Hoe een busbar-indeling van een onderstation te ontwerpen: schema's, spelingen en afstandsregels

Een buitenterrein van 110 kV is 60 meter lang, de binnenkomende lijn komt aan de westkant uit en de klant wil twee transformatorruimtes plus ruimte voor een toekomstige derde. Het enkellijnsschema is goedgekeurd. De vraag die het project een week lang tegenhoudt, is veel minder glamoureus: waar loopt de rail precies en hoeveel steunconstructies heeft hij nodig?

De lay-out van de rail is een sequentieprobleem voordat het een tekenprobleem is. Bevestig eerst de schakelinrichting, vergrendel als tweede de elektrische afstanden en plaats het staal en de isolatoren als laatste. Teams die met de ondersteuningstekening beginnen, tekenen deze meestal opnieuw, omdat een vrije ruimte die er op bovenaanzicht genereus uitziet, zelden een toegangscontrole voor onderhoud met een bakwagen overleeft.

Het korte antwoord: kies de opstelling op basis van het foutniveau en de onderhoudsfilosofie, leid de afstand af van de hoogste systeemspanning en het vervuilingsniveau van de locatie, en bemeten vervolgens de geleider op basis van continue stroom en kortsluitvastheid. Steunpunten, isolatoren, greppels, wegen en toekomstige baaien vloeien allemaal voort uit deze drie beslissingen.

De invoer die u nodig heeft voordat u iets tekent

Verzamel deze vóór de eerste schets. Als er één ontbreekt, komt het probleem in de bouw terecht, waar correcties veel meer kosten dan op papier.

Nominale en hoogste systeemspanning, die het isolatieniveau bepaalt en, indirect, de geometrie van de hele tuin.
Continue busstroom plus de groei die de eigenaar de komende 10 tot 15 jaar verwacht.
Bestand tegen kortsluiting: rms en piekstroom, en duur, doorgaans 1 of 3 seconden.
Terreingrenzen, bestaande doorgangsrechten en de richting waarin elke lijn binnenkomt.
Vervuilingsniveau en hoogte, die beide de vereisten voor kruip en vrije ruimte verruimen.
Omgevingstemperatuurbereik, windsnelheid en seismische zone voor structurele belasting.
Redundantieregels: welke circuits moeten blijven draaien terwijl een stroomrail of een onderbreker in stand wordt gehouden.

Het laatste item beslist over geld. Een busbar die vandaag de dag 800 A draagt, is nog steeds ontworpen voor de 25 kA die het netwerk kan leveren, omdat de steunafstand en de isolatorbelasting voortkomen uit de piekkortsluitkracht in plaats van uit de belastingsstroom. Verhoog het foutniveau later en je herbouwt het staal.

Het kiezen van het railsysteemschema

De regeling is een afweging tussen schakelflexibiliteit en het aantal stroomonderbrekers, scheiders en bays dat u over een periode van 30 jaar koopt, installeert en onderhoudt.

Tabel 1: gemeenschappelijke railsystemen voor onderstations en hun praktische afwegingen.
Regeling	Flexibiliteit bij het schakelen	Relatieve voetafdruk	Typische pasvorm	Belangrijkste afweging
Enkele rail	Laagste; een busstoring of busonderhoud onderbreekt het station	Kleinste	Kleine distributiestations, locaties met één transformator	Eenvoudig en voordelig, maar geen busonderhoudsvenster
Enkele rail with sectionaliser	Matig; secties kunnen onafhankelijk worden geïsoleerd	Klein	Distributiestations met twee inkomende feeders	Beperkt de uitval, maar verwijdert deze niet
Dubbele rail	Hoog; elke feeder kan naar beide bussen worden overgebracht	Groter, met dubbele bus en extra scheiders	Transmissieknooppunten en belangrijke industriële onderstations	Hogere kosten en complexere vergrendelingen
Hoofd- en transferbus	Matig; een feeder beweegt naar de transferbus voor onderhoud aan de onderbreker	Iets groter	Locaties waar onderhoud aan onderbrekers de stroomvoorziening niet mag onderbreken	Overstappen vereist een strikte procedure
Anderhalf breker	Hoogste; elke onderbreker kan worden teruggetrokken zonder dat er een circuit verloren gaat	Grootste, met de meeste structuren	EHV-knooppunten en kritische netverbindingen	Hoogste kapitaalkosten en beschermingscomplexiteit

In de praktijk dekt één enkele rail met een sectionalisator de meeste distributiewerkzaamheden van 10 kV tot 35 kV. Dubbele busbar verdient zijn kosten wanneer het verlies van de bus betekent dat de productie of een stadsdeel verloren gaat. Opstellingen met anderhalve onderbreker horen thuis op knooppunten waar geen circuit mag worden uitgeschakeld om een onderbreker in stand te houden.

Vrije ruimten en afstanden bepalen de tuin

Als de regeling eenmaal is vastgelegd, is het de bedoeling dat het plan feitelijk wordt opgesteld. Begin met de hoogste systeemspanning, pas de vervuilings- en hoogtecorrecties toe en controleer vervolgens het resultaat aan de hand van de geldende norm.

Tabel 2: typische fase-tot-fase luchtafstanden voor met buitenlucht geïsoleerde rails; altijd geldt de geldende norm.
Systeemspanning	Typische minimale fase-tot-fase-speling	Praktisch gevolg voor de indeling
10 kV	Ongeveer 200 mm	Compacte baaien; schakelapparatuur voor binnenshuis vervangt vaak open rails
35 kV	Ongeveer 400 mm	Slanke baaien en railconstructies met één niveau zijn gebruikelijk
66 kV	Ongeveer 700 mm	Baaibreedtes groeien snel; ondersteunende structuren worden groter
110 kV	Ongeveer 1000 mm	Indelingen met twee niveaus en rails boven de scheiders
220 kV	Ongeveer 1800 mm	Grote overspanningen, zware constructies, brede toegangswegen
500 kV	Ongeveer 3800 mm	Werfplanning wordt gedomineerd door opruiming en corona

Er volgen twee gevolgen. Ten eerste is een terrein van 220 kV ongeveer drie keer zo breed als een terrein van 35 kV dat dezelfde stroom voert. Ten tweede is de spanlengte net zo belangrijk als de speling. Postisolatoren dragen gewoonlijk stijve buisvormige rails met een overspanning van 6 tot 12 meter, en de overspanning moet kort genoeg zijn zodat de piekkortsluitkracht de isolator, de steun of de geleider zelf niet overbelast.

Passende geleider en isolatie op de lay-out

De keuze van de geleiders volgt uit de lay-out en niet andersom. Waar er gemakkelijk ruimte is, zijn blanke aluminium of koperen buisrails op paalisolatoren het economische antwoord: stijf, gemakkelijk te inspecteren en eenvoudig uit te breiden als er een nieuw veld wordt toegevoegd.

Aluminum Alloy Tubular Bus Bar for High-Voltage Systems

Buisvormige busbar van aluminiumlegering voor hoogspanningssystemen Deze stijve buisvormige rail van 6063G-aluminiumlegering is geschikt voor lay-outs met voldoende vrije ruimte en biedt een hoge mechanische sterkte en geleidbaarheid. Bekijk Product →

Waar de ruimte krap is, zoals in een schakelruimte binnenshuis, een compacte industriële ruimte, een windturbinetoren, een tunnel of een onderstation op het dak, kunnen blanke geleiders niet voldoen aan de beschikbare breedte. Geïsoleerde buisrails lossen dit probleem op door de isolatie op de geleider aan te brengen in plaats van te vertrouwen op lucht. Dit is ook de reden dat ze steeds vaker voorkomen bij renovatieprojecten met vaste bouwafmetingen. De volledig geïsoleerde buisrail bereik dekt de meeste van deze beperkingen.

Drie isolatiesystemen kunnen de meeste gevallen aan. Vacuümgegoten rails van epoxyhars geven een harde, vormvaste schaal die geschikt is voor vochtige of vervuilde omgevingen. EPDM-siliconenrubber behoudt de flexibiliteit en absorbeert thermische beweging. PTFE is geschikt voor toepassingen waarbij chemische bestendigheid en een kleine diameter het belangrijkst zijn.

Fully Insulated Epoxy Resin Cast Tubular Bus Bar

Volledig geïsoleerde epoxyhars gegoten buisvormige busbar Deze volledig geïsoleerde epoxyhars gegoten rail biedt een harde, vormvaste schaal voor vochtige of vervuilde omgevingen bij midden- en laagspanning binnenshuis. Bekijk Product →

Bij midden- en laagspanning in gebouwen vervangen busbaansystemen kabeltrajecten waarbij flexibiliteit bij de aftakking, voorspelbare warmtedissipatie en eenvoudiger lokaliseren van fouten belangrijker zijn dan de laagste initiële kosten.

Fully Insulated High and Low Voltage Busway System

Volledig geïsoleerd hoog- en laagspanningsbusbaansysteem Dit volledig geïsoleerde busbaansysteem biedt een compact ontwerp met gedeelde behuizing voor stroomdistributie, geschikt voor renovatie- en uitbreidingsprojecten met beperkte ruimte. Bekijk Product →

Aarding, onderhoudstoegang en ruimte om te groeien

De geometrie van de rail en het aardingsontwerp moeten samen bewegen. De voetafdruk van het aardnetwerk volgt de routes van de geleiders, dus een stroomrail die laat in het ontwerp wordt verplaatst, dwingt het aardingsonderzoek opnieuw uit te voeren, en de stap- en aanrakingsspanningslimieten worden doorgaans eerder aangescherpt dan versoepeld.

Houd de toegangswegen 3,5 tot 4 meter breed, met een vrije draairuimte bij het transformatorveld.
Laat voldoende loopruimte vrij zodat een technicus de scheiders kan bedienen zonder de vrije zone te betreden.
Leid kabelgoten zo dat ze niet onder railsteunen kruisen die mogelijk moeten worden vervangen.
Reserveer één reservevak of in ieder geval de fysieke ruimte daarvoor, inclusief de aardaansluitingen.

Een praktische ontwerpvolgorde

Bevestig de elektrische gegevens: spanning, continue stroom, foutniveau en duur.
Selecteer de railopstelling op basis van redundantie, niet op basis van gewoonte.
Leid spelingen af uit de hoogste systeemspanning plus correcties voor vervuiling en hoogte.
Zorg ervoor dat de geleider geschikt is voor continue stroom en thermische kortsluiting.
Stel de overspanning en steunafstand in vanaf de piekkortsluitkracht.
Plaats steunpunten, funderingen, wegen en sleuven op het plan en controleer vervolgens de toegang voor onderhoud.
Controleer beveiligingszones, vergrendeling en aarding ten opzichte van de uiteindelijke fysieke lay-out.
Beoordeel de tekening met het operationele team voordat deze wordt bevroren; zij zullen het toegangsprobleem vinden dat u hebt gemist.

Waar busbar-indelingen meestal fout gaan

Het dimensioneren van de rail alleen voor belastingsstroom en vervolgens ontdekken dat de steunafstand wordt bepaald door de foutkracht.
Gebruik van een lage hoogte-klaringstafel op een locatie boven de 1000 meter.
Als we dat vervuilingsniveau vergeten, wordt de kruip groter, waardoor de isolatoren langer worden en de hoogte van de constructie toeneemt.
Het plaatsen van een scheider op de plek waar de bedieningshendel binnen de veiligheidsafstand terechtkomt.
Er blijft geen fysieke ruimte over voor een toekomstige baai, wat later een volledige herschikking van de tuin afdwingt.
Door een flexibele geleider te kiezen waarbij een stijve buisrail de overspanning en het staal zou hebben gehalveerd.

Veelgestelde vragen

Hoe breed moet een busbar-baai van een onderstation zijn?

De veldbreedte wordt normaal gesproken bepaald door de grootste vrije ruimte in het veld plus werkruimte, en niet door de diameter van de geleider. Voor een buitenbaai van 110 kV is een afstand van 8 tot 12 meter tussen fasecentra gebruikelijk; bij 35 kV is 3 tot 5 meter vaak voldoende. Controleer altijd aan de hand van de toepasselijke norm en de afmetingen van de schakelapparatuur.

Moet de rail boven of onder de scheiders zitten?

Hierboven, in de meeste ontwerpen met buitenluchtisolatie, zodat onderhoud aan een scheider kan worden uitgevoerd zonder in de buurt van een spanningvoerende stroomrail te komen. De wisselwerking is grotere constructies en langere isolatoren. Indelingen met één niveau besparen staal, maar maken de toegang moeilijker.

Stijve buisrail of flexibele geleider?

Stijve buisrails zijn geschikt voor korte, schone overspanningen en verminderen de hoogte en het aantal constructies. Flexibele geleiders kunnen grote overspanningen, seismische bewegingen en ongelijkmatige ondersteuning beter aan. De beslissing komt meestal neer op de overspanningslengte en hoeveel staal u bereid bent te bouwen.

Als de bovenstaande volgorde wordt gevolgd, is de lay-outtekening niet langer een onderhandeling, maar een gevolg van de elektrische beslissingen. Begin met de opstelling, leid de spelingen af en bepaal vervolgens de hardware. Als u op een specifiek terrein werkt, kunnen onze technici uw enkellijnsdiagram en locatiebeperkingen bekijken en een combinatie van geleider en isolatie voorstellen die past bij de ruimte die u daadwerkelijk heeft. Je kunt het team bereiken via contactpagina .