บัสบาร์แบบหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบคืออะไรและใช้ที่ไหน?

บัสบาร์แบบหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบคืออะไรและใช้ที่ไหน?

A บัสบาร์หุ้มฉนวนอย่างเต็มที่ เป็นตัวนำไฟฟ้าทรงกระบอกที่แข็งแกร่งซึ่งอยู่ภายในระบบฉนวนไดอิเล็กทริกแบบต่อเนื่อง ออกแบบมาเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระดับสูงพร้อมความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น รอยเท้าน้อยที่สุด และการป้องกันความเครียดทางสิ่งแวดล้อมและทางกลที่เชื่อถือได้ ต่างจากบัสบาร์แบบเปิดโล่งทั่วไป รูปแบบฉนวนเต็มรูปแบบจะพันตัวนำแต่ละตัวในชั้นฉนวนที่แข็งแกร่ง โดยทั่วไปคือโพลีเอทิลีนแบบ cross-linked (เอ็กซ์แอลพีอี) อีพอกซีเรซิน หรือยางซิลิโคน ซึ่งป้องกันการสัมผัสโดยไม่ได้ตั้งใจ ระงับการคายประจุบางส่วน และอนุญาตให้มีระยะห่างของตัวนำที่เข้มงวดมากขึ้นในการติดตั้งที่จำกัด กล่าวโดยย่อ: มันมอบความสามารถในการรองรับพลังงานของบัสบาร์แบบดั้งเดิม ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการไดอิเล็กทริกของโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูงสมัยใหม่

ระบบเหล่านี้ถูกใช้งานทุกที่ที่มีขนาดกะทัดรัด เชื่อถือได้ และปลอดภัยในการกระจายพลังงานไฟฟ้าที่ไม่สามารถต่อรองได้ จากสถานีย่อยในเมืองและโรงงานอุตสาหกรรม ไปจนถึงศูนย์ข้อมูล แพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง และเครือข่ายระบบขนส่งมวลชน ฐานบัสบาร์หุ้มฉนวนที่ติดตั้งทั่วโลกได้ขยายอย่างมีนัยสำคัญควบคู่ไปกับความหนาแน่นของเมืองและการเติบโตอย่างรวดเร็วของโครงสร้างพื้นฐานพลังงานหมุนเวียน ทำให้ความเข้าใจในเชิงลึกเกี่ยวกับการออกแบบ ลักษณะการทำงาน และตรรกะการใช้งานมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับวิศวกรไฟฟ้าและนักพัฒนาโครงการ ส่วนด้านล่างนี้จะสำรวจรายละเอียดการก่อสร้าง เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพทางไฟฟ้า สภาพแวดล้อมการติดตั้ง การจัดการวงจรชีวิต การวิเคราะห์เปรียบเทียบกับระบบบัสทางเลือก และเกณฑ์ข้อกำหนดที่สำคัญ

โครงสร้างและส่วนประกอบหลักของระบบฉนวนบัสบาร์แบบท่อ

การทำความเข้าใจกายวิภาคของระบบฉนวนบัสบาร์แบบท่อเป็นสิ่งสำคัญก่อนที่จะประเมินความเหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะ ส่วนประกอบทุกชิ้นในชุดประกอบทำหน้าที่ทางไฟฟ้าหรือทางกลที่แตกต่างกัน และประสิทธิภาพของระบบโดยรวมจะดีพอๆ กับองค์ประกอบเดี่ยวที่อ่อนแอที่สุดเท่านั้น

แกนตัวนำ

ตัวนำด้านในผลิตจากทองแดงเกรดอิเล็กโทรไลต์ (ความบริสุทธิ์ 99.9% ตามมาตรฐาน EN 1977) หรืออะลูมิเนียมอัลลอยด์ (ซีรีส์ 6101-T6 ตาม ASTM B317) ทองแดงเป็นที่ต้องการมากกว่าโดยมีความหนาแน่นกระแสเป็นสำคัญ โดยมีค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 58 MS/m เทียบกับอะลูมิเนียม 35 MS/m อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมจะลดน้ำหนักโดยรวมของระบบลงประมาณ 50–60% ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่ชัดเจนสำหรับการวิ่งในแนวนอนระยะไกล อาคารที่ไวต่อแผ่นดินไหว หรือการติดตั้งด้านบนนอกชายฝั่งซึ่งมีภาระทางโครงสร้างจำกัด เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวนำโดยทั่วไปอยู่ในช่วงตั้งแต่ 40 มม. ถึง 250 มม. และรูปทรงของท่อ (กลวง) เป็นการออกแบบโดยเจตนา: ที่ความถี่กำลัง (50 เฮิรตซ์หรือ 60 เฮิรตซ์) กระแสไฟฟ้าจะรวมตัวใกล้กับพื้นผิวด้านนอกของตัวนำเนื่องจากผลกระทบของผิวหนัง ความลึกของผิวทองแดงที่ 50 Hz อยู่ที่ประมาณ 9.3 มม. ซึ่งหมายความว่าตัวนำที่เป็นของแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 18 มม. ให้ประโยชน์ในการนำกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมที่แกนกลางน้อยที่สุด การนำวัสดุหลักที่ซ้ำซ้อนออกจะช่วยลดต้นทุนมวลและวัสดุโดยไม่กระทบต่อความกว้างขวาง

ชั้นฉนวน

ชั้นฉนวนเป็นองค์ประกอบที่กำหนดของบัสบาร์แบบท่อที่หุ้มฉนวนทั้งหมด ความหนาและระดับวัสดุจะกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้า สภาพแวดล้อมในการให้บริการ และอายุการใช้งานที่คาดหวังของผลิตภัณฑ์โดยตรง วัสดุฉนวนทั่วไปและลักษณะทางวิศวกรรมมีดังนี้:

• XLPE (โพลีเอทิลีนแบบครอสลิงค์): ความเป็นฉนวน ~20 kV/มม. อุณหภูมิตัวนำต่อเนื่องสูงสุด 90°C ทนต่อความชื้นและสารเคมีได้ดีเยี่ยม ตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าปานกลางสูงถึง 36 kV
• ฉนวนหล่ออีพอกซีเรซิน: ความแข็งแกร่งทางกล ความต้านทานการติดตามพื้นผิวที่โดดเด่น (ดัชนีการติดตามเชิงเปรียบเทียบมากกว่า 600 ในเรซินเกรด I ตาม IEC 60112) และความเสถียรของมิติ ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบบัสที่เชื่อมต่อกับ GIS ภายในอาคารและสวิตช์เกียร์แบบหุ้มฉนวนแก๊ส
• ยางซิลิโคน: คุณสมบัติพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำที่เหนือกว่าซึ่งสามารถฟื้นตัวได้เองหลังจากเกิดมลภาวะ มีความยืดหยุ่นได้ถึง -60 องศาเซลเซียส และต้านทานรังสียูวี ตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการให้บริการกลางแจ้งโดยตรงบนแนวชายฝั่งที่มีความชื้นสูงหรือในสภาพแวดล้อมในทะเลทรายที่มีการหมุนเวียนความร้อนสูง
• ปลอกโพลีเมอร์หดด้วยความร้อน (ชุดข้อต่อ): นำไปใช้กับข้อต่อและการสิ้นสุดที่เตรียมไว้ล่วงหน้าโดยใช้ความร้อนที่ควบคุมเพื่อให้ฉนวนมีความต่อเนื่องอย่างราบรื่นที่จุดที่เปราะบางที่สุดของการทำงานของบัสบาร์
• อีพีดีเอ็ม (เอทิลีน โพรพิลีน ไดอีน โมโนเมอร์): ใช้ในการใช้งานแรงดันไฟฟ้าปานกลางบางประเภทเพื่อการต้านทานโอโซนที่ดีเยี่ยมและความยืดหยุ่นในระยะยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นและข้อต่อการขยายตัว

ความหนาของฉนวนคำนวณจากแรงดันไฟฟ้าทนอิมพัลส์ (BIL) ที่ระบุและการกระจายสนามไฟฟ้าที่พื้นผิวตัวนำ สำหรับระบบ 12 kV (Um = 12 kV, BIL = 75 kV) โดยทั่วไปความหนาของฉนวน XLPE จะอยู่ที่ 3.5 ถึง 5 มม. สำหรับระบบ 36 kV (Um = 36 kV, BIL = 170 kV) ค่านี้จะขยายเป็น 8 ถึง 12 มม. ความหนาเหล่านี้ถือว่ามีเรขาคณิตของสนามที่สม่ำเสมอ ความผิดปกติที่ข้อต่อตัวนำจะต้องได้รับการปรับให้เรียบอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการปรับปรุงสนามซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดการปล่อยประจุบางส่วนก่อนเวลาอันควร

โครงสร้างรองรับ สิ่งห่อหุ้ม และอุปกรณ์เสริม

ตัวนำฉนวนจะถูกยึดไว้ในตำแหน่งโดยฉนวนรองรับอีพอกซีหรือโพลีเมอร์เสริมแก้ว (GRP) โดยเว้นระยะห่างตามช่วงเวลาที่กำหนดโดยการคำนวณแรงต้านทานการลัดวงจร สำหรับระบบสามเฟสที่มีพิกัด 40 kA/1s โดยทั่วไประยะห่างรองรับจะอยู่ที่ 1.5 ถึง 2.5 เมตร ขึ้นอยู่กับน้ำหนักของตัวนำและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสูงสุดที่คำนวณได้ระหว่างเฟส กล่องหุ้มโลหะด้านนอก — อะลูมิเนียม (EN AW-6061) หรือเหล็กชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน — ถูกนำมาใช้ในการติดตั้งกลางแจ้งหรือท่อสายเคเบิลเพื่อให้การป้องกันทางกล การป้องกันรังสียูวี และในการออกแบบแบบคัดกรอง โล่แม่เหล็กไฟฟ้าแบบต่อสายดินที่ลดการแผ่รังสีของสนามไฟฟ้าและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ที่ส่งผลต่ออุปกรณ์ใกล้เคียงหรือสายเคเบิลควบคุม

อุปกรณ์เสริมมาตรฐานในระบบฉนวนบัสบาร์แบบท่อที่สมบูรณ์ประกอบด้วย: ข้องอ 90 องศาและ 45 องศา, หน่วย T-branch สำหรับการกำหนดค่าหลักของวงแหวน, ข้อต่อขยายที่มีขั้วต่อแบบถักเปียแบบยืดหยุ่น, ส่วนการขนย้ายเฟส และฝาปิดปลายแบบปิดผนึกที่จุดสิ้นสุดของหม้อแปลงหรือสวิตช์เกียร์ ส่วนประกอบแต่ละชิ้นได้รับการทดสอบประเภทตามมาตรฐานไดอิเล็กทริกและการลัดวงจรเช่นเดียวกับส่วนตรงหลัก เพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ระดับระบบ

คุณสมบัติของวัสดุฉนวน: การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน

การเลือกวัสดุฉนวนที่เหมาะสมต้องอาศัยความสมดุลของสมรรถนะไดอิเล็กทริก สมบัติทางกล ระดับความร้อน และความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม ตารางด้านล่างแสดงการเปรียบเทียบเชิงปริมาณของวัสดุฉนวนหลักสี่ชนิดที่ใช้ในระบบบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมด

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของระบบบัสบาร์แบบท่อแรงดันสูง

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของ ระบบบัสบาร์ท่อไฟฟ้าแรงสูง มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์หลายตัวที่พึ่งพาซึ่งกันและกัน ซึ่งวิศวกรต้องตรวจสอบกับข้อกำหนดเฉพาะของโครงการก่อนการจัดซื้อและการติดตั้ง การมองข้ามพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งเหล่านี้ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบจะทำให้เกิดความเสี่ยงที่มักเกิดขึ้นระหว่างการทดสอบเดินเครื่องหรือที่แย่กว่านั้นคือระหว่างการบริการ

กำลังการผลิตปัจจุบัน (Ampacity)

บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้ส่งกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องตั้งแต่ 1,000 A ถึงมากกว่า 8,000 A ขึ้นอยู่กับหน้าตัดของตัวนำและคุณสมบัติทางความร้อนของระบบฉนวน เนื่องจากแจ็คเก็ตฉนวนช่วยลดการกระจายความร้อนไปยังอากาศโดยรอบเมื่อเปรียบเทียบกับตัวนำเปลือยในอากาศอิสระ นักออกแบบจึงต้องใช้ปัจจัยการลดพิกัด — โดยทั่วไปคือ 0.85 ถึง 0.95 — เมื่อคำนวณความหนาแน่นในการติดตั้งระบบสายไฟแบบปิดหรือการติดตั้งใต้ดิน การระบายความร้อนแบบแอคทีฟผ่านทางลมบังคับหรือระบบแจ็คเก็ตน้ำสามารถขยายอัตรากระแสไฟต่อเนื่องได้ 20 ถึง 40% สำหรับสถานการณ์ที่มีความต้องการสูงสุดในบัสบาร์เอาท์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือตัวป้อนวงจรเรียงกระแสกระแสสูงที่รองรับกระบวนการอิเล็กโทรไลต์

พิกัดทนต่อการลัดวงจร

ความทนทานต่อไฟฟ้าลัดวงจรแสดงเป็นกิโลแอมแปร์ (kA) ตามระยะเวลาที่กำหนด โดยทั่วไปคือ 1 วินาทีหรือ 3 วินาที พิกัดมาตรฐานสำหรับบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนแรงดันไฟฟ้าปานกลาง ได้แก่ 25 kA/1s, 31.5 kA/1s และ 40 kA/1s แรงทางกลที่เกิดขึ้นระหว่างความผิดปกติแบบสลักเกลียวสามเฟสนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสพีคและเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างเฟส กระแสไฟฟ้าขัดข้องแบบอสมมาตรสูงสุดสามารถเข้าถึง 2.5 ถึง 2.7 เท่าของค่าสมมาตร RMS ในวงจรที่มีอัตราส่วน X/R ต่ำ ระบบฉนวนที่อนุญาตให้มีระยะห่างเฟสที่เข้มงวดมากขึ้นจึงต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยแคลมป์รองรับและแถบผูกที่สามารถทนต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสูงสุดได้เต็มที่ ซึ่งเป็นการคำนวณที่ไม่สามารถละเว้นได้แม้ว่าฉนวนจะครอบคลุมตัวนำอย่างเพียงพอก็ตาม

ความต้านทานต่ออิเล็กทริกและการคายประจุบางส่วน

การทดสอบตามปกติจากโรงงานประกอบด้วยการทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อความถี่กำลัง (โดยทั่วไปคือ 2U0 1 kV เป็นเวลา 1 นาทีตาม IEC 62271-1) และการวัดการคายประจุบางส่วน (PD) ที่ 1.73 เท่า U0 ระดับ PD ที่ยอมรับได้จะต้องต่ำกว่า 10 pC ที่แรงดันทดสอบที่ระบุ เป็นไปตาม ไออีซี 60270 ระบบที่เกินเกณฑ์นี้บ่งชี้ถึงช่องว่างของฉนวน สิ่งปนเปื้อน หรือการแยกชั้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำกับฉนวน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่จะเร่งอายุของฉนวนและลดอายุการใช้งาน การทดสอบแรงดันไฟฟ้าทนแรงกระตุ้นฟ้าผ่า (LIWV) โดยใช้รูปคลื่น 1.2/50 ไมโครวินาทีที่แรงดันไฟสูงสุดที่ระบุ ยังจำเป็นต้องมีในการทดสอบประเภท เพื่อยืนยันความสามารถของบัสบาร์ในการอยู่รอดจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวจากฟ้าผ่าหรือเหตุการณ์การสลับบนเครือข่ายที่เชื่อมต่อ

ขีดจำกัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ตาม IEC 62271-1 และ IEEE C37.20.2 อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับบัสบาร์ฉนวนที่จุดเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวที่มีพื้นผิวชุบเงินคือ 65 K เหนืออุณหภูมิแวดล้อม 40°C ทำให้เพดานอุณหภูมิตัวนำสัมบูรณ์อยู่ที่ 105°C ฉนวน XLPE ได้รับการจัดอันดับสำหรับอุณหภูมิตัวนำสูงสุด 90°C ภายใต้ภาระต่อเนื่อง และ 130°C ภายใต้ความเครียดจากความร้อนลัดวงจรสูงสุดในระยะเวลา 5 วินาที เกินขีดจำกัดเหล่านี้ - แม้เพียงชั่วคราว - จะเริ่มต้นการย่อยสลายทางเคมีอย่างถาวรของโครงสร้างโซ่โพลีเมอร์ ซึ่งจะลดอายุการใช้งานที่เหลืออยู่ของฉนวนอย่างมีประสิทธิผล

ความต้านทานและการสูญเสียพลังงานต่อความยาวหน่วย

สำหรับตัวนำท่อทองแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 100 มม. และความหนาของผนัง 8 มม. ที่ 75°C ความต้านทาน AC ต่อความยาวหน่วยที่ 50 Hz จะอยู่ที่ประมาณ 0.035 มิลลิโอห์มต่อเมตร ซึ่งคำนึงถึงผลกระทบของผิวหนังและการแก้ไขเอฟเฟกต์ความใกล้เคียง ที่กระแสไฟฟ้าต่อเนื่องที่ 3,000 A ซึ่งสอดคล้องกับการสูญเสียความร้อนจูลประมาณ 315 วัตต์/เมตร สำหรับระบบสามเฟส ซึ่งเป็นตัวเลขที่มีผลกระทบโดยตรงต่อโหลดการทำความเย็นของสถานีย่อยและการคำนวณประสิทธิภาพพลังงานตลอดอายุการใช้งาน 30 ปี ตัวนำอะลูมิเนียมที่มีความทึบแสงเท่ากันจะมีความต้านทานต่อเมตรสูงกว่าทองแดงประมาณ 1.6 เท่า ชดเชยด้วยน้ำหนักการติดตั้งที่ต่ำกว่าและลดภาระของโครงสร้าง

พิกัดกระแสต่อเนื่องตามเส้นผ่านศูนย์กลางตัวนำ: ตารางอ้างอิง

แผนภูมิด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวนำ วัสดุตัวนำ (ทองแดงกับอะลูมิเนียม) และพิกัดกระแสต่อเนื่องทั่วไปสำหรับบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดที่ติดตั้งในอากาศอิสระที่อุณหภูมิแวดล้อม 40°C ค่าเหล่านี้เป็นตัวแทนและต้องได้รับการยืนยันโดยเทียบกับการคำนวณความร้อนของผู้ผลิตสำหรับเงื่อนไขการติดตั้งเฉพาะ

รูปที่ 1: พิกัดกระแสต่อเนื่องที่บ่งชี้ (A) สำหรับบัสบาร์ท่อหุ้มฉนวน XLPE ทองแดงและอะลูมิเนียมที่เส้นผ่านศูนย์กลางตัวนำห้าชั้น ในการติดตั้งอากาศฟรีที่อุณหภูมิแวดล้อม 40°C ค่านิยมเป็นตัวแทน การคำนวณความร้อนโดยละเอียดตามมาตรฐาน IEC 60287 จำเป็นสำหรับแต่ละโครงการ

การเปรียบเทียบ: บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมด เทียบกับเทคโนโลยีบัสบาร์อื่น ๆ

การเลือกเทคโนโลยีบัสบาร์ที่เหมาะสมจำเป็นต้องมีการเปรียบเทียบที่ชัดเจนในมิติประสิทธิภาพต่างๆ ตารางด้านล่างแสดงภาพรวมที่มีโครงสร้างของความแตกต่างที่สำคัญระหว่างบัสบาร์แบบท่อที่หุ้มฉนวนอย่างเต็มที่ บัสบาร์แบบแข็งเปลือยทั่วไป และระบบบัสบาร์แบบประกบ (ลามิเนต) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีบัสบาร์แบบแข็งที่ระบุโดยทั่วไปสามประการในโครงการจำหน่ายพลังงาน

ข้อมูลข้างต้นแสดงให้เห็นว่าบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดตรงบริเวณเฉพาะด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน: เป็นเทคโนโลยีที่เป็นทางเลือกเมื่อต้องใช้ทั้งความจุกระแสสูงและแรงดันไฟฟ้าสูงในสภาพแวดล้อมที่มีพื้นที่จำกัดหรือเข้าถึงได้โดยบุคลากร บัสบาร์แบบแซนวิชทำงานได้ดีในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง LV ที่หนาแน่น ในขณะที่บัสบาร์แบบแข็งเปลือยยังคงเป็นโซลูชันที่ตรงไปตรงมาสำหรับโครงสร้างสถานีย่อยกลางแจ้งขนาดใหญ่ที่มีการระบายอากาศดี ซึ่งโซนการยกเว้นและช่องว่างไม่เป็นข้อจำกัดที่จำกัด

ภาคแอปพลิเคชันหลักและสภาพแวดล้อมการติดตั้ง

ข้อดีของการออกแบบของระบบฉนวนบัสบาร์แบบท่อแปลตรงไปสู่ความต้องการที่แข็งแกร่งในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย ด้านล่างนี้เป็นการทบทวนเชิงลึกเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมการใช้งานหลัก 6 รายการ โดยที่บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดกลายเป็นโซลูชันมาตรฐานหรือที่ต้องการ

สถานีย่อยในเมืองและในร่ม

สถานีย่อยในเมืองถูกสร้างขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ ใต้ดินหรือภายในชั้นใต้ดินของอาคารหลายชั้น ซึ่งพื้นที่มีจำกัดอย่างมาก และประชาชนทั่วไปอาจอยู่ใกล้กัน บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์ช่วยลดระยะห่างเฟสที่ต้องการได้มากถึง 70% เมื่อเทียบกับระบบตัวนำเปลือย ช่วยให้สามารถออกแบบสถานีย่อยโดยมีพื้นที่พื้นน้อยกว่าการกำหนดค่าแบบเปิดโล่งที่เทียบเท่ากัน 30 ถึง 50% สถานีย่อยภายในอาคารในเมืองขนาด 33/11 kV ที่ใช้บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนในส่วนการกระจาย 11 kV สามารถกำหนดเส้นทางบัสบาร์แบบสามเฟส 2,500 A ที่วิ่งผ่านทางเดินที่มีความกว้างเพียง 600 มม. ซึ่งเป็นไปไม่ได้ทางเรขาคณิตเมื่อมีตัวนำเปลือยที่ระดับแรงดันไฟฟ้านั้น ระบบฉนวนแบบปิดผนึกยังช่วยลดความจำเป็นในการทำความสะอาดพื้นผิวฉนวนเป็นระยะซึ่งอาจสะสมฝุ่นหรือความชื้นในสภาพแวดล้อมชั้นใต้ดิน ช่วยลดภาระการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่องของผู้ปฏิบัติงานเครือข่ายในเมือง

โรงงานอุตสาหกรรม: โรงถลุงเหล็ก โรงงานปิโตรเคมี และโรงถลุงอะลูมิเนียม

อุตสาหกรรมหนักต้องการบัสบาร์ที่สามารถจ่ายกระแสไฟ 4,000 A ถึง 8,000 A อย่างต่อเนื่องให้กับเตาอาร์ค เซลล์อิเล็กโทรไลต์ และวงจรสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ ในสภาพแวดล้อมที่มีอนุภาคนำไฟฟ้าในอากาศ — ฝุ่นคาร์บอนในโรงงานเหล็ก, เม็ดโค้กในโรงกลั่นปิโตรเคมี หรือผงอลูมินาในโรงถลุง — บัสบาร์เปลือยอาจเป็นอันตรายจากการปนเปื้อนและการติดตามพื้นผิว บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์ที่ได้รับการจัดอันดับ IP54 หรือสูงกว่า (ต่อ ไออีซี 60529) เป็นโซลูชันมาตรฐานทางอุตสาหกรรม โครงสร้างแบบปิดยังทนทานต่อระดับการสั่นสะเทือนสูงสุด 2g โดยทั่วไปใกล้กับเครื่องจักรที่หมุนหนักและคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ โดยไม่ต้องใช้ระยะห่างที่กว้างซึ่งระบบตัวนำเปลือยต้องการการทำงานที่ปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือน

ศูนย์ข้อมูลและสิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญต่อภารกิจ

ศูนย์ข้อมูลระดับไฮเปอร์สเกลต้องการการกระจายพลังงานไฟฟ้าแรงดันปานกลางที่มีความหนาแน่นสูงและมีความน่าเชื่อถือสูงจากหม้อแปลงไฟฟ้าไปยังแผงจ่ายไฟหลัก ด้วยโหลดสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมดในปัจจุบันเกินกว่า 100 MW เป็นประจำในวิทยาเขตที่ใหญ่ที่สุด เครื่องป้อนหลักจะต้องพกพาหลายพันแอมแปร์ที่ 11 kV หรือ 33 kV ผ่านถาดสายเคเบิลที่มีเส้นทางหนาแน่นซึ่งมีอุปกรณ์ควบคุมที่ละเอียดอ่อนและการปรับสภาพพลังงานด้วย บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนช่วยให้ตัวป้อนเหล่านี้สามารถแชร์ทางเดินในเส้นทางกับโครงสร้างพื้นฐานอื่น ๆ โดยไม่เสี่ยงต่อการเกิดวาบไฟตามผิวโดยไม่ได้ตั้งใจหรือการรบกวน EMI โครงสร้างแบบปิดผนึกยังรองรับการปฏิบัติตามมาตรฐานความพร้อมใช้งานของศูนย์ข้อมูลระดับ III และระดับ IV ซึ่งกำหนดให้การบำรุงรักษาอุปกรณ์จ่ายไฟสามารถทำได้ในขณะที่อุปกรณ์ไอทีทำงาน ซึ่งเป็นข้อกำหนดโดยธรรมชาติแล้วต้องการตัวนำไฟฟ้าแบบปิดสนิทที่ปลอดภัยต่อการสัมผัส

แท่นขุดเจาะน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง

แพลตฟอร์มนอกชายฝั่งนำเสนอสภาพแวดล้อมการติดตั้งระบบไฟฟ้าที่ไม่เป็นมิตรที่สุด ได้แก่ สเปรย์เกลือ ความชื้นสัมพัทธ์สูงถึง 100% ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ บรรยากาศที่ระเบิดได้ และการสั่นสะเทือนของโครงสร้างอย่างรุนแรงจากการกระทำของคลื่นและเครื่องจักรที่กำลังหมุน บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์พร้อมฉนวนยางซิลิโคนและสแตนเลสสตีลหรือโครง GRP ได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับการกระจายพลังงานด้านบนบน FPSO และแพลตฟอร์มแบบคงที่ โครงสร้างแบบปิดผนึกช่วยป้องกันเกลือซึมเข้า และการไม่มีพื้นผิวตัวนำไฟฟ้าที่เข้าถึงได้จะช่วยลดความเสี่ยงต่อการเกิดอาร์กวาบไฟในพื้นที่ที่จัดประเภทเป็น IEC โซน 1 หรือโซน 2 ภายใต้กรอบบรรยากาศการระเบิด ATEX/IECEx ซึ่งเหตุการณ์การจุดไฟอาร์คอาจส่งผลร้ายแรงต่อบุคลากรและความสมบูรณ์ของสินทรัพย์

ระบบรางขนส่งมวลชน

รถไฟใต้ดิน รถไฟฟ้ารางเบา และสถานีย่อยที่ใช้ระบบลากรางรถไฟความเร็วสูงใช้บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์ทั้งในส่วนจ่ายไฟ AC 25 kV และ 1.5 kV/3 kV DC การติดตั้งเหล่านี้จะต้องทนต่อแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกจากทางเดินรถไฟ การสั่นที่สูงถึง 5 Hz ด้วยความเร่งสูงสุด 3g เป็นเรื่องปกติในโครงสร้างใต้ดินแบบตัดและปิด โปรไฟล์การติดตั้งขนาดกะทัดรัดมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุโมงค์ที่ต้นทุนการก่อสร้างโยธาต้องปรับขนาดตามพื้นที่หน้าตัดของอุโมงค์ ทุก ๆ เซนติเมตรที่ประหยัดได้ในเส้นผ่านศูนย์กลางการประกอบบัสบาร์ตลอดความยาวอุโมงค์ทุกกิโลเมตร แสดงถึงการลดต้นทุนด้านวิศวกรรมโยธาที่วัดผลได้ อายุการใช้งานที่ไม่ต้องบำรุงรักษาของระบบฉนวนยังมีคุณค่าอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมรถไฟใต้ดินที่การเข้าถึงกิจกรรมการบำรุงรักษามีข้อจำกัดในการปฏิบัติงาน

การผลิตพลังงานทดแทนและบูรณาการโครงข่ายไฟฟ้า

ฟาร์มเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่และโครงการพลังงานลมนอกชายฝั่งจะรวบรวมพลังงานที่แรงดันไฟฟ้าปานกลาง (33 kV หรือ 66 kV) ก่อนที่จะก้าวไปสู่ระบบส่งไฟฟ้าแบบกริด ภายในแพลตฟอร์มสถานีย่อยนอกชายฝั่ง ซึ่งน้ำหนักโครงสร้างทั้งหมดส่งผลต่อต้นทุนและความเป็นไปได้ของฐานรองรับ บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบในบัสสะสม 33 kV และส่วนบัส HV 132/220 kV ให้น้ำหนักและการประหยัดพื้นที่ที่มีความหมาย เมื่อเทียบกับสวิตช์เกียร์ที่หุ้มฉนวนแก๊ส (GIS) ความสามารถในการทำงานในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่มีความชื้นสูงโดยไม่มีระบบก๊าซแรงดันยังช่วยลดความซับซ้อนในการบำรุงรักษาและลดความเสี่ยงในการจัดการที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ SF6 ซึ่งต้องเผชิญกับการตรวจสอบตามกฎระเบียบที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อนที่สูงเป็นพิเศษ

มาตรฐาน ข้อกำหนดในการทดสอบ และกรอบการรับรอง

การปฏิบัติตามมาตรฐานสากลและระดับภูมิภาคเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดที่ใช้ในโครงสร้างพื้นฐานสาธารณะหรือการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย ต่อไปนี้เป็นมาตรฐานหลักเกี่ยวกับการออกแบบ การทดสอบ และการติดตั้ง:

• IEC 62271-209: การเชื่อมต่อสายเคเบิลสำหรับสวิตช์เกียร์ที่หุ้มด้วยโลหะหุ้มฉนวนแก๊สพิกัดสูงกว่า 52 kV - ใช้ได้กับระบบบัสท่อ HV ที่รวมเข้ากับ GIS
• IEC 62271-203: สวิตช์เกียร์ที่หุ้มด้วยโลหะหุ้มฉนวนแก๊สสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสูงกว่า 52 kV - ครอบคลุมส่วนท่อรถบัสหุ้มฉนวนที่ใช้ในสถานีไฟฟ้าแรงสูง
• IEC 62271-1: กฎทั่วไปสำหรับสวิตช์เกียร์แรงดันสูงและเกียร์ควบคุม - ขีดจำกัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น พิกัดการลัดวงจร และการทดสอบไดอิเล็กทริกสำหรับชุดบัสบาร์ที่เชื่อมต่อ
• อีอีอี C37.23: มาตรฐานอเมริกาเหนือสำหรับบัสที่หุ้มด้วยโลหะ - ข้อกำหนดในการก่อสร้าง ขั้นตอนการทดสอบ และเงื่อนไขการบริการสำหรับระบบบัสหุ้มฉนวนแรงดันไฟฟ้าปานกลาง
• IEC 60529: การจำแนกประเภทการป้องกันน้ำเข้า (IP) — IP54 สำหรับอุตสาหกรรมในอาคาร, IP65 สำหรับกลางแจ้ง และ IP67 สำหรับการติดตั้งใต้ดินหรือใต้น้ำ
• IEC 60270: เทคนิคการวัดการปล่อยประจุบางส่วน — การทดสอบการยอมรับจากโรงงานที่สำคัญสำหรับส่วนบัสบาร์ที่หุ้มฉนวนทุกส่วนก่อนจัดส่ง
• IEC 60287: สายไฟฟ้า — การคำนวณพิกัดกระแส วิธีการนี้ใช้โดยตรงกับบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนเพื่อกำหนดความกว้างภายใต้เงื่อนไขการติดตั้งที่ระบุ
• IEC 60815: ประสิทธิภาพมลพิษของลูกถ้วย - กำหนดระดับความรุนแรงของมลภาวะ (I–IV) และระยะห่างตามผิวฉนวนขั้นต่ำเฉพาะสำหรับการออกแบบบัสบาร์ฉนวนกลางแจ้ง

การทดสอบประเภท — ดำเนินการกับตัวอย่างที่ผลิตขึ้นโดยตัวแทนโดยห้องปฏิบัติการอิสระที่ได้รับการรับรอง — รวมถึงการทนทานต่อไดอิเล็กทริก (ความถี่กำลังและแรงกระตุ้นฟ้าผ่า) อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นภายใต้พิกัดกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง ความทนทานต่อการลัดวงจรที่พิกัด kA และระยะเวลา ความทนทานทางกลรวมถึงคุณสมบัติการสั่นสะเทือนและแผ่นดินไหว และพฤติกรรมไฟตามมาตรฐาน IEC 60331 สำหรับระบบที่กำหนดเส้นทางในเส้นทางที่วิกฤตด้านความปลอดภัย การทดสอบจากโรงงานตามปกติจะดำเนินการกับทุกหน่วยที่ผลิตขึ้น และรวมถึงการทดสอบความทนทานต่อความถี่กำลังไฟฟ้าและการวัดการคายประจุบางส่วนเป็นอย่างน้อย โครงการในเขตอำนาจศาลบางแห่งอาจต้องมีเครื่องหมายรับรองระดับประเทศเพิ่มเติมนอกเหนือจากหลักฐานการทดสอบประเภท IEC ดังนั้นการยืนยันข้อกำหนดด้านกฎระเบียบในท้องถิ่นตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนข้อกำหนดของโครงการจะหลีกเลี่ยงความล่าช้าในขั้นตอนการจัดซื้อจัดจ้างและพิธีการศุลกากร

แนวทางปฏิบัติในการติดตั้ง การเชื่อม และการบำรุงรักษาระยะยาว

การติดตั้งระบบฉนวนบัสบาร์แบบท่ออย่างเหมาะสมจะเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของระบบโดยตรง ระบบที่ออกแบบอย่างดีและติดตั้งไม่ถูกต้องจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่า ระบบที่มีข้อกำหนดเพียงเล็กน้อยที่ติดตั้งและบำรุงรักษาอย่างถูกต้องสามารถมีอายุการใช้งานได้ 40 ปี

วิธีการต่อและการสิ้นสุด

ข้อต่อแบบเกลียวเป็นจุดที่สำคัญที่สุดในการวิ่งบัสบาร์ที่หุ้มฉนวน พื้นผิวสัมผัสทองแดงชุบเงินหรือชุบดีบุกถูกแรงบิดตามค่าที่ผู้ผลิตกำหนด — โดยทั่วไปคือ 60 ถึง 80 Nm สำหรับสลักเกลียวสแตนเลส M12 A4 — เพื่อให้ได้ความต้านทานการสัมผัสต่ำกว่า 10 ไมโครโอห์มต่อข้อต่อ จากนั้นฉนวนจะถูกคืนสภาพเหนือโซนข้อต่อโดยใช้ชุดปลอกหดเย็นหรือปลอกหดด้วยความร้อน หรือตัวเรือนข้อต่อที่ขึ้นรูปจากโรงงานซึ่งเต็มไปด้วยซิลิโคนวัลคาไนซ์ที่อุณหภูมิห้อง (RTV) เพื่อให้มั่นใจว่ามีความต่อเนื่องของไดอิเล็กทริกเต็มรูปแบบที่ส่วนที่ซับซ้อนทางเรขาคณิตที่สุดของการทำงานของบัสบาร์ ข้อต่อที่ได้รับการดำเนินการไม่ดีสามารถสร้างจุดร้อนในท้องถิ่นที่ทำให้ฉนวนเสื่อมโทรมในอัตราหลายเท่าของอัตราการเสื่อมสภาพตามอายุการใช้งานของการออกแบบ ซึ่งทำให้การฝึกอบรมด้านฝีมือแรงงานร่วมและการตรวจสอบคุณภาพเป็นองค์ประกอบที่ไม่สามารถต่อรองได้ของแผนคุณภาพโครงการใดๆ

การชดเชยการขยายตัวทางความร้อน

ทองแดงขยายตัวประมาณ 17 คูณ 10 ถึงลบ 6 ต่อองศาเซลเซียส บัสบาร์ทองแดงยาว 10 เมตรซึ่งมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 60 K จากการปิดระบบเย็นไปจนถึงโหลดเต็มจะขยายออกไปประมาณ 10 มม. หากไม่มีข้อต่อขยายหรือแคลมป์รองรับแบบเลื่อนในช่วงเวลาที่เหมาะสม — โดยทั่วไปทุกๆ 15 ถึง 20 เมตร — การเคลื่อนไหวนี้จะส่งแรงเค้นเชิงกลไปยังจุดเชื่อมต่อคงที่ อาจทำให้ข้อต่อแบบสลักเกลียวคลายตัวหรือทำให้เกิดอาการเมื่อยล้าที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำถึงแคลมป์ วิศวกรต้องคำนึงถึงวงจรความร้อนทั้งหมดจากอุณหภูมิแวดล้อมการติดตั้งขั้นต่ำ (ต่ำถึง -40°C ในสภาพอากาศละติจูดสูง) ไปจนถึงอุณหภูมิตัวนำสูงสุดภายใต้โหลดที่กำหนดอย่างต่อเนื่อง คูณด้วยจำนวนรอบโหลดรายวันที่คาดไว้ตลอดอายุการออกแบบ 30 ปี

การตรวจสอบสภาพในการให้บริการ

ระบบบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบสมัยใหม่ได้รวมเอาเซ็นเซอร์ตรวจสอบการคายประจุบางส่วนแบบออนไลน์แบบฝังเพิ่มมากขึ้น - ประเภทการเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟหรือการปล่อยเสียง - โดยให้ข้อมูลสุขภาพอิเล็กทริกอย่างต่อเนื่องไปยัง SCADA หรือแพลตฟอร์มการจัดการสินทรัพย์ แนวโน้ม PD ที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า 50 ถึง 100 pC ให้การเตือนล่วงหน้าหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวของอิเล็กทริก ช่วยให้เกิดการหยุดทำงานเพื่อการบำรุงรักษาตามแผน แทนที่จะเกิดการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ การสำรวจความร้อนด้วยอินฟราเรดผ่านแผงเข้าถึงที่ออกแบบตามวัตถุประสงค์ — ดำเนินการภายใต้สภาวะโหลดที่กำหนด — ยังคงเป็นเครื่องมือที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการระบุจุดร้อนที่กำลังพัฒนา ตารางการบำรุงรักษาแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดโดยทั่วไปจะรวมการสำรวจด้วยความร้อนประจำปี การวัดการปล่อยบางส่วนทุกๆ สองปี และการตรวจสอบแรงบิดของข้อต่อในช่วงเวลาห้าปี

การรีไซเคิลที่สิ้นสุดอายุการใช้งาน

เมื่อสิ้นสุดการให้บริการ ตัวนำทองแดงหรืออะลูมิเนียมจะคงมูลค่าโลหะของสินค้าโภคภัณฑ์ไว้เต็ม และนำไปรีไซเคิลผ่านเส้นทางการถลุงที่กำหนดไว้ ฉนวนโพลีเมอร์จำเป็นต้องแยกออกจากโลหะก่อนรีไซเคิล และผ่านกระบวนการทำลายด้วยเครื่องจักร ตามด้วยการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่หรือการแยกโพลีเมอร์โดยผู้เชี่ยวชาญ โครงการที่มีเป้าหมายด้านความยั่งยืนควรทราบว่าบัสบาร์ตัวนำอะลูมิเนียมมีปริมาณคาร์บอนต่อแอมแปร์เมตรต่ำกว่าทองแดงภายใต้การประเมินวงจรชีวิตอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออะลูมิเนียมรีไซเคิลหลังการบริโภค (ต้องการเพียง 0.7 kWh/กก. เทียบกับ 14 ถึง 17 kWh/กก. สำหรับการผลิตขั้นปฐมภูมิ) ใช้เป็นวัสดุตัวนำ

เกณฑ์การเลือกการออกแบบ: วิธีระบุบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมด

เมื่อระบุระบบบัสบาร์แบบท่อไฟฟ้าแรงสูง วิศวกรจะต้องกำหนดชุดพารามิเตอร์การใช้งานที่สมบูรณ์และไม่คลุมเครือ ข้อมูลจำเพาะที่ไม่สมบูรณ์เป็นสาเหตุหลักของการใช้งานที่ไม่ถูกต้อง ความล่าช้าในการส่งมอบ และการปรับวิศวกรรมที่มีค่าใช้จ่ายสูงในไซต์งานของโครงการ

• พิกัดแรงดันไฟฟ้า (Um) และระดับฉนวน: ระบุแรงดันไฟฟ้าสูงสุดสำหรับอุปกรณ์ ความถี่กำลังที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้า และแรงกระตุ้นฟ้าผ่าที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้า สำหรับระบบ 12 kV: Um = 12 kV, 28 kV (ทน PF 1 นาที), 75 kV BIL
• จัดอันดับกระแสต่อเนื่อง (Ir) และสภาวะแวดล้อม: กระแสไฟต่อเนื่องสูงสุดภายใต้สภาวะแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุด รวมถึงวิธีการติดตั้ง - ในอากาศฟรี ในรางปิด หรือใต้ดิน
• กระแสลัดวงจรและระยะเวลา: ทั้งกระแสฟอลต์สมมาตร RMS (Isc) และกระแสไฟไม่สมมาตรพีค (ip = k คูณรูต-2 คูณ Isc) โดยค่าพีค k โดยทั่วไปคือ 1.7 ถึง 2.0 ที่ 50/60 Hz
• ระดับสิ่งแวดล้อม: ภายในหรือภายนอก ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน ระดับความชื้น ระดับมลภาวะตามมาตรฐาน IEC 60664 เขตแผ่นดินไหว และการสัมผัสสารเคมีใดๆ (หมอกเกลือ H2S UV ไอระเหยที่รุนแรง)
• วัสดุตัวนำ: ทองแดงหรืออะลูมิเนียม ขึ้นอยู่กับน้ำหนัก ความทึบแสง และความเข้ากันได้ของรอยต่อกับขั้วต่ออุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ
• เรียกใช้เรขาคณิต: ความยาวทั้งหมด จำนวนข้องอ (90 องศา 45 องศา หรือกำหนดเอง) กิ่งก้านรูปตัว T ข้อต่อขยาย และส่วนที่ยืดหยุ่นใดๆ ที่จำเป็นเพื่อรองรับการเคลื่อนที่ของโครงสร้างหรือการเคลื่อนตัวของแผ่นดินไหว
• มาตรฐานที่บังคับใช้และเกณฑ์การยอมรับการปล่อยบางส่วน: ระบุอย่างชัดเจนว่ามาตรฐาน IEC, IEEE หรือมาตรฐานแห่งชาติใดที่ควบคุมการออกแบบ การทดสอบ และการติดตั้ง และยืนยันระดับการยอมรับ PD (โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 10 pC ที่ 1.73 เท่า U0)

การให้ข้อมูลที่ครบถ้วนนี้ในเอกสารข้อกำหนดทางเทคนิคช่วยให้ผู้ผลิตสามารถคำนวณทางวิศวกรรมเต็มรูปแบบ รวมถึงการวิเคราะห์แรงแม่เหล็กไฟฟ้าลัดวงจร การจำลองอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตาม IEC 60287 และการประสานงานของฉนวนตาม IEC 60071-1 ก่อนที่จะส่งการออกแบบเพื่อขออนุมัติจากลูกค้า โปรเจ็กต์ที่พารามิเตอร์เหล่านี้ไม่ได้กำหนดไว้อย่างครบถ้วนในข้อกำหนดจะประสบกับการเปลี่ยนแปลงขอบเขต ต้นทุนด้านวิศวกรรมใหม่ และกำหนดการส่งมอบอย่างต่อเนื่อง ซึ่งข้อกำหนดล่วงหน้าอย่างละเอียดจะป้องกันได้

โหมดความล้มเหลวทั่วไปและวิธีที่การออกแบบฉนวนจัดการกับปัญหาเหล่านี้

แม้แต่ระบบบัสบาร์ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีก็อาจล้มเหลวได้หากอยู่ภายใต้เงื่อนไขภายนอกขอบเขตการออกแบบ หรือหากติดตั้งโดยไม่มีการควบคุมฝีมือการผลิตที่เพียงพอ การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวหลัก และวิธีการเฉพาะในการออกแบบท่อฉนวนเพื่อลดหรือเปลี่ยนแปลง เป็นสิ่งที่มีประโยชน์สำหรับทีมปฏิบัติการและบำรุงรักษาที่รับผิดชอบด้านความน่าเชื่อถือของสินทรัพย์ในระยะยาว

การติดตามและการแฟลชโอเวอร์ที่เกิดจากการปนเปื้อน

ในระบบบัสบาร์เปลือย การปนเปื้อนบนพื้นผิว เช่น ฝุ่นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า การควบแน่น หรือการสะสมตัวของน้ำเกลือ สามารถก่อให้เกิดเส้นทางกระแสต้านทานระหว่างตัวนำหรือจากตัวนำลงสู่พื้น และในที่สุดก็จะเริ่มต้นวาบไฟตามผิวที่พื้นผิว แจ็คเก็ตฉนวนต่อเนื่องของบัสบาร์แบบท่อที่หุ้มฉนวนอย่างเต็มที่ช่วยขจัดพื้นผิวตัวนำที่สัมผัสทั้งหมด ทำให้การติดตามที่เกิดจากการปนเปื้อนเป็นไปไม่ได้บนตัวตัวนำหลัก ช่องโหว่ที่เหลือจะถูกย้ายไปยังจุดสิ้นสุดที่เปิดเผยที่การเชื่อมต่อสวิตช์เกียร์ โดยที่ชุดข้อต่อที่ติดตั้งอย่างเหมาะสมด้วยวัสดุที่ได้รับการจัดอันดับ CTI สูงและระยะห่างตามผิวฉนวนที่เพียงพอเป็นแนวป้องกันที่ต้องระบุและตรวจสอบในระหว่างการตรวจสอบคุณภาพการติดตั้ง

ความร้อนเกินและการเสื่อมสภาพของข้อต่อ

ข้อต่อแบบเกลียวที่มีแรงบิดไม่เพียงพอหรือพื้นผิวสัมผัสที่เตรียมไว้ไม่เพียงพอจะช่วยเพิ่มความต้านทานการสัมผัส ข้อต่อที่มีความต้านทานหน้าสัมผัส 100 ไมโครโอห์ม — สิบเท่าของขีดจำกัดที่ยอมรับได้ — การแบกกระแส 2,000 A จะกระจายพลังงาน 40 W เฉพาะที่ในพื้นที่ขนาดเล็ก เริ่มต้นวงจรการหนีความร้อน: การให้ความร้อนจะทำให้เกิดออกซิเดชั่น ซึ่งจะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น ฉนวนที่อยู่รอบๆ ข้อต่อจะมีอายุเร็วขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิตามแบบจำลอง Arrhenius — ประมาณสองเท่าของอัตราการย่อยสลายทุกๆ 8 ถึง 10°C ที่เพิ่มขึ้นเหนืออุณหภูมิที่กำหนด การสำรวจเทอร์โมกราฟิกอินฟราเรดประจำปีภายใต้สภาวะโหลดที่กำหนดเป็นวิธีการรับมือที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและคุ้มค่าสำหรับการระบุปัญหาข้อต่อที่กำลังพัฒนาก่อนที่จะทำให้เกิดการหยุดทำงานโดยบังคับ

อายุของฉนวนและการซึมของน้ำ

ฉนวนโพลีเมอร์จะเสื่อมสภาพเนื่องจากความเครียดจากความร้อน ไฟฟ้า และสิ่งแวดล้อมที่รวมกันเมื่อเวลาผ่านไป น้ำที่ไหลเข้าที่จุดสิ้นสุดหรือผ่านฉนวนที่ได้รับความเสียหายทางกลจะช่วยเร่งการสร้างน้ำด้วยไฟฟ้าเคมี ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช่องไมโครที่เต็มไปด้วยความชื้นเติบโตผ่านฉนวนไปยังตัวนำภายใต้การไล่ระดับของสนามไฟฟ้าที่ยั่งยืน ต้นไม้ที่สั้นเพียง 2 ถึง 3 มม. ขยายออกไปในผนังฉนวน 5 มม. แสดงถึงการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของความเป็นฉนวนที่มีอยู่ การรักษาความสมบูรณ์ทางกลของซีลปลายและชุดข้อต่อ การตรวจสอบกิจกรรม PD ที่เพิ่มขึ้น และการเปลี่ยนฉนวนทันทีที่พบว่ามีความเสียหายทางกล ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของกลยุทธ์การบำรุงรักษาเชิงรุกสำหรับระบบบัสบาร์ฉนวนที่ทำงานเกิน 15 ปีในการให้บริการ

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์

คำถามที่ 1: ระดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดสำหรับบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดคือเท่าใด

A1: บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดโดยใช้ฉนวนโพลีเมอร์แข็งมีจำหน่ายในท้องตลาดและผ่านการทดสอบประเภทสำหรับคลาสแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 145 kV (แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสำหรับอุปกรณ์ในระบบแรงดันไฟฟ้าระบุ 132 kV) ในระดับนี้ ความหนาของฉนวน XLPE อยู่ที่ 20 ถึง 25 มม. และการผลิตฉนวนไร้ช่องว่างที่ความหนาของผนังนั้นถือเป็นความท้าทายในการควบคุมคุณภาพ ท่อบัสหุ้มฉนวนแก๊สที่มีแรงดันสูงกว่า 145 kV โดยใช้ SF6 หรืออากาศบริสุทธิ์อัดเป็นสื่อฉนวนกลายเป็นแนวทางมาตรฐานอุตสาหกรรม เนื่องจากก๊าซแรงดันให้ไดอิเล็กทริกที่สม่ำเสมอและปราศจากข้อบกพร่อง ซึ่งสอดคล้องกับการรับประกันคุณภาพในระดับการผลิตมากกว่าโพลีเมอร์แข็งที่มีความหนามากอย่างมาก สำหรับโครงการจำหน่ายไฟฟ้าส่วนใหญ่ — ซึ่งทำงานที่ 6 kV ถึง 36 kV — บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนโพลีเมอร์แข็งนั้นเพียงพออย่างสมบูรณ์และเป็นตัวแทนของโซลูชันที่ต้องการทางเทคนิค เมื่อขนาดกะทัดรัดและความต้องการการบำรุงรักษาต่ำเป็นลำดับความสำคัญของโครงการ

คำถามที่ 2: บัสบาร์แบบหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบแตกต่างจากท่อบัสแบบหุ้มฉนวน (บัสเวย์) อย่างไร

A2: ทั้งสองระบบเป็นระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบหุ้มฉนวน แต่มีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานในด้านความสามารถด้านแรงดันไฟฟ้า ฟังก์ชันฉนวน และขอบเขตการใช้งาน ท่อหุ้มฉนวน (บัสเวย์) - ที่ติดตั้งทั่วไปในอาคารพาณิชย์และโรงงานอุตสาหกรรมแรงดันต่ำ - ใช้ตัวนำแบนหรือสี่เหลี่ยมที่มีฉนวนค่อนข้างบางหุ้มอยู่ในตัวเรือนโลหะแผ่น ฉนวนนั้นให้ความปลอดภัยในการสัมผัสและการกันความชื้นเป็นหลัก ไม่ใช่ความเป็นฉนวนสูงที่จำเป็นสำหรับความเครียดแรงดันไฟฟ้าจากเฟสสู่กราวด์ที่ยั่งยืนที่สูงกว่า 1 kV บัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดมีฉนวนที่มีขนาดและผ่านการทดสอบประเภทโดยเฉพาะเพื่อให้ทนทานต่อความเค้นทางไฟฟ้าเต็มรูปแบบของระบบไฟฟ้าแรงปานกลางและสูง รวมถึงแรงดันไฟกระชากฟ้าผ่าชั่วคราว รูปทรงของตัวนำแบบท่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายกระแสที่ส่งผลต่อผิวหนัง ลดมวลของตัวนำ และให้ความแข็งแกร่งทางกลที่เหนือกว่าต่อหน่วยน้ำหนัก ได้รับการออกแบบและรับรองว่าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงหลักภายใต้มาตรฐานสวิตช์เกียร์ IEC ไม่ใช่แค่เป็นตัวเรือนกลไกป้องกันรอบตัวนำไฟฟ้าแรงดันต่ำเท่านั้น

คำถามที่ 3: สามารถติดตั้งบัสบาร์แบบหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบภายนอกอาคารโดยไม่ต้องมีกล่องป้องกันได้หรือไม่

A3: ได้ โดยจะต้องเลือกวัสดุฉนวนและโปรไฟล์พื้นผิวสำหรับบริการผุกร่อนภายนอกอาคารโดยตรง ระบบที่ใช้ฉนวนยางซิลิโคนที่มีโปรไฟล์โรงสลับ - ในเชิงเรขาคณิตคล้ายคลึงกับระบบกันสะเทือนโพลีเมอร์และโพสต์ฉนวน - ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับการติดตั้งภายนอกอาคารโดยตรงโดยไม่ต้องมีกล่องหุ้มเพิ่มเติม รูปทรงโรงเก็บขยายเส้นทางการคืบของพื้นผิว ป้องกันการก่อตัวของรางกระแสรั่วไหลอย่างต่อเนื่อง แม้ภายใต้ฝนตกหนักหรือตอนที่มีการปนเปื้อนทางอุตสาหกรรม ระบบภายนอกอาคารได้รับการทดสอบตามความรุนแรงของมลภาวะระดับ III หรือ IV ตาม IEC 60815 ซึ่งสอดคล้องกับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมและชายฝั่งที่เข้มงวดที่สุด คุณสามารถเพิ่มอะลูมิเนียมอัลลอยด์หรือโพลีเมอร์เสริมใยแก้ว (GRP) เพื่อเพิ่มการป้องกันรังสียูวี ความต้านทานแรงกระแทกทางกล หรือการป้องกันการทุบทำลาย แต่ไม่จำเป็นว่าจะต้องเป็นฉนวนไฟฟ้าเมื่อมีการระบุฉนวนภายนอกอย่างถูกต้องสำหรับการบริการกลางแจ้ง

คำถามที่ 4: อายุการใช้งานที่คาดหวังของระบบบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวนทั้งหมดคือเท่าใด

A4: ระบบบัสบาร์แบบท่อหุ้มฉนวน XLPE ที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม ติดตั้งอย่างถูกต้อง และบำรุงรักษาอย่างเพียงพอ มีอายุการออกแบบทางวิศวกรรม 30 ถึง 40 ปี ซึ่งสอดคล้องกับอายุการออกแบบของสถานีย่อย สวิตช์เกียร์ หรือโครงสร้างพื้นฐานของโรงไฟฟ้าที่ให้บริการ อายุการใช้งานที่ยืนยาวนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขหลักสามประการ: การรักษาอุณหภูมิของตัวนำที่ใช้งานให้ต่ำกว่าขีดจำกัดระดับความร้อนของฉนวนที่ 90°C อย่างสม่ำเสมอ; การรักษาข้อต่อแบบสลักเกลียวให้อยู่ในสภาพสัมผัสที่ดีโดยการตรวจสอบแรงบิดซ้ำและการตรวจสอบด้วยความร้อนเป็นระยะๆ และรักษาความสมบูรณ์ทางกลของซีลปลายและข้อต่อปลายเพื่อป้องกันความชื้นซึมเข้าไป ระบบที่ทำงานเป็นประจำใกล้กับเพดานระบายความร้อน หรือประสบกับเหตุการณ์ข้อผิดพลาดด้านพลังงานสูงซ้ำๆ อาจแสดงการเสื่อมสภาพของฉนวนที่ตรวจพบได้ในระยะเวลา 10 ถึง 15 ปีในการใช้งาน โดยสามารถระบุได้จากแนวโน้มการปล่อยประจุบางส่วนที่เพิ่มขึ้นในระหว่างการตรวจสอบสภาพตามปกติ ช่วยให้สามารถวางแผนการเปลี่ยนทดแทนได้ก่อนที่ความล้มเหลวที่ส่งผลต่อการบริการจะเกิดขึ้น

คำถามที่ 5: การทดสอบการคายประจุบางส่วนดำเนินการอย่างไร และเหตุใดจึงต้องทดสอบการยอมรับภาคบังคับ?

A5: การทดสอบการคายประจุบางส่วน (PD) ดำเนินการตามมาตรฐาน IEC 60270 โดยการใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ — โดยทั่วไปคือ 1.73 เท่า U0 ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการระหว่างเฟสสู่ดิน — ไปยังส่วนบัสบาร์ที่ประกอบไว้ และการวัดขนาดประจุปรากฏของการปล่อยใดๆ โดยใช้ตัวเก็บประจุคัปปลิ้งที่สอบเทียบแล้ว และการวัดอิมพีแดนซ์ที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับชิ้นงานทดสอบ วงจรการวัดจะได้รับการสอบเทียบด้วยสัญญาณการฉีดประจุที่ทราบก่อนการทดสอบแต่ละครั้ง เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังหน่วย SI ได้ เกณฑ์การยอมรับที่บังคับโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 10 pC ที่แรงดันไฟฟ้าทดสอบที่ระบุ การทดสอบนี้จำเป็นเนื่องจากตรวจพบช่องว่างขนาดเล็กของฉนวน — การรวมตัวของอากาศที่มีขนาดเล็กถึงสิบไมโครเมตร — ซึ่งจะผ่านการทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้าแบบง่ายอิเล็กทริกโดยตรวจไม่พบ ช่องว่างดังกล่าวก่อให้เกิดกิจกรรมการปล่อยประจุบางส่วนอย่างต่อเนื่องในระหว่างการให้บริการ ซึ่งจะทำให้เกิดคาร์บอนและสลายตัวฉนวนโดยรอบจากภายในสู่ภายนอกทางเคมี ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่ความล้มเหลวของอิเล็กทริกซึ่งไม่สามารถคาดเดาได้จากการตรวจสอบภายนอกใดๆ ทุกส่วนที่ผ่านเกณฑ์ 10 pC ได้แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างฉนวนที่ปราศจากช่องว่าง และสามารถคาดหวังได้ว่าจะมีอายุการใช้งานการออกแบบที่สมบูรณ์ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ

คำถามที่ 6: เป็นไปได้หรือไม่ที่จะดัดแปลงการติดตั้งบัสบาร์เปลือยแบบเปิดที่มีอยู่ด้วยบัสบาร์แบบท่อที่หุ้มฉนวนทั้งหมด

A6: การปรับปรุงใหม่มีความเป็นไปได้ในทางเทคนิค และพบเห็นได้ทั่วไปมากขึ้นในโครงการยืดอายุสินทรัพย์ของสถานีย่อย โปรแกรมอัปเกรดความปลอดภัย และโครงการเพิ่มขีดความสามารถในพื้นที่จำกัด การติดตั้งเพิ่มเติมจำเป็นต้องมีการหยุดทำงานตามแผนในระหว่างนั้น โดยถอดตัวนำเปลือย ฉนวนรองรับ และอุปสรรคในการกวาดล้างออก และติดตั้งระบบท่อหุ้มฉนวนแทน เนื่องจากบัสบาร์ที่หุ้มฉนวนทำให้ระยะห่างของเฟสลดลงได้ถึง 70% เมื่อเทียบกับการติดตั้งตัวนำเปลือยแบบเดิม โครงสร้างการสนับสนุนพลเรือนอาจจำเป็นต้องได้รับการกำหนดค่าใหม่บางส่วนให้เป็นรูปทรงใหม่ ในบางกรณี - โดยเฉพาะอย่างยิ่งสถานีย่อยในอาคารที่ได้รับการอัพเกรดจาก 11 kV เป็น 33 kV โดยที่อาคารเดิมมีขนาดสำหรับช่องว่างอากาศ 11 kV - ความสามารถในการติดตั้งบัสบาร์หุ้มฉนวนที่ช่องว่างทางกายภาพที่ลดลง ทำให้การอัพเกรดแรงดันไฟฟ้าเป็นไปได้ภายในโครงสร้างที่มีอยู่ ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่เป็นไปไม่ได้ในทางเทคนิคกับตัวนำเปลือยที่ต้องการช่องว่างอากาศที่ใหญ่กว่ามาก 33 kV การศึกษาความเป็นไปได้ทางวิศวกรรมอย่างละเอียด รวมถึงการวิเคราะห์การไหลของโหลดที่อัปเดต การคำนวณการลัดวงจร และการสำรวจโดยละเอียดเกี่ยวกับความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างทางแพ่งที่มีอยู่ เป็นสิ่งจำเป็นเสมอก่อนที่จะดำเนินการออกแบบปรับปรุงเพิ่มเติมและกำหนดการหยุดทำงาน