Šine i konektori u visokonaponskim i ekstremno visokonaponskim instalacijama

Šta je električna busbar?

Električna busbar je vodiljak ili skup vodiljaka dizajniran da sakuplja električnu energiju sa ulaznih feeder-a i distribuira je na izlazne feeder-e. Funkcionalno, služi kao presečna tačka gde se tokovi struje konvergiraju, delujući kao centralni hub za agregaciju i distribuciju struje.

Instalacije busbara na otvorenom

U visokonaponskim (HV), ekstra visokonaponskim (EHV) i srednjeg naponskim (MV) sistemima na otvorenom, obično se koriste gole busbare i konektori, sa vodiljkama dostupnim u cjevastom ili žicevastom izvedbu:

• Cjevasti busbari: Podržani stupovitim izolatorima (obično keramičkim), pružaju visoku mehaničku čvrstoću i superiornu otpornost na koronu.

• Žicevasti busbari: Fiksirani mrtvim klopčevima, idealni su za instalacije koje zahtijevaju veliku fleksibilnost širine raspona.

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

Busbari za instalacije komutatorskih uređaja

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

• Geometrijski parametri

• Cjevasti vodiljci: Vanjski promjer i debljina zida

• Žicevasti vodiljci: Nominalna površina presjeka

• Mehanička svojstva

• Čvrstoća na razvlačenje/skurčivanje/savijanje

• Otpornost na bukling

• Modul poprečnog presjeka i moment inercije

• Kapacitet prijenosa struje

• Nominalna struja: Određena otpornosti materijala i uslovima otopljavanja toplote. Budući da gole vodiljke ovisile su o izolaciji zraka, nominalna napona nije primarni kriterij izbora.

Tehnologija povezivanja busbara

Posebni konektori su neophodni za terminiranje busbara na opremu, kao što je prikazano na Slici 3. Tipične konfiguracije uključuju:

• Površinske spojevi: Čvrsti spojevi fiksirani torznim boltovima, zahtijevaju upravljanje otpornosti kontakta kako bi se spriječilo pregrejavanje

• Spojevi za proširenje: Kompenziraju termalno proširenje, smanjujući koncentracije strukturnih stresa

• Tranzicijski terminali: Rješavaju elektrokemijsku koroziju između različitih materijala (npr. bakar-aluminij)

Dizajn spoja mora biti u skladu sa:

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

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

• Mehanička stabilnost pod kratičnim elektrodinamičkim silama

Inženjerske razmatranje

Srednje/visko naponski busbari za komutatorske uređaje zahtijevaju integrirani dizajn za:

• Termalno upravljanje: Optimizirana konvekcija zraka ili prisilno hlađenje za kontrolu porasta temperature

• Dinamička stabilnost: Strukturna integritet pod kratičnim elektrodinamičkim silama

• Zaštita okruženja: IP3X ili više zaštite od unosa u skladu s operativnim okruženjima

Ove mere zajedno osiguravaju pouzdan prijenos struje i produženi vijek trajanja opreme.

Široko se koriste u centrima za obradu podataka i industrijskim objektima za distribuciju struje visokog toka, omogućavajući fleksibilnu raspodjelu i lako proširenje putem modularnog dizajna.
Za bakar-bakar spojeve koriste se bronani konektori; za aluminij-aluminij spojeve, konektori od legure aluminija trebaju se primijeniti; a za bakar-aluminij spojeve, dvo-metalni konektori su obavezni kako bi se spriječila korozija uzrokovana elektrolitskim efektima.
Izolovani busbari & sustavi kanala
U srednje i niskonaponskim instalacijama na zatvorenom - posebno tamo gdje visoki točci i ograničeno prostorno stanje postoje zajedno - busbari često su zatvoreni u metalne kuće za mehaničku zaštitu i izolaciju.Ovaj dizajn smanjuje disipaciju toplote busbara zbog ograničenog protoka zraka i gubitaka radijacije, rezultirajući značajno nižim kapacitetima struje nego za instalacije u slobodnom zraku. Ventilirane kuće mogu se koristiti kako bi se smanjilo deratiranje struje.

Analiza tehničkih detalja

• Elektrokemijska zaštita za različite materijale spojeva

• Bakar-bakar spojevi: Bronani konektori (tin bronze ili aluminium bronze) poboljšavaju pouzdanost kontakta putem čvršćenja solidnog rastvora, sprečavajući relaksaciju plasta čistog bakra.

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

• Bakar-aluminij tranzicije: Dvo-metalni konektori koriste eksplozivnu svarenju ili brazing (npr. kompozitne šipke bakar-aluminij) kako bi blokirali puteve elektrokemijske korozije.

• Izazovi u termalnom upravljanju u zatvorenim busbarima
  Analiza termalne otpornosti: Zračni prazni prostori formirani kućama smanjuju termalnu provodljivost za 30%-50%.
  Rješenja kompenzacije:
  

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

• Hlađeći pleši kuća: Povećana površina za prirodnu konvekciju.

• Visoko termalno provodljivi izolanti: Silikonske gumne poklope za smanjenje termalne otpornosti.

• Specifikacije inženjerske primene
  

• Klasa zaštite: Obično IP54 za unutarnja okruženja, nadograđeno na IP65 u vlaznim uvjetima.

• Otapanje kratičnih struja: U skladu s dinamičkim i termalnim stabilnostima IEC 61439.

• Kompenzacija proširenja: Spojevi za proširenje svakih 30-50 metara kako bi se prilagodilo termalno deformiranju.

Široko se koriste u centrima za obradu podataka i industrijskim objektima za distribuciju struje visokog toka, omogućavajući fleksibilnu raspodjelu i lako proširenje putem modularnog dizajna.

Izolovani busbari

Izolovani busbari obično se sastoje od ravnih šipki bakra ili aluminija (jedna ili više po fazu, dimenzionirane prema potrebama struje), s svakom fazom zatvorenom u zasebno zemljenu omotač. Krajevi omotača su povezani spojevima sposobnim da nose punu struju kratičnog strujnog toka. Omotač glavno sprečava kratkospojne struje između faza. Takođe, on neutralizuje magnetska polja generisana strujama vodiljaka: jednak i suprotan tok induciran u omotaču gotovo potpuno neutralizuje elektromagnetsko polje. Uobičajeni izolacioni mediji uključuju zrak i SF₆.

Sustavi kanala niskonaponskih busbara

U niskonaponskim instalacijama, sustavi kanala busbara nude učinkovito rješenje za distribuciju struje, snabdijevajući više uređaja i povezujući komutatorske tablice ili transformatore, kao što je prikazano na Slici 5.

Sustavi kanala busbara

Sustav kanala busbara je predasamblirana konfiguracija koja sadrži ravne šipke vodiljaka (faze i neutral) unutar jedne metalne kuće. U sustavima kanala za feeder, snabdevanje strujom postiže se putem standardizovanih jedinica za odvajanje, koje se povezuju na predefinisane pozicije duž kanala. Ove jedinice omogućavaju iscrpljivanje struje putem kompatibilnih zaštitnih uređaja.

Prednosti u odnosu na kabelske sustave:

• Učinkovitost troškova i brzina instalacije

• Ekonomska rešenja za primjene visokog toka: Eliminira potrebu za paralelnim jednokoretnim kablom kako bi se zadovoljili kapaciteti struje, pad napona i zahtjevi za padom.

• Smanjuje rizik od pregrejavanja: Spriječava nagomilanje toplote u fascini kablova koji može dovesti do kratkog spoja.

• Mehanička superioritet

• Stabilnost na dugačkim rasponima: Zahtijeva minimalnu fiksaciju, 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 kanala).

• Omogućava lako premještanje tačaka distribucije.

• Olakšava proširenje sistema.

• Smanjuje prostor za terminaciju komutatorskih tablica.

• Eliminira spojeve kablova: Smanjuje otpornost kontakta i tačke otkaza.

• Fleksibilan dizajn za odvajanje:

• Dodatne prednosti

• Estetička privlačnost u vidljivim zonama.

• Ponovna upotreba: Moguće je demontirati i prebaciti.

• Poboljšana otpornost na požar: Metalne kuće smanjuju širenje požara.