Шини та з'єднувачі в ВН та ЕВН інсталяціях

Що таке електрична шина?

Електрична шина - це провідник або набір провідників, призначений для збирання електричної енергії з вхідних ліній і розподілу її на вихідні лінії. Функціонально вона служить як сполучник, де сходяться входячі та виходячі струми, діючи як центральний хаб для агрегації та розподілу енергії.

Зовнішні установки шин

У високонапіжних (ВН), надвисоконапіжних (НВН) та зовнішніх середньонапіжних (СН) системах зазвичай використовуються голі шини та з'єднувачі, доступні у трубчастій або складеній конфігурації:

• Трубчасті шини: Підтримуються колонковими ізоляторами (зазвичай керамічними), що забезпечують високу механічну міцність та відмінну коронарозостійкість.

• Складені шини: Фіксуються за допомогою з'єднувачів, ідеальні для встановлень, що потребують великої гнучкості на великі проліти.

(Приклади вищевказаних конфігурацій показані на рисунках 1 та 2.)

Шини для встановлення комутаційного обладнання

Шини комутаційного обладнання зазвичай виготовляються з міді, алюмінію або алюмінієвих сплавів (наприклад, ряд Al-Mg-Si), ключові характеристики голих шин включають:

• Геометричні параметри

• Трубчасті провідники: Зовнішній діаметр та товщина стінки

• Складені дроти: Номінальна площа поперечного перерізу

• Механічні властивості

• Міцність на розтягування/стискання/згинання

• Стійкість до згинання

• Модуль перерізу та момент інерції

• Струмопровідна здатність

• Номінальний струм: Визначається опором матеріалу та умовами теплообміну. Оскільки голі провідники спираються на повітряну ізоляцію, номінальне напруга не є основним критерієм вибору.

Технологія з'єднання шин

Для з'єднання шин з обладнанням необхідні спеціальні з'єднувачі, як показано на рисунку 3. Типові конфігурації включають:

• Закріплені з'єднання: Жорсткі з'єднання, фіксовані болтами з контролем крутного моменту, що потребують управління контактним опором, щоб запобігти перегріву

• Компенсаційні з'єднання: Компенсують термічне розширення, зменшуючи концентрацію структурних напружень

• Перехідні кінцеві: Розв'язують проблему електрохімічної корозії між різними матеріалами (наприклад, мідь-алюміній)

Проектування з'єднань має відповідати:

• Стандартам контактної площі для підвищення температури (наприклад, IEC 61439)

• Обробці сумісності матеріалів (наприклад, оловянне покриття для переходів мідь-алюміній)

• Механічній стабільності під електродинамічними силами короткого замикання

Інженерні розгляди

Системи шин середньої/високої напруги потребують інтегрованого проектування для:

• Термічного управління: Оптимізація конвекції повітря або примусового охолодження для контролю підвищення температури

• Динамічної стабільності: Структурна цілісність під електродинамічними силами короткого замикання

• Захисту від навколишнього середовища: Індекс захисту IP3X або вище, що відповідає операційному середовищу

Ці заходи разом забезпечують надійну передачу енергії та продовження строку служби обладнання.

Широко використовуються в дата-центрах та промислових підприємствах для розподілу великого струму, ці системи забезпечують гнучку планировку та легке розширення завдяки модульному проектуванню.
Для з'єднань мідь-мідь використовуються бронзові з'єднувачі; для з'єднань алюміній-алюміній слід використовувати з'єднувачі з алюмінієвого сплаву; для з'єднань мідь-алюміній обов'язково використовувати двометалеві з'єднувачі, щоб запобігти корозії, викликаній електролітичними ефектами.
Ізольовані шини та системи каналізації
У внутрішніх середньонапіжних (СН) та низьконапіжних (НН) встановленнях, особливо там, де високий струм поєднується з обмеженим простором, шини часто закриваються металевими корпусами для механічного захисту та ізоляції.Цей дизайн зменшує тепловиділення шин через обмежену циркуляцію повітря та втрати радіації, що призводить до значно нижчих струмових характеристик, ніж для вільноповітряних встановлень. Вентиловані корпуси можуть бути використані для мінімізації зниження струму.

Аналіз технічних деталей

• Електрохімічний захист для різних матеріальних з'єднань

• З'єднання мідь-мідь: Бронзові з'єднувачі (оловяно-бронзові або алюмінієві-бронзові) підвищують надійність контакту завдяки укріпленню твердого розчину, запобігаючи релаксації міді.

• З'єднання алюміній-алюміній: З'єднувачі з алюмінієвого сплаву 6061-T6 проходять термічну обробку для забезпечення стабільності оксидної плівки.

• Перехід мідь-алюміній: Двометалеві з'єднувачі використовують вибухове зварювання або люття (наприклад, композитні стрижні мідь-алюміній) для блокування шляхів електрохімічної корозії.

• Виклики термічного управління в закритих шинах
  Аналіз термічного опору: Воздушні прогалини, утворені корпусами, зменшують теплопровідність на 30%-50%.
  Компенсаційні рішення:
  

• Примусове повітряне охолодження: Внутрішні вентилятори збільшують струмопровідну здатність на 20%-30%.

• Охолоджувальні ребра корпуса: Поверхнева площа для природної конвекції.

• Ізоляція з високою теплопровідністю: Силиконові резинові покриття для зменшення термічного опору.

• Інженерні специфікації застосування
  

• Клас захисту: Зазвичай IP54 для внутрішніх середовищ, оновлений до IP65 у вологих умовах.

• Витривалість на коротке замикання: Відповідає вимогам IEC 61439 щодо динамічної та термічної стабільності.

• Компенсація розширення: Компенсаційні з'єднання кожні 30-50 метрів для врахування термічної деформації.

Широко використовуються в дата-центрах та промислових підприємствах для розподілу великого струму, ці системи забезпечують гнучку планировку та легке розширення завдяки модульному проектуванню.

Ізольовані шини

Ізольовані шини зазвичай складаються з мідних або алюмінієвих плоских стрижнів (один або більше на фазу, розмір яких визначається вимогами до струму), кожна фаза закривається окремим заземленим корпусом. Кінці корпусів з'єднуються короткозамкненнями, здатними проводити повні струми виникнення.Корпус головним чином запобігає міжфазним коротким замиканням. Крім того, він знищує магнітні поля, утворені струмами провідників: рівний і протилежний струм, індукований в корпусі, практично повністю нейтралізує електромагнітне поле.Поширені ізоляційні середовища включають повітря та SF₆.

Системи каналізації низької напруги

У встановленнях низької напруги системи каналізації шин пропонують економічне рішення для розподілу енергії, забезпечуючи багато пристроїв та з'єднуючи комутаційні пристрої або трансформатори, як показано на рисунку 5.

Системи каналізації шин

Система каналізації шин - це предварительно собранная конструкция, содержащая плоские проводники (фазные и нейтральные) внутри одного металлического корпуса.В системах каналізації питання, відведення потужності здійснюється за допомогою стандартизованих відводних одиниць, які підключаються в певних позиціях вздовж каналізації. Ці одиниці дозволяють виводити потужність через сумісні захисні пристрої.

Переваги над кабельними системами:

• Економічність та ефективність встановлення

• Більш економічні для високострумових застосувань: Елімінує потребу у паралельних одноядерних кабелях для задоволення вимог до струму, падіння напруги та заглиблення.

• Зменшує ризики перегріву: Уникання нагромадження тепла в пучках кабелів, що може призвести до короткого замикання.

• Механічна перевага

• Стабільність на довгих пролітах: Потребує мінімального кількості кріплень, що зменшує час встановлення.

• Елімінує конструкції підтримки кабелів: Мінімізує потребу в металевих конструкціях.

• Переваги простору та обслуговування

• Дозволяє зміни потужності після встановлення (в рамках характеристик каналізації).

• Дозволяє легке переміщення точок розподілу.

• Сприяє розширенню системи.

• Зменшує простір для з'єднання комутаційних пристроїв.

• Елімінує з'єднання кабелів: Знижує контактний опір та точки відмов.

• Гнучкий дизайн відводу:

• Додаткові переваги

• Естетичність в видимих зонах.

• Можливість повторного використання: Можна розібрати та перемістити.

• Покращена вогнестійкість: Металеві корпуси зупиняють поширення вогню.