บัสบาร์และตัวเชื่อมต่อในระบบติดตั้งแรงสูงและแรงสูงมาก

อะไรคือบัสบาร์ไฟฟ้า?

บัสบาร์ไฟฟ้าคือตัวนำหรือชุดของตัวนำที่ออกแบบมาเพื่อรับพลังงานไฟฟ้าจากสายป้อนเข้าและกระจายไปยังสายป้อนออก ทางฟังก์ชันแล้ว มันทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อที่กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าและไหลออกบรรจบกัน ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการรวบรวมและกระจายพลังงาน

การติดตั้งบัสบาร์ภายนอกอาคาร

ในระบบแรงดันสูง (HV) แรงดันสูงมาก (EHV) และระบบแรงดันกลาง (MV) ภายนอกอาคาร บัสบาร์เปลือยและตัวเชื่อมต่อโดยทั่วไปจะถูกใช้ พร้อมกับตัวนำที่มีรูปร่างเป็นท่อหรือลวดหลายเส้น:

• บัสบาร์ท่อ: ได้รับการสนับสนุนโดยฉนวนคอลัมน์ (โดยทั่วไปเป็นเซรามิก) ซึ่งให้ความแข็งแกร่งทางกลสูงและความต้านทานคอโรนาที่ดี

• บัสบาร์ลวดหลายเส้น: ได้รับการยึดด้วยคลิปปลายตาย เหมาะสมสำหรับการติดตั้งที่ต้องการความยืดหยุ่นในการขึงระยะยาว

(ตัวอย่างของการกำหนดค่าข้างต้นแสดงในภาพที่ 1 และ 2.)

บัสบาร์สำหรับการติดตั้งสวิตช์เกียร์

บัสบาร์สวิตช์เกียร์โดยทั่วไปจะผลิตจากทองแดง อลูมิเนียม หรืออัลลอยด์อลูมิเนียม (เช่น ซีรีส์ Al-Mg-Si) โดยมีคุณสมบัติสำคัญของบัสบาร์เปลือยรวมถึง:

• พารามิเตอร์เรขาคณิต

• ตัวนำท่อ: ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางนอกและความหนาแน่นของผนัง

• ลวดหลายเส้น: พื้นที่ตัดขวางตามมาตรฐาน

• คุณสมบัติทางกล

• ความแข็งแรงในการดึง/กด/โค้ง

• ความต้านทานการยุบตัว

• โมเมนต์ส่วนและโมเมนต์ของความเฉื่อย

• ความสามารถในการขนส่งกระแสไฟฟ้า

• กระแสไฟฟ้าที่กำหนด: กำหนดโดยความต้านทานของวัสดุและเงื่อนไขการระบายความร้อน ตั้งแต่บัสบาร์เปลือยพึ่งพาการฉนวนอากาศ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไม่ใช่เกณฑ์หลักในการเลือก

เทคโนโลยีการเชื่อมต่อบัสบาร์

ตัวเชื่อมต่อเฉพาะเจาะจงจำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อบัสบาร์กับอุปกรณ์ ดังแสดงในภาพที่ 3 การกำหนดค่าทั่วไปรวมถึง:

• การเชื่อมต่อแบบขันน๊อต: ข้อต่อที่แข็งแรงโดยใช้น๊อตควบคุมแรงบิด ต้องการการจัดการความต้านทานต่อการสัมผัสเพื่อป้องกันการร้อนเกิน

• ข้อต่อขยาย: ชดเชยการขยายตัวทางความร้อน ลดความเครียดที่สะสมทางโครงสร้าง

• ขั้วต่อ переход: แก้ไขการกัดกร่อนทางอิเล็กโทรเคมีระหว่างวัสดุที่แตกต่างกัน (เช่น ขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียม)

การออกแบบการเชื่อมต่อต้องปฏิบัติตาม:

• มาตรฐานพื้นที่การสัมผัสสำหรับการเพิ่มอุณหภูมิ (เช่น IEC 61439)

• การรักษาความเข้ากันได้ของวัสดุ (เช่น การเคลือบด้วยดีบุกสำหรับการเปลี่ยนแปลงทองแดง-อลูมิเนียม)

• ความมั่นคงทางกลภายใต้แรงไฟฟ้าแบบสั้นวงจร

การพิจารณาทางวิศวกรรม

ระบบบัสบาร์สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง/สูงต้องการการออกแบบแบบบูรณาการสำหรับ:

• การจัดการความร้อน: การควบคุมการเพิ่มอุณหภูมิด้วยการเวียนอากาศธรรมชาติหรือการเย็นด้วยแรงบังคับ

• ความมั่นคงทางพลศาสตร์: ความสมบูรณ์ทางโครงสร้างภายใต้แรงไฟฟ้าแบบสั้นวงจร

• การป้องกันสิ่งแวดล้อม: การป้องกันการแทรกซ้อน IP3X หรือสูงกว่าที่ตรงกับสภาพแวดล้อมการดำเนินงาน

มาตรการเหล่านี้ร่วมกันเพื่อให้การส่งผ่านพลังงานที่เชื่อถือได้และอายุการใช้งานอุปกรณ์ที่ยาวนานขึ้น

ระบบเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในศูนย์ข้อมูลและโรงงานอุตสาหกรรมสำหรับการกระจายพลังงานกระแสไฟฟ้าสูง ทำให้มีการจัดวางที่ยืดหยุ่นและการขยายได้ง่ายผ่านการออกแบบแบบโมดูลาร์
สำหรับการเชื่อมต่อทองแดง-ทองแดง ใช้ตัวเชื่อมต่อทองเหลือง; สำหรับการเชื่อมต่ออลูมิเนียม-อลูมิเนียม ควรใช้ตัวเชื่อมต่ออัลลอยด์อลูมิเนียม; และสำหรับการเชื่อมต่อทองแดง-อลูมิเนียม ต้องใช้ตัวเชื่อมต่อไบเมทัลเพื่อป้องกันการกัดกร่อนที่เกิดจากเอฟเฟกต์อิเล็กโทรไลต์
บัสบาร์ฉนวนและระบบราง
ในการติดตั้งภายในอาคารแรงดันกลาง (MV) และแรงดันต่ำ (LV) โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีกระแสไฟฟ้าสูงและพื้นที่จำกัด บัสบาร์มักจะถูกห่อหุ้มด้วยเคสโลหะเพื่อการป้องกันทางกลและฉนวนการออกแบบนี้ลดการกระจายความร้อนของบัสบาร์เนื่องจากการไหลของอากาศที่จำกัดและการสูญเสียการแผ่รังสี ทำให้คะแนนกระแสไฟฟ้าต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับการติดตั้งในอากาศอิสระ การใช้เคสที่มีการระบายอากาศสามารถใช้เพื่อลดการลดคะแนนกระแสไฟฟ้า

การวิเคราะห์รายละเอียดทางเทคนิค

• การป้องกันทางอิเล็กโทรเคมีสำหรับการเชื่อมต่อวัสดุที่แตกต่างกัน

• ข้อต่อทองแดง-ทองแดง: ตัวเชื่อมต่อทองเหลือง (ทองเหลืองดีบุกหรือทองเหลืองอลูมิเนียม) เพิ่มความเชื่อถือได้ในการสัมผัสผ่านการเสริมแรงด้วยสารละลายแข็งป้องกันการผ่อนคลายของทองแดงบริสุทธิ์

• ข้อต่ออลูมิเนียม-อลูมิเนียม: ตัวเชื่อมต่ออัลลอยด์อลูมิเนียม 6061-T6 ผ่านการรักษาด้วยการชราเพื่อให้ความมั่นคงของฟิล์มออกไซด์

• การเปลี่ยนแปลงทองแดง-อลูมิเนียม: ตัวเชื่อมต่อไบเมทัลใช้การเชื่อมด้วยแรงระเบิดหรือการเชื่อมด้วยโลหะผสม (เช่น แท่งคอมโพสิตทองแดง-อลูมิเนียม) เพื่อปิดกั้นเส้นทางการกัดกร่อนทางอิเล็กโทรเคมี

• ความท้าทายในการจัดการความร้อนในบัสบาร์ที่หุ้ม
  การวิเคราะห์ความต้านทานความร้อน: ช่องว่างอากาศที่เกิดจากเคสลดความนำความร้อนลง 30%-50%
  โซลูชันการชดเชย:
  

• การเย็นด้วยอากาศแบบบังคับ: พัดลมภายในเพิ่มความสามารถในการขนส่งกระแสไฟฟ้าขึ้น 20%-30%

• ครีบทำความเย็นของเคส: พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นสำหรับการเวียนอากาศธรรมชาติ

• ฉนวนความร้อนสูง: การเคลือบด้วยยางซิลิโคนเพื่อลดความต้านทานความร้อน

• ข้อกำหนดการใช้งานทางวิศวกรรม
  

• ระดับการป้องกัน: โดยทั่วไป IP54 สำหรับสภาพแวดล้อมภายใน ปรับเป็น IP65 ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น

• การทนต่อสั้นวงจร: ปฏิบัติตามข้อกำหนดความมั่นคงทางพลศาสตร์และความร้อนของ IEC 61439

• การชดเชยการขยายตัว: ข้อต่อขยายทุก 30-50 เมตรเพื่อรองรับการเปลี่ยนรูปทางความร้อน

ระบบเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในศูนย์ข้อมูลและโรงงานอุตสาหกรรมสำหรับการกระจายพลังงานกระแสไฟฟ้าสูง ทำให้มีการจัดวางที่ยืดหยุ่นและการขยายได้ง่ายผ่านการออกแบบแบบโมดูลาร์

บัสบาร์แยก

บัสบาร์แยกโดยทั่วไปประกอบด้วยแท่งแบนทองแดงหรืออลูมิเนียม (หนึ่งหรือมากกว่าต่อเฟส ขนาดตามความต้องการของกระแส) แต่ละเฟสหุ้มด้วยท่อที่ต่อลงดินแยกกัน ปลายของท่อเชื่อมต่อด้วยแท่งที่สามารถรับกระแสไฟฟ้าเต็มที่ในกรณีที่เกิดสั้นวงจรท่อหลักๆ ป้องกันการสั้นวงจรระหว่างเฟส นอกจากนี้ยังชดเชยสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในตัวนำ: กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในท่อและมีทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กทำให้สนามแม่เหล็กเกือบทั้งหมดหายไปสื่อฉนวนที่ใช้ทั่วไปคืออากาศและ SF₆

ระบบรางบัสบาร์แรงดันต่ำ

ในการติดตั้งแรงดันต่ำ ระบบรางบัสบาร์เสนอโซลูชันที่คุ้มค่าสำหรับการกระจายพลังงาน จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์หลายตัวและเชื่อมต่อแผงสวิตช์หรือหม้อแปลง ดังแสดงในภาพที่ 5

ระบบรางบัสบาร์

ระบบรางบัสบาร์คือการกำหนดค่าที่เตรียมไว้ล่วงหน้าที่มีตัวนำแท่งแบน (เฟสและกลาง) ภายในเคสโลหะเดียวในการติดตั้งรางบัสบาร์ การส่งผ่านพลังงานทำได้ผ่านหน่วยตัดสินที่มาตรฐาน ซึ่งเชื่อมต่อที่ตำแหน่งที่กำหนดไว้ตามราง หน่วยเหล่านี้ช่วยให้สามารถส่งผ่านพลังงานผ่านอุปกรณ์ป้องกันที่เข้ากันได้

ข้อดีเหนือระบบสายเคเบิล:

• ความคุ้มค่าและการติดตั้งที่มีประสิทธิภาพ

• ประหยัดกว่าสำหรับการใช้งานกระแสไฟฟ้าสูง: กำจัดความจำเป็นในการใช้สายเคเบิลเดี่ยวขนานเพื่อให้ตรงตามคะแนนกระแสไฟฟ้า การลดแรงดัน และความต้องการในการลด

• ลดความเสี่ยงจากการร้อนเกิน: ป้องกันการสะสมความร้อนในชุดสายเคเบิลที่อาจนำไปสู่การสั้นวงจร

• ความเหนือกว่าทางกล

• ความมั่นคงในการขึงระยะยาว: ต้องการการยึดน้อย ลดเวลาการติดตั้ง

• กำจัดโครงสร้างการรองรับสายเคเบิล: ลดความต้องการในงานโลหะ

• ประโยชน์ด้านพื้นที่และการบำรุงรักษา

• รองรับการเปลี่ยนแปลงพลังงานหลังการติดตั้ง (ภายในคะแนนของราง)

• ช่วยให้การย้ายจุดกระจายพลังงานได้ง่าย

• อำนวยความสะดวกในการขยายระบบ

• ลดพื้นที่การยุติการติดตั้งแผงสวิตช์

• กำจัดข้อต่อสายเคเบิล: ลดความต้านทานการสัมผัสและจุดล้มเหลว

• การออกแบบการตัดสินที่ยืดหยุ่น:

• ข้อดีเพิ่มเติม

• ความสวยงามในพื้นที่ที่มองเห็นได้

• สามารถถอดแยกและย้ายได้

• ความต้านทานไฟที่เพิ่มขึ้น: เคสโลหะป้องกันการแพร่กระจายของไฟ