Busspistor och kopplingar i högspännings- och växthusinstallationer

Vad är en elektrisk busbar?

En elektrisk busbar är en ledare eller ett antal ledare som är utformade för att samla el från inkommande ingångar och distribuera den till utgående ingångar. Funktionellt sett fungerar den som en nod där inkommande och utgående strömmar konvergerar, vilket gör den till en central hubb för strömaggregering och -distribution.

Utomhusinstallationer av busbars

I högspännings- (HV), extra-högspännings- (EHV) och utomhus medelspännings- (MV) system används vanligtvis barbusbars och kopplingar, med ledare i rör- eller snördkonfiguration:

• Rörsformade busbars: Stöds av kolumnisolatorer (vanligtvis keramiska), dessa erbjuder hög mekanisk styrka och överlägsen koronaresistans.

• Snördformade busbars: Fastställda med slutklemmar, idealiska för installationer som kräver stor spännvidd och flexibilitet.

(Exempel på ovanstående konfigurationer visas i figur 1 och 2.)

Busbars för brytareinstallationer

Brytarebusbars tillverkas vanligtvis av koppar, aluminium eller aluminiumlegeringar (t.ex. Al-Mg-Si-serien), med viktiga egenskaper för barbusbars inklusive:

• Geometriska parametrar

• Rörliga ledare: Yttre diameter och väggens tjocklek

• Snördformade trådar: Nominala tvärsnittsarea

• Mekaniska egenskaper

• Drag/knäckning/böjningsstyrka

• Kollapsmotstånd

• Avsnittets modulus och moment av inertitet

• Strömförmåga

• Nominell ström: Bestäms av materialresistivitet och värmeavledningsvillkor. Eftersom barledare litar på luftisolering är nominell spänning inte en primär urvalsparameter.

Busbaranslutningsteknik

Dedikerade kopplingar är nödvändiga för att avsluta busbars till utrustning, som illustreras i figur 3. Typiska konfigurationer inkluderar:

• Bultkopplingar: Hård fasta anslutningar fastställda med skruvar med styrd vridmoment, som kräver kontaktmotståndsledning för att förhindra överhettning

• Utvidgningsfogar: Kompenserar för termisk expansion, minskar strukturella spänningskoncentrationer

• Övergångsterminaler: Hanterar elektrokemisk korrosion mellan olika material (t.ex. koppar-aluminiumgränssnitt)

Anslutningsdesign måste följa:

• Kontaktarea-standarder för temperaturhöjning (t.ex. IEC 61439)

• Materialkompatibilitetsbehandlingar (t.ex. tinplättering för koppar-aluminiumövergångar)

• Mekanisk stabilitet under kortslutströms elektrodynamiska krafter

Ingenjörsvägledande överväganden

Medel-/högspänningsbrytarebusbarsystem kräver integrerad design för:

• Termisk hantering: Optimerad luftkonvektion eller tvingad kyling för att kontrollera temperaturhöjning

• Dynamisk stabilitet: Strukturell integritet under kortslutströms elektrodynamiska krafter

• Miljöskydd: IP3X eller högre inträngningsskydd matchande driftsmiljöer

Dessa åtgärder säkerställer tillsammans pålitlig strömförsörjning och förlängd utrustningslivslängd.

Vidt spridda i datacenter och industriella anläggningar för högströmsfördelning, möjliggör dessa system flexibel layout och enkel utbyggnad genom modulär design.
För koppar-kopparanslutningar används bronskopplingar; för aluminium-aluminiumanslutningar bör aluminiumlegeringskopplingar användas; och för koppar-aluminiumanslutningar är bi-metalliska kopplingar obligatoriska för att förhindra korrosion orsakad av elektrolytiska effekter.
Isolerade busbars & ledningsystem
I inomhusmedelspännings- (MV) och lågspännings- (LV) installationer, särskilt där höga strömmar och begränsat utrymme samexisterar, är busbars ofta inhysta i metallkassar för mekanisk skydd och isolering.Denna design minskar busbars värmeavledning på grund av begränsad luftflöde och strålningssvinn, vilket resulterar i betydligt lägre strömningskapaciteter än för fria luftinstallationer. Ventilerade behållare kan användas för att minimera strömningskapacitetsnedtoning.

Tekniska detaljeranalys

• Elektrokemisk skydd för olika materialanslutningar

• Koppar-kopparfogar: Bronskopplingar (tennbrons eller aluminiumbrons) ökar kontaktens tillförlitlighet genom solidlösningförstärkning, förhindrar rent kopparcreeprelaxation.

• Aluminium-aluminiumfogar: 6061-T6 aluminiumlegeringskopplingar genomgår åldringstillfogning för att säkerställa oxideringsfilms stabilitet.

• Koppar-aluminiumövergångar: Bi-metalliska kopplingar använder explosiv svetsning eller lödning (t.ex. koppar-aluminiumsammansatta stänger) för att blockera elektrokemiska korrosionsvägar.

• Termiska utmaningar i inhysta busbars
  Termisk resistansanalys: Luftgap bildade av behållare minskar termisk konduktivitet med 30%-50%.
  Kompensationslösningar:
  

• Tvingad luftkyling: Interna fläktar ökar strömförmågan med 20%-30%.

• Behållarkylfjädrar: Förbättrad ytarea för naturlig konvektion.

• Hög termisk konduktivitetsisolering: Silikonkautschukbeläggningar för att minska termisk resistans.

• Ingenjörsvägledande specifikationer
  

• Skyddsklass: Vanligtvis IP54 för inomhusmiljöer, uppgraderad till IP65 i fuktiga förhållanden.

• Kortslutsbestånd: Kompatibel med IEC 61439 dynamiska och termiska stabilitetskrav.

• Expansionerkompensation: Expansionfogar var 30-50 meter för att akkommodera termisk deformation.

Vidt spridda i datacenter och industriella anläggningar för högströmsfördelning, möjliggör dessa system flexibel layout och enkel utbyggnad genom modulär design.

Isolerade busbars

Isolerade busbars består vanligtvis av koppar eller aluminiumplattor (en eller flera per fas, storleksanpassade efter strömbeslut), med varje fas inhyst i en separat jordad mantel. Mantelsslutet är anslutna av kortslutsbetydda stänger som kan bära fulla felströmmar.Manteln förhindrar huvudsakligen mellanfasshortcircuit. Dessutom neutraliserar den magnetiska fält som genereras av ledarströmmar: en lika och motsatt ström inducerad i manteln neutraliserar det elektromagnetiska fältet nästan helt.Vanliga isoleringsmedier inkluderar luft och SF₆.

Lågspänningsbusbarledningsystem

I lågspänningsinstallationer erbjuder busbarledningsystem en kostnadseffektiv lösning för strömfördelning, som levererar flera enheter och ansluter brytare eller transformatorer, som visas i figur 5.

Busbarledningsystem

Ett busbarledningsystem är en förinstallerad konfiguration som innehåller plattbarledare (fas och neutral) inom en enda metallbehållare.I matarsystem uppnås strömtappning via standardiserade tappenheter, som ansluter vid fördefinierade positioner längs ledningen. Dessa enheter möjliggör strömtappning genom kompatibla skyddsenheter.

Fördelar jämfört med kabelsystem:

• Kostnadseffektivitet & installationsverkningsgrad

• Mer ekonomiskt för högströmsapplikationer: Eliminerar behovet av parallella enkärskablar för att uppfylla strömbeslut, spänningsfall och dippkrav.

• Minskade risker för överhettning: Undvikar värmeuppbyggnad i kabelflöden som kan leda till kortslut.

• Mekanisk överlägsenhet

• Långspänningsstabilitet: Kräver minimala fastigheter, minskar installations tid.

• Eliminerar kabelfastigheter: Minimerar metallarbetskrav.

• Utrymme & underhållsfördelar

• Tillåter strömändringar efter installation (inom ledningskapaciteter).

• Gör det enkelt att flytta distributionspunkter.

• Underlättar systemexpansion.

• Minskar brytareterminationsutrymme.

• Eliminerar kabelfogar: Minskade kontaktmotstånd och felplatser.

• Flexibel tappenhet:

• Ytterligare fördelar

• Estetiskt tilltalande i synliga områden.

• Återanvändbar: Kan demonteras och flyttas.

• Förbättrad brandmotstånd: Metallbehållare innehåller brandspridning.