Полностью изолированная шина или неизолированная шина: практическое руководство по выбору для инженеров

Контент

1 Короткий ответ: выбирайте по принуждению, а не по привычке.
2 Как каждый вариант изолирует проводник
- 2.1 Голая шина: воздух выполняет изолирующую функцию
- 2.2 Полностью изолированная шина: изоляция перемещается вместе с проводником.
3 Клиренс, безопасность и реальность 400 В
4 Параллельное сравнение
5 Где выигрывают полностью изолированные шины
- 5.1 Литье из эпоксидной смолы для подстанций и высоковольтных сетей.
6 Когда силикон или ПТФЭ — лучший изолятор
- 6.1 Силиконовая резина EPDM для ветровых, прибрежных и многоцикловых наружных работ.
- 6.2 ПТФЭ для агрессивных химических и высокотемпературных сред
7 Там, где голые шины все еще имеют смысл
8 Экономия затрат, установки и срока службы
9 Контрольный список из пяти пунктов для выбора
10 Часто задаваемые вопросы

Модернизация подстанции на 35 кВ и коллекторная линия ветряной электростанции на 690 В редко дают один и тот же ответ, однако обе команды задают один и тот же вопрос: голая алюминиевая трубка на опорных изоляторах или полностью изолированная трубчатая шина с эпоксидной смолой, силиконовой резиной EPDM или ПТФЭ, приклеенной к проводнику? Обычно это решают четыре вопроса: расстояние между фазами, которое вы можете построить физически, номинал тока, который вы можете проверить на бумаге, стоимость установки за метр и последствия контакта или неисправности в этом месте.

Эмпирическое правило является грубым. Там, где пространство ограничено, загрязнение является реальным или люди работают вблизи частей, находящихся под напряжением, полностью изолированная шина стоит дороже за метр и меньше в течение всего срока службы установки. Если линия проходит в чистом, сухом, хорошо разнесенном помещении и пропускает сильный ток повреждения, голая шина на изоляторах правильного размера остается инженерно-технической. В разделах ниже объясняется, почему и где проходит граница.

Короткий ответ: выбирайте по принуждению, а не по привычке.

Определите единственное ограничение, которое может помешать утверждению проекта, а затем укажите шину, которая его устранит. Большинство проектов указывают на одно из двух направлений.

Полностью изолированная шина обычно является правильным выбором, если:

Межфазные зазоры не могут быть сохранены, например, при модернизации существующего шкафа, кабельного туннеля или шахты.
Маршрут проходит на открытом воздухе, вдоль побережья, влажный, пыльный или подвержен воздействию химикатов.
Техники или транспортные средства работают вблизи трассы с ограниченными барьерами.
Стоимость часа простоя намного превышает разницу в стоимости материалов.

Голая шина обычно выигрывает, когда:

Маршрут проходит в сухом, контролируемом помещении с большим пространством.
Непрерывный ток высок, а ограничивающим фактором является рассеивание тепла.
Маршрут будет прорезан, пробурен и повторно прорезан на месте.
Корпус со степенью защиты IP, барьеры и запираемый доступ уже удовлетворяют требованиям защиты.

Как каждый вариант изолирует проводник

Голая шина: воздух выполняет изолирующую функцию

Голая шина представляет собой проводник плюс воздух. Изоляционная нагрузка распределяется между воздушным зазором, опорными изоляторами и всем, что вносит вклад в корпус. Это эффективно и легко проверить, но это также означает, что электрическая целостность зависит от условий: накопления пыли, конденсации, влажности, присутствия паразитов и частоты открытия панели. Для проведения технического обслуживания снимите крышку и вместе с ней уйдет часть системы изоляции.

Полностью изолированная шина: изоляция перемещается вместе с проводником.

В полностью изолированной трубчатой шине твердая изоляция наносится непосредственно на проводник — вакуумное литье из эпоксидной смолы, силиконового каучука EPDM или ПТФЭ — поэтому воздух больше не является изолирующей средой. Расстояние между фазами определяется проницаемостью поверхности и толщиной изоляции, а не большим воздушным зазором, что обеспечивает компактную компоновку, меньшее количество барьеров и меньшую занимаемую площадь.

Это связано с двумя компромиссами. Изоляция увеличивает термическое сопротивление, поэтому номинальный ток необходимо проверять в реальных условиях окружающей среды и условиях монтажа, а не предполагать равным голой трубке того же размера. А поскольку проводник скрыт, качество оболочки и качество изготовления соединений имеют большее значение. Определение и типичные применения см. в этом обзоре полностью изолированные трубчатые шины .

Клиренс, безопасность и реальность 400 В

Клиренс — это первое место, где эти два варианта расходятся. В низковольтных сборках обсуждение часто сводится к минимальному межфазному зазору в диапазоне 60–75 мм, независимо от используемого типа, поскольку при 400 В корпус, инструмент в руках техника и риск случайного контакта определяют практический пол, а не изоляционную среду. При напряжении выше 1 кВ воздушный зазор, необходимый для оголенного проводника, быстро увеличивается, в то время как изолированный проводник часто сохраняет гораздо более короткое межосевое расстояние, поскольку диэлектрическая прочность сосредоточена в твердом слое.

Два пункта закупок заслуживают повторения. Полностью изолированная шина не является автоматически защищенной от прикосновения; Только конструкция, проверенная как полная сборка с барьерами, заземлением и соответствующим классом защиты IP, может претендовать на это. И оголенная шина не является автоматически небезопасной; Благодаря проверенным зазорам, номинальному корпусу и контролируемому доступу он надежно работает в течение десятилетий.

Параллельное сравнение

Практические различия, которые определяют наиболее полно изолированные и неизолированные характеристики шин.
Рассмотрение	Голая шина	Полностью изолированная шина
Изолирующая среда	Воздух, а также опорные изоляторы и ограждения корпуса	Твердая изоляция, приклеенная к проводнику (эпоксидная смола, EPDM, PTFE).
Фазовый интервал	Устанавливается по воздушному зазору; резко возрастает выше 1 кВ	Устанавливается в зависимости от поверхностной утечки и толщины изоляции; может быть гораздо теснее
Доверие к корпусу	Высокий; Степень защиты IP и барьеры выполняют часть изоляционных функций.	Нижний; изоляция является неотъемлемой частью проводника
Тепловыделение	Лучший; поверхность проводника свободно конвектирует и излучает	уменьшенный; изоляция увеличивает тепловое сопротивление, поэтому проверьте номинал
Загрязнение, влажность, солевой туман	Требуется чистка, обогрев или дополнительное пространство для обеспечения безопасности.	Лучше переносит загрязнение; Расстояние утечки определяет конструкцию
Модификация и проверка на месте	Легко резать, сверлить и нарезать резьбу; видны открытые стыки	Ограничено заводской длиной и комплектами соединений; дирижер остается скрытым
Схема затрат	Низкая стоимость материала, больше места и стоимость установки	Более высокая стоимость материалов, меньшая занимаемая площадь и меньшая трудоемкость

Где выигрывают полностью изолированные шины

Открытые дворы, прибрежные территории, туннели, компактные салазки и проекты модернизации – это те места, где изолированный вариант обычно окупается. Исключение воздуха из изоляции позволяет проектировщикам сокращать фазовые расстояния, устранять барьеры и прокладывать проводники через пространства, в которых никогда не будут использоваться голые трубки на изоляторах. История технического обслуживания тоже меняется: нет открытого металла под напряжением, который нужно очистить, нет слоя пыли, незаметно сокращающего зазор, и гораздо меньше необходимости проверять во время остановки.

Литье из эпоксидной смолы для подстанций и высоковольтных сетей.

Эпоксидная смола, полученная методом вакуумного литья, является обычным решением, когда изоляция должна быть жесткой, стабильной по размерам и способной выдерживать классовое напряжение 35 кВ через диэлектрический слой, контролируемый на заводе. Он подходит для соединений станционных автобусов, соединений распределительных устройств и маршрутов, где механическая опора, путь утечки и долговременная стабильность имеют большое значение.

Epoxy Resin Cast Tubular Bus Bar for Medium and High Voltage

Трубчатая шина из эпоксидной смолы для среднего и высокого напряжения Полностью изолированная неразборная шина, отлитая из эпоксидной смолы, обеспечивает жесткую диэлектрическую стабильность для распределительных устройств 10–220 кВ, соединений трансформаторов и сильноточных распределительных сетей. Посмотреть продукт →

Когда силикон или ПТФЭ — лучший изолятор

Силиконовая резина EPDM для ветровых, прибрежных и многоцикловых наружных работ.

Силиконовая резина остается гибкой в широком диапазоне температур и устойчива к ультрафиолетовому излучению и отслеживанию поверхности, поэтому она доминирует в ветряных турбинах и наружных коллекторных линиях, где вибрация, термоциклирование и воздух, насыщенный солью, являются нормальными условиями эксплуатации, а не исключениями.

EPDM Silicone Rubber Tubular Bus Bar for High-Voltage Distribution

Трубчатая шина из силиконовой резины EPDM для распределения высокого напряжения Трубчатая шина из EPDM с композитным экраном выдерживает ультрафиолетовое излучение, озон и экстремальные температуры, подходит для подстанций 10–35 кВ, наружного распределения, возобновляемых источников энергии и агрессивных прибрежных объектов. Посмотреть продукт →

ПТФЭ для агрессивных химических и высокотемпературных сред

ПТФЭ обеспечивает химическую инертность и более высокую температуру непрерывной эксплуатации, поэтому он появляется на гальванических линиях, химических заводах и в печах, где другие материалы оболочки быстро стареют. Это стоит дороже, и редко бывает правильным ответом, если этого действительно не требует окружающая среда.

PTFE Tubular Bus Bar for Extreme High-Voltage Insulation

Трубчатая шина из ПТФЭ для изоляции сверхвысокого напряжения Трубчатая шина с обмоткой из пленки ПТФЭ обеспечивает коррозионную стойкость IP68 и стабильную изоляцию для систем напряжением 110–500 кВ, химических заводов и высокотемпературных трасс. Посмотреть продукт →

Там, где голые шины все еще имеют смысл

Голая шина не является устаревшим решением; это правильное решение в нужной комнате. В сухих, защищенных от пыли распределительных помещениях с большим межфазным расстоянием алюминиевая или медная трубка на опорных изоляторах обеспечивает наилучшее рассеивание тепла на килограмм металла, минимальные затраты на материалы и простейшие полевые работы. Соединения можно сверлить, прикручивать болтами и повторно затягивать на месте, а тепловизионное изображение открытого участка не составляет труда.

Условия, обеспечивающие его работу, специфичны: проверенные зазоры при самом высоком напряжении системы, корпус с определенным классом защиты IP, контролируемый доступ и процедура технического обслуживания, включающая очистку и проверку крутящего момента. Уберите любой из них, и экономика начнет двигаться в сторону изолированного варианта.

Экономия затрат, установки и срока службы

Стоимость материала на метр почти всегда благоприятствует голой шине. Установленная стоимость не всегда соответствует. Сравните весь пакет, а не цену проводника:

Проводник и изоляция: выше для изолированной версии, особенно из ПТФЭ.
Опоры, изоляторы и барьеры: больше их в голой версии, потому что воздушные зазоры вокруг них нуждаются в конструкции.
Корпус и площадь помещения: больше для голой шины; меньшие помещения и салазки сокращают затраты на строительные работы и сталь.
Монтажные работы: требуется меньше деталей для совмещения с изолированными деталями заводского изготовления, но комплекты соединений требуют обученных бригад.
Техническое обслуживание: очистка, термические обследования и проверки крутящего момента повторяются бесконечно на открытых проводниках.
Риск: Случайный контакт, воздействие вспышки дуги и продолжительность простоя никогда не указываются в заказе на поставку, но учитываются в бюджете.

Контрольный список из пяти пунктов для выбора

Зафиксируйте самое высокое напряжение системы и требуемый уровень выдерживаемости импульсов, а затем рассчитайте воздушный зазор, который потребуется для оголенного проводника.
Измерьте пространство, фактически доступное для этого зазора, включая доступ для технического обслуживания и зазор для инструментов.
Честно опишите окружающую среду: влажность, соль, пыль, химикаты, температуру окружающей среды и солнечное воздействие.
Проверьте номинальный ток для выбранного типа в реальных условиях установки, а не в эталонном случае из каталога.
Цена полного пакета — проводник, изоляция, опоры, объем корпуса, установка и ожидаемое обслуживание в течение срока службы.

Часто задаваемые вопросы

Может ли полностью изолированная шина пропускать тот же ток, что и голая шина с тем же размером проводника?

Не автоматически. Слой изоляции увеличивает термическое сопротивление, поэтому проверенный номинал обычно ниже, если поперечное сечение проводника не увеличено. Сравните номинальные характеристики при одинаковой температуре окружающей среды и условиях монтажа.

Является ли полностью изолированная шина безопасной для прикосновения?

Только при проверке конструкции как полной сборки с барьерами и заземлением. Изоляция проводника является необходимой частью этого требования, а не всем.

Можно ли использовать два типа в одной установке?

Часто, и это разумная практика проектирования. Изолированные секции подходят для труднодоступных, влажных или доступных мест, тогда как голые секции подходят для хорошо расположенных, сухих и сильноточных участков того же маршрута.

На самом деле сравнение не идет с изоляцией и голостью — это пространство, окружающая среда и доступ, а также стоимость материалов и рассеивание тепла. Решите, кто из них контролирует проект, сверьте цифры с реальными условиями на объекте, и спецификация обычно пишется сама. Если вы обдумываете конкретный маршрут, пришлите ограничения по напряжению, току и маршрутизации, и команда инженеров сможет подтвердить, подходит ли на практике шина с изоляцией из эпоксидной смолы, EPDM или PTFE — связаться с командой с вашими рисунками.