Per alimentatori di moderata valutazioni, diciamo fino a 600/800A, i cavi sono da preferire, mentre per valori più alti (sopra 1000A) la preferenza è quella di optare per conduttori rigidi (LT sistemi di bus) per motivi di sicurezza, affidabilità, manutenzione, costo, l’aspetto e la facilità di gestione. Per le valutazioni più grandi, più cavi possono diventare ingombranti e difficili da mantenere e possono presentare problemi nel localizzare i guasti. I collegamenti solidi estesi dal lato dell’alimentazione all’estremità ricevente attraverso le sbarre collettrici sono chiamati bus-condotti. Queste sbarre sono alloggiate in un involucro di lamiera.
La preoccupazione principale sarà trattare con grandi correnti piuttosto che tensioni. Le grandi correnti sono più difficili da gestire rispetto alle tensioni a causa dell’induzione reciproca tra i conduttori e anche tra il conduttore e l’involucro. Questo articolo illustra i tipi di sistemi di bus chiusi in metallo e i loro parametri di progettazione per selezionare la dimensione corretta delle sezioni dei conduttori e degli involucri del bus per una corrente nominale e una tensione di sistema richieste.
Tipi di sistemi bus chiusi in metallo
Un sistema bus può essere uno dei seguenti tipi, a seconda della sua applicazione:
-Non segregato
-Segregato
-Fase isolata
-Rete ascendente (sistemi bus verticali)
-Bus sopraelevato (sistema bus orizzontale)
Sistema bus di fase non segregato
In questa costruzione, tutte le fasi del bus sono alloggiate in un involucro metallico con spaziatura adeguata tra loro e anche con l’involucro ma senza barriere tra le fasi come mostrato in figura-1. Essendo vivido, è la metodologia più utilizzata per tutti i tipi di sistemi LT.
Sistema di bus di fase segregato
In questa costruzione tutte le fasi sono alloggiate in un involucro metallico come in precedenza ma con una barriera metallica tra ogni fase come mostrato in figura-2. Le barriere metalliche forniscono la schermatura magnetica richiesta e isolano magneticamente le sbarre collettrici l’una dall’altra.
La recinzione può essere del MS o della lega di alluminio e le barriere scelte possono essere dello stesso metallo della recinzione. Lo scopo di fornire una barriera metallica non è solo quello di avvolgere le fasi contro i cortocircuiti, ma anche di ridurre l’effetto di prossimità di una fase sull’altra arrestando il campo elettrico prodotto dai conduttori che trasportano corrente all’interno della barriera stessa. Ora funziona come un recinto con una disposizione di interleaving che bilancia i campi prodotti dai conduttori in misura sostanziale e che consente solo un campo moderato nello spazio.
Questi sono generalmente utilizzati per valutazioni più elevate 3000A e superiori su tutti i sistemi di tensione. Questi a differenza del primo, sono preferiti su un sistema HT.
Sistema isolato di (IPB) del bus di fase
Usato per le valutazioni molto grandi 10.000 A e sopra. In questa costruzione i conduttori di ogni fase sono alloggiati in un involucro metallico non magnetico separato per isolarli completamente l’uno dall’altro con i seguenti vantaggi.
-Elimina i guasti di fase in fase.
– Minimizza gli effetti di prossimità tra i principali conduttori di corrente delle fasi adiacenti a quasi zero a causa della schermatura magnetica.
-Il sistema bus è facile da maneggiare, flettere e installare.
Rising mains (Vertical bus system)
Utilizzato nella formazione verticale per fornire piani individuali di un grattacielo. Sorge dal fondo dell’edificio e corre all’ultimo piano. Per ridurre il costo, le valutazioni possono essere in ordine decrescente dopo ogni tre o quattro piani, poiché dopo ogni piano il carico di quel piano sarà ridotto.
Bus sopraelevato (sistema bus orizzontale)
A differenza di un montante alto, ora il sistema bus sopraelevato funziona orizzontalmente, sotto il soffitto ad un’altezza appropriata, per distribuire energia ai punti di carico leggeri e piccoli. In un sistema di sbarre sopraelevate, l’alimentazione può essere sfruttata da qualsiasi numero di punti per alimentare i punti di carico appena sotto di esso attraverso una scatola plug-in analoga a quella utilizzata su una rete in aumento.
Progettazione di Parametri e Condizioni di Servizio per un Metallo Chiuso Bus di Sistema
Un sistema di bus, sarebbero stati assegnati i seguenti rating
-tensione Nominale
-frequenza Nominale
-tensione di isolamento Nominale livello
-frequenza di Alimentazione tensione di withstand
-Impulso di tensione di withstand
-Continua potenza massima
-corrente Nominale di breve tempo corrente nominale
-Rated momentanea valore di picco della corrente di guasto
-Durata del guasto
Corto circuito effetti
Lo scopo è quello di determinare la dimensione minima dei conduttori di corrente e decidere il montaggio accordo.
Un cortocircuito provoca una corrente eccessiva a causa della bassa impedenza del circuito difettoso tra la fonte di alimentazione e il guasto. Questa corrente eccessiva provoca un eccessivo calore nei conduttori che trasportano corrente, che genera quindi effetti elettromagnetici e forze elettrodinamiche di attrazione e repulsione tra i conduttori e la loro struttura di montaggio. Queste forze sono distribuite uniformemente sulla lunghezza dei conduttori.
L’effetto di un cortocircuito richiede d’ora in poi che questi due fattori (effetti termici e forze elettrodinamiche) siano considerati durante la progettazione delle dimensioni dei conduttori che trasportano corrente e della loro struttura di montaggio, che comprende supporti meccanici, tipo di isolatori e tipo di hardware, oltre alla distanza longitudinale tra i supporti e lo spazio tra i conduttori fase-fase.
Effetti termici
Con i normali dispositivi di interruzione la corrente di guasto dura fino a 1 sec. Questo tempo è troppo breve per consentire la dissipazione del calore dal conduttore attraverso radiazioni o convezione. Il calore totale generato su un guasto sarà quindi dissipato dal conduttore stesso. La dimensione del conduttore dovrebbe quindi essere tale che il suo aumento di temperatura durante un guasto manterrà la sua temperatura finale al di sotto del livello in cui il metallo del conduttore inizierà ad ammorbidirsi. L’alluminio, il metallo più utilizzato per cavi elettrici, linee di trasmissione e distribuzione aeree o per l’assemblaggio di quadri LT e HT e le applicazioni di condotti bus, inizia ad ammorbidirsi a una temperatura di circa 180-200 gradi. C.
Di norma, su un guasto, un aumento di temperatura sicuro di 100 gradi.C sopra la temperatura finale ammissibile di 85 gradi.C o 90 gradi.C del conduttore durante il servizio normale cioè fino a 185 gradi.C-190 gradi.C durante la condizione di guasto è considerato sicuro e preso come base per determinare la dimensione del conduttore.
La parte saldata, ad esempio ai giunti flessibili, dovrebbe anche essere sicura fino a questa temperatura e non dovrebbe essere utilizzata per questo scopo dove è preferibile la saldatura in ottone.
Per determinare la dimensione minima del conduttore per un livello richiesto Is per tenere conto degli effetti termici da solo la seguente formula viene utilizzata per determinare la dimensione minima del conduttore per qualsiasi livello di guasto.
dove
qt = aumento di temperatura 0C
Isc = simmetrica della corrente di guasto in Un
A = area della sezione trasversale del conduttore (mm2)
a20= coefficiente di temperatura della resistenza a 20 0C
0.00403 per puro Alluminio
0.00363 per leghe di Alluminio
0.00393 per puro rame
q = temperatura del conduttore in cui il guasto si verifica in 0C
K = 1.166 per Alluminio e 0,52 per rame
t = durata dell’errore (in secondi)
Esempio-1: Per determinare la dimensione minima del conduttore per un livello di guasto di 50kA per un secondo per un conduttore di alluminio, supponendo che l’aumento di temperatura sia di 100 gradi.C e la temperatura iniziale del conduttore nell’istante di guasto 85 gradi.C, la sezione trasversale del conduttore sarebbe
100 = (1.166/100) * (50000/A) 2. (1+0.00403*85) *1
Risolvendo A = 625,6 mm2 per alluminio puro
= 617,6 mm2 per leghe di alluminio
= 416 mm2 per rame puro
Effetti elettrodinamici:
La corrente di corto circuito è generalmente asimmetrica e contiene un componente DC. Il componente DC, sebbene duri solo tre o quattro cicli, crea una condizione sub transitoria e causa eccessive forze elettrodinamiche tra i conduttori che trasportano corrente. La struttura di montaggio, i supporti per sbarre collettrici e gli elementi di fissaggio sono sottoposti a queste forze elettrodinamiche. Sebbene questa forza sia solo momentanea, può causare danni permanenti ai componenti e deve essere considerata quando si progetta il sistema di trasporto corrente e la sua struttura di montaggio. La forza massima nelle sbarre piane può essere espressa da
Fm = Forza dinamica massima stimata che può svilupparsi in un sistema monofase o trifase su un guasto
IS = valore rms della corrente di guasto simmetrica in ampere
k = fattore spazio, che è 1 per i conduttori circolari.
rettangolare conduttori, può essere trovato dal fattore spazio grafico (figura 3) corrisponde a (S-a)/(a+b)
dove
S = centro spaziatura tra due fasi mm
a = spazio occupato dai conduttori di una fase in mm
b = larghezza dei conduttori in mm
Vedi esempio-6
Considerazioni di Progettazione
-temperatura Ambiente
-Dimensioni del recinto
-caduta di Tensione
-Pelle e l’effetto di prossimità
temperatura
Per temperature ambiente superiori, capacità di corrente deve essere opportunamente ridotto, per mantenere il stessa temperatura finale durante il funzionamento continuo (declassamento). La temperatura finale per l’alluminio è considerata sicura a 85-90 gradi.C, in cui il metallo non si deteriora o cambia la sua resistenza meccanica per un lungo periodo di funzionamento. La tabella 1 elenca le temperature di funzionamento consentite delle varie parti di un sistema bus. La tabella 2 elenca i fattori di de-rating per una temperatura ambiente più elevata o un aumento di temperatura più basso per la stessa temperatura finale di 850C o 900C rispettivamente.
Dimensione dell’involucro
L’involucro del sistema bus fornisce la superficie di raffreddamento per la dissipazione del calore. La sua dimensione ha un importante impatto sull’aumento di temperatura dei conduttori e quindi di influenzare la loro capacità di carico di corrente. L’effetto dell’involucro e le condizioni di ventilazione dell’ambiente in cui è installato dovrebbero quindi essere considerati quando si progetta un sistema bus. Il rapporto tra l’area dei conduttori che trasportano corrente e l’area della sezione trasversale dell’involucro fornirà la base per determinare l’effetto di dissipazione del calore. La tabella 3 suggerisce lo scenario dei fattori di dissipazione approssimativi che possono essere considerati come probabili declassamenti per un sistema bus in condizioni diverse. (Continua)…
