Für Feeder mit moderaten Nennwerten, z. B. bis zu 600 / 800A, werden Kabel bevorzugt, während für höhere Nennwerte (über 1000A) aufgrund von Sicherheit, Zuverlässigkeit, Wartung, Kosten, Aussehen und einfacher Handhabung feste Leiter (LT-Bussysteme) bevorzugt werden. Bei größeren Nennwerten können mehr Kabel unhandlich und schwer zu warten sein und Probleme beim Auffinden von Fehlern verursachen. Die massiven Verbindungen, die sich von der Versorgungsseite bis zur Empfangsseite durch Sammelschienen erstrecken, werden als Buskanäle bezeichnet. Diese Sammelschienen sind in einem Blechgehäuse untergebracht.
Das Hauptanliegen wird der Umgang mit großen Strömen statt Spannungen sein. Große Ströme sind aufgrund der gegenseitigen Induktion zwischen den Leitern und auch zwischen Leiter und Gehäuse schwieriger zu handhaben als Spannungen. In diesem Artikel werden die Arten von metallgekapselten Bussystemen und ihre Konstruktionsparameter erläutert, um die richtige Größe der Leiterabschnitte und der Busgehäuse für eine erforderliche Nennstromstärke und Systemspannung auszuwählen.
Typen von metallgekapselten Bussystemen
Ein Bussystem kann je nach Anwendung einer der folgenden Typen sein:
– Nicht getrennt
-Getrennt
– Isolierte Phase
-Steigendes Netz (vertikale Bussysteme)
-Overhead-Bus (horizontales Bussystem)
Nicht getrenntes Phasenbussystem
Bei dieser Konstruktion sind alle Busphasen in einem Metallgehäuse mit ausreichendem Abstand zwischen ihnen und auch mit dem Gehäuse untergebracht, jedoch ohne Barrieren zwischen den Phasen, wie in Abbildung gezeigt- 1. Da es lebendig ist, wird es am häufigsten für alle Arten von LT-Systemen verwendet.
Getrenntes Phasenbussystem
Bei dieser Konstruktion sind alle Phasen wie zuvor in einem Metallgehäuse untergebracht, jedoch mit einer metallischen Barriere zwischen jeder Phase, wie in Abbildung 2 gezeigt. Die metallischen Barrieren sorgen für die erforderliche magnetische Abschirmung und isolieren die Stromschienen magnetisch voneinander.
Das Gehäuse kann aus MS- oder Aluminiumlegierung bestehen und die gewählten Barrieren können aus demselben Metall wie das Gehäuse bestehen. Der Zweck einer metallischen Barriere besteht nicht nur darin, die Phasen gegen Kurzschlüsse abzuschirmen, sondern auch den Effekt der Nähe einer Phase zur anderen zu verringern, indem das von den stromführenden Leitern erzeugte elektrische Feld innerhalb der Barriere selbst abgefangen wird. Es funktioniert nun wie ein Gehäuse mit einer Verschachtelungsanordnung, die die von den Leitern erzeugten Felder weitgehend ausgleicht und nur ein mäßiges Feld im Raum zulässt.
Diese sind in der regel verwendet für höhere bewertungen 3000A und oben auf alle spannung systeme. Diese werden im Gegensatz zu den ersteren auf einem HT-System bevorzugt.
IPB-System (Isolated Phase Bus)
Wird für sehr große Nennleistungen ab 10.000A verwendet. Bei dieser Konstruktion sind die Leiter jeder Phase in einem separaten nichtmagnetischen Metallgehäuse untergebracht, um sie vollständig voneinander zu isolieren, mit den folgenden Vorteilen.
-Es beseitigt phase zu phase fehler.
-Es minimiert die proximity effekte zwischen die wichtigsten strom führenden leiter der benachbarten phasen zu fast null aufgrund magnetische abschirmung.
-Das Bussystem ist einfach zu handhaben, zu biegen und zu installieren.
Steigendes Netz (vertikales Bussystem)
Wird in vertikaler Formation zur Versorgung einzelner Stockwerke eines Hochhauses verwendet. Es erhebt sich vom Boden des Gebäudes und verläuft in die oberste Etage. Um die Kosten zu senken, können die Bewertungen nach jeweils drei oder vier Stockwerken in abnehmender Reihenfolge erfolgen, da nach jedem Stockwerk die Belastung dieses Stockwerks verringert wird.
Overhead-Bus (horizontales Bussystem)
Im Gegensatz zu einem hohen Steigrohr läuft das Overhead-Bussystem jetzt horizontal unter der Decke in geeigneter Höhe, um die Stromversorgung auf leichte und kleine Lastpunkte zu verteilen. In einem Overhead-Sammelschienensystem kann der Strom von einer beliebigen Anzahl von Punkten abgegriffen werden, um die darunter liegenden Lastpunkte über eine Steckbox analog zu einem ansteigenden Netz zu versorgen.
Design Parameter und Service Bedingungen für eine Metall Geschlossenen Bus System
EIN bus system würde zugeordnet werden die folgenden bewertungen
-Nennspannung
-Nennfrequenz
-Bewertet isolierung ebene
-Power frequenz spannung widerstehen
-Impuls spannung widerstehen
-Kontinuierliche maximale bewertung
-Bewertet kurze zeit strom bewertung
-Bewertet momentary spitzenwert des Fehlerstroms
-Dauer des Fehlers
Kurzschlusseffekte
Ziel ist es, die Mindestgröße der stromführenden Leiter zu bestimmen und über die Montage zu entscheiden Anordnung.
Ein Kurzschluss führt zu einem übermäßigen Strom aufgrund der niedrigen Impedanz des fehlerhaften Stromkreises zwischen der Versorgungsquelle und dem Fehler. Dieser Überstrom führt zu übermäßiger Wärme in den stromführenden Leitern, wodurch elektromagnetische Effekte und elektrodynamische Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den Leitern und ihrer Befestigungsstruktur erzeugt werden. Diese Kräfte sind gleichmäßig über die Länge der Leiter verteilt.
Die Auswirkung eines Kurzschlusses erfordert fortan, dass diese beiden Faktoren (thermische Effekte und elektrodynamische Kräfte) bei der Auslegung der Größe der stromführenden Leiter und ihrer Montagestruktur berücksichtigt werden, die neben dem Längsabstand zwischen den Trägern und dem Abstand zwischen den Phasenleitern auch mechanische Stützen, Isolatortyp und Art der Hardware umfasst.
Thermische Effekte
Bei normalen Unterbrechungsgeräten hält der Fehlerstrom bis zu 1 Sek. an. Diese Zeit ist zu kurz, um eine Wärmeableitung vom Leiter durch Strahlung oder Konvektion zu ermöglichen. Die bei einem Fehler erzeugte Gesamtwärme wird somit vom Leiter selbst abgeführt. Die Größe des Leiters sollte daher so sein, dass sein Temperaturanstieg während eines Fehlers seine Endtemperatur unter dem Niveau hält, auf dem das Metall des Leiters zu erweichen beginnt. Aluminium, das weit verbreitetste Metall für Stromkabel, obenliegende Getriebe- und Verteilungslinien oder die LT- und HT-Schaltanlagenversammlung und die Buskanalanwendungen, fängt an, bei einer Temperatur von herum 180-200 Grad zu erweichen. C.
In der regel, auf eine fehler, eine sichere temperatur aufstieg von 100 grad.C über der zulässigen Endtemperatur von 85 Grad.C oder 90 Grad.C des Leiters während des normalen Betriebs, d. H. bis zu 185 Grad.C-190 Grad.C während Fehlerzustand gilt als sicher und als Grundlage genommen, um die Größe des Leiters zu bestimmen.
Der geschweißte Teil, wie z. B. an den flexiblen Verbindungen, sollte auch bis zu dieser Temperatur sicher sein und sollte nicht für diesen Zweck verwendet werden, wo Messinglöten bevorzugt wird.
Um die Mindestgröße des Leiters für einen erforderlichen Pegel Isc zu bestimmen, um die thermischen Effekte allein zu berücksichtigen, wird die folgende Formel verwendet, um die Mindestgröße des Leiters für jeden Fehlerpegel zu bestimmen.
wobei
qt = Temperaturanstieg in 0C
Isc = symmetrischer Fehlerstrom in A
A = Querschnittsfläche des Leiters (mm2)
a20= Temperaturkoeffizient des Widerstands bei 20 0C
0,00403 für Reinaluminium
0,00363 für Aluminiumlegierungen
0,00393 für Reinkupfer
q = Betriebstemperatur des Leiters, bei dem der Fehler auftritt, bei dem der Fehler auftritt 0C
K = 1,166 für Aluminium und 0,52 für Kupfer
t = Fehlerdauer (in Sekunden)
Beispiel-1: Um die Mindestgröße des Leiters für einen Fehlerpegel von 50kA für eine Sekunde für einen Aluminiumleiter zu bestimmen, unter der Annahme, dass der Temperaturanstieg 100 Grad beträgt.C und die Anfangstemperatur des Leiters zum Zeitpunkt des Fehlers 85 Grad.C, der Querschnitt des Leiters wäre
100 = (1.166/100) * (50000/ A)2. (1+0.00403*85) *1
Durch Lösen von A = 625,6 mm2 für Reinaluminium
= 617,6 mm2 für Aluminiumlegierungen
= 416 mm2 für Reinkupfer
Elektrodynamische Effekte:
Der Kurzschlussstrom ist im Allgemeinen asymmetrisch und enthält einen Gleichstromanteil. Die Gleichstromkomponente hält zwar nur drei oder vier Zyklen an, erzeugt jedoch einen subtransienten Zustand und verursacht übermäßige elektrodynamische Kräfte zwischen den stromführenden Leitern. Diese elektrodynamischen Kräfte wirken sich auf die Montagestruktur, die Stromschienenträger und die Befestigungselemente aus. Obwohl diese Kraft nur vorübergehend ist, kann sie zu dauerhaften Schäden an den Komponenten führen und muss bei der Auslegung des stromführenden Systems und seiner Montagestruktur berücksichtigt werden. Die maximale Kraft in flachen Stromschienen kann ausgedrückt werden durch
Fm = Geschätzte maximale dynamische Kraft, die sich in einem Ein- oder Dreiphasensystem bei einem Fehler entwickeln kann
ISC = Effektivwert des symmetrischen Fehlerstroms in Ampere
k = Raumfaktor, der für Kreisleiter 1 ist.
Für rechteckige leiter, es kann gefunden werden von raum faktor graph (abbildung-3) entsprechend (S-a)/(a + b)
wo
S = center abstand zwischen zwei phasen in mm
a = raum besetzt durch die leiter von einer phase in mm
b = breite der leiter in mm
Siehe beispiel-6
Überlegungen zum Design
– Umgebungstemperatur
-Größe des Gehäuses
-Spannungsabfall
-Haut- und Proximity-Effekt
Umgebungstemperatur
Bei höheren Umgebungstemperaturen sollte die Stromkapazität in geeigneter Weise reduziert werden, um die gleiche Endtemperatur im Dauerbetrieb (Derating). Die Endtemperatur für Aluminium gilt als sicher bei 85-90 Grad.C, bei dem sich das Metall über einen langen Betriebszeitraum nicht verschlechtert oder seine mechanische Festigkeit ändert. In Tabelle 1 sind die zulässigen Betriebstemperaturen der verschiedenen Teile eines Bussystems aufgeführt. Tabelle-2 listet die Herabstufungsfaktoren für eine höhere Umgebungstemperatur oder einen niedrigeren Temperaturanstieg für die gleiche Endtemperatur von 850C bzw. 900C auf.
Gehäusegröße
Das Gehäuse des Bussystems bildet die Kühlfläche für die Wärmeableitung. Seine Größe hat einen wichtigen Einfluss auf den Temperaturanstieg der Leiter und damit auf ihre Strombelastbarkeit. Der Gehäuseeffekt und die Lüftungsbedingungen der Umgebung, in der das Gehäuse installiert ist, sollten daher bei der Auslegung eines Bussystems berücksichtigt werden. Das Verhältnis der Fläche der stromführenden Leiter zur Querschnittsfläche des Gehäuses bildet die Grundlage für die Bestimmung des Wärmeableitungseffekts. Tabelle-3 schlägt das Szenario der ungefähren Verlustfaktoren vor, die als wahrscheinliche De-Ratings für ein Bussystem unter verschiedenen Bedingungen betrachtet werden können. (Fortsetzung folgt)…
