, preprečujejo relaksacijo plihanja čistega bakra.

• Povezave aluminij-aluminij: 6061-T6 konektorji iz aluminijevih legir prehajajo starostenje, da zagotovijo stabilnost oksidne plasti.

• Prehodi bakar-aluminij: Dvemetalični konektorji uporabljajo eksplozivno varilje ali braziranje (npr. kompozitne palice bakar-aluminij) za blokiranje poti elektrokemične korozije.

• Težave z termalnim upravljanjem v zaprtih busbarjih
  Analiza termalne upornosti: Zračne vrzeli, ustvarjene z omarami, zmanjšajo termalno prevodnost za 30%-50%.
  Rešitve za kompenzacijo:
  

• Prisilno hlašenje z zrakom: Notranji ventilatorji povečajo nosilnost toka za 20%-30%.

• Hladilne perese omare: Povečana površina za naravno konvekcijo.

• Izolacija z visoko termalno prevodnostjo: Premaze iz silikonske gumne za zmanjšanje termalne upornosti.

• Specifikacije za inženirske aplikacije
  

• Razred zaščite: Običajno IP54 za notranje okolje, posodobljeno na IP65 v vlagnih pogoji.

• Odpor na kratke krmeljnice: Skladen s standardi IEC 61439 za dinamično in termalno stabilnost.

• Kompensacija razširjenosti: Razširilne povezave vsakih 30-50 metrov za prilagoditev termalnim deformacijam.

Široko uporabljeni v podatkovnih centrih in industrijskih obratih za distribucijo velikih tokov, ti sistemi omogočajo prilagodljiv postavitev in enostavno razširitev preko modulnega dizajna.

Izolirani busbarji

Izolirani busbarji običajno sestavljajo platne vodile iz bakra ali aluminija (ena ali več na fazo, glede na zahteve po toku), z vsako fazo v posebni, ločno zemljeni omari. Konci omare so povezani s kratkokrmeljnico, sposobno prenašati polne kršne tokove. Omara predvsem preprečuje medfazne kratke krmeljnice. Poleg tega neutralizira magnetna polja, generirana tokovi v vodilih: enak in nasproten tok, induciran v omari, skoraj popolnoma nevtralizira elektromagnetno polje. Skupne izolacijske medije vključujejo zrak in SF₆.

Sistemi LV busbar trub

V nizkonapetostnih namestitvah ponujajo sistemi busbar trub kostnadno učinkovito rešitev za distribucijo energije, oskrbovanje večjega števila naprav in povezovanje preklopnikov ali transformatorjev, kot je prikazano na Sliki 5.

Sistemi busbar trub

Sistem busbar trub je predsestavljeni sklop, ki vsebuje platne vodile (faze in neutral) znotraj ene kovinske omare. V sistemih trub za prenos energije se energija odvaja preko standardiziranih odvodnih enot, ki se povezujejo na preddefiniranih mestih vzdolž truba. Te enote omogočajo odvod energije preko združljivih zaščitnih naprav.

Prednosti pred sistemom kabelov:

• Kostnadno učinkovitost in hitrost namestitve

• Bolj gospodarna za aplikacije z velikimi tokovi: Odpravi potrebo po vzporednih enojnih-jedernih kabelih za zadostitev meril tokov, padca napetosti in zahtev za propadanje.

• Zmanjša tveganje preseženja temperature: Preprečuje nakopičevanje toplote v kabelskih svežnjih, ki lahko vodi do kratkih krmelnic.

• Mehanska prednost

• Stabilnost dolgih razponov: Zahteva minimalno fiksiranje, kar zmanjša čas namestitve.

• Odpravi strukture za podporo kablov: Zmanjša zahteve po kovini.

• Prednosti v zvezi s prostorom in vzdrževanjem

• Omogoča spremembe moči po namestitvi (znotraj meril truba).

• Olajša prenovitev lokacij distribucijskih točk.

• Olajša razširitev sistema.

• Zmanjša prostor za zaključevanje preklopnika.

• Odpravi spoje kablov: Zmanjša upornost kontakta in točke zahtevnosti.

• Prilagodljiv dizajn odvoda:

• Dodatne prednosti

• Estetična privlačnost v vidnih območjih.

• Možnost ponovne uporabe: Lahko se razbije in preseli.

• Povečana odpornost na požar: Kovinske omare omejujejo širitev požara.