완전 절연 관형 버스 바 란 무엇이며 어디에 사용됩니까?

완전 절연 관형 버스 바 란 무엇이며 어디에 사용됩니까?

A 완전 절연 관형 버스 바 연속 유전체 절연 시스템 내에 둘러싸인 견고한 원통형 전기 도체로, 향상된 안전성, 최소의 설치 공간, 환경 및 기계적 응력에 대한 안정적인 보호 기능을 통해 높은 수준의 전류를 전송하도록 설계되었습니다. 기존의 개방형 부스바와 달리 완전 절연형 버전은 각 도체를 견고한 절연층(일반적으로 가교 폴리에틸렌(XLPE), 에폭시 수지 또는 실리콘 고무)으로 감싸 우발적인 접촉을 방지하고 부분 방전을 억제하며 제한된 설치에서 도체 간격을 더 좁힐 수 있습니다. 간단히 말해서, 현대적인 고밀도 전기 인프라의 유전체 요구 사항을 충족하면서 기존 버스바의 전력 전달 용량을 제공합니다.

이러한 시스템은 도시 변전소 및 산업 플랜트부터 데이터 센터, 해양 플랫폼 및 대중교통 철도 네트워크에 이르기까지 컴팩트하고 안정적이며 안전한 전력 분배가 협상 불가능한 모든 곳에 배포됩니다. 절연 관형 버스바의 전 세계 설치 기반은 도시 밀도화 및 재생 에너지 인프라의 급속한 성장과 함께 크게 확장되어 전기 엔지니어와 프로젝트 개발자 모두에게 설계, 성능 특성 및 응용 논리에 대한 심층적인 이해가 점점 더 중요해지고 있습니다. 아래 섹션에서는 구성 세부 사항, 전기 성능 벤치마크, 설치 환경, 수명주기 관리, 대체 버스 시스템과의 비교 분석 및 주요 사양 기준을 살펴봅니다.

관형 부스 바 절연 시스템의 구성 및 핵심 구성 요소

특정 용도에 대한 적합성을 평가하기 전에 관형 부스바 절연 시스템의 구조를 이해하는 것이 필수적입니다. 어셈블리의 모든 구성 요소는 고유한 전기적 또는 기계적 기능을 수행하며 전체 시스템의 성능은 가장 약한 개별 요소만큼 우수합니다.

지휘자 코어

내부 도체는 전해 등급 구리(EN 1977에 따라 순도 99.9%) 또는 알루미늄 합금(ASTM B317에 따라 6101-T6 시리즈)으로 제작됩니다. 전류 밀도가 가장 중요한 곳에서는 구리가 선호됩니다. 구리는 알루미늄의 35MS/m에 비해 약 58MS/m의 전기 전도성을 제공합니다. 그러나 알루미늄은 전체 시스템 중량을 약 50~60% 줄여줍니다. 이는 수평 길이가 길고 지진에 민감한 건물 또는 구조적 하중이 제한된 해상 상단 설치에 결정적인 이점입니다. 도체 외부 직경은 일반적으로 40mm ~ 250mm 범위이며 관형(중공) 형상은 의도적입니다. 전력 주파수(50Hz 또는 60Hz)에서 표피 효과로 인해 전류가 도체 외부 표면 근처에 집중됩니다. 50Hz에서 구리의 표피 깊이는 약 9.3mm입니다. 즉, 직경이 약 18mm를 초과하는 단선 도체는 코어에서 추가적인 전류 전달 이점을 최소화합니다. 중복된 코어 재료를 제거하면 용량을 희생하지 않고도 질량과 재료 비용이 줄어듭니다.

절연층

절연층은 완전히 절연된 관형 버스바를 정의하는 요소입니다. 두께와 재질 등급에 따라 전압 정격, 서비스 환경 및 제품의 예상 수명이 직접적으로 결정됩니다. 일반적인 단열재와 그 공학적 특성은 다음과 같습니다.

• XLPE(교차결합 폴리에틸렌): 유전 강도 ~20 kV/mm, 최대 연속 도체 온도 90°C, 우수한 습기 및 내화학성. 최대 36kV의 중전압 애플리케이션을 위한 표준 선택입니다.
• 에폭시 수지 주조 절연체: 기계적 강성, 탁월한 표면 추적 저항(IEC 60112에 따른 등급 I 수지의 비교 추적 지수 600 이상) 및 치수 안정성. 실내 GIS 연결 버스 시스템 및 가스 절연 개폐 장치에 널리 사용됩니다.
• 실리콘고무: 오염 발생 후 자체 복구되는 탁월한 소수성 표면 특성, 섭씨 -60도까지의 유연성 및 자외선 저항성을 갖추고 있습니다. 습도가 높은 해안선이나 열 순환이 심한 사막 환경에서 직접 실외 서비스를 제공하는 데 선호되는 선택입니다.
• 열수축 폴리머 슬리브(조인트 키트): 모선의 가장 취약한 지점에서 원활한 절연 연속성을 제공하기 위해 제어된 열을 사용하여 사전 제작된 조인트 및 종단 위에 적용됩니다.
• EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 단량체): 뛰어난 내오존성과 장기적인 탄력성을 위해 일부 중전압 응용 분야, 특히 유연한 연결 섹션 및 확장 조인트에 사용됩니다.

절연체 두께는 지정된 BIL(임펄스 내전압)과 도체 표면의 전계 분포를 통해 계산됩니다. 12kV 시스템(Um = 12kV, BIL = 75kV)의 경우 XLPE 절연 두께는 일반적으로 3.5~5mm입니다. 36kV 시스템(Um = 36kV, BIL = 170kV)의 경우 이는 8~12mm로 확장됩니다. 이러한 두께는 균일한 필드 형상을 가정합니다. 조기 부분 방전 활동을 유발할 수 있는 전계 강화를 방지하려면 도체 조인트의 불규칙성을 조심스럽게 다듬어야 합니다.

지지 구조, 인클로저 및 액세서리

절연 도체는 단락 내력 계산에 의해 결정된 간격으로 간격을 두고 에폭시 또는 유리 강화 폴리머(GRP) 지지 절연체에 의해 제자리에 고정됩니다. 정격이 40kA/1s인 3상 시스템의 경우 지지 간격은 도체 무게와 위상 간 계산된 최대 전자기력에 따라 일반적으로 1.5~2.5미터입니다. 외부 금속 엔클로저(알루미늄(EN AW-6061) 또는 용융 아연 도금 강철)는 실외 또는 케이블 덕트 설치에 사용되어 기계적 보호, UV 차폐를 제공하고, 차폐된 설계에서는 주변 계측 또는 제어 케이블에 영향을 미치는 표유 전기장 복사 및 전자기 간섭(EMI)을 줄이는 접지된 전자기 차폐를 제공합니다.

완전한 관형 버스바 절연 시스템의 표준 액세서리 항목에는 90도 및 45도 엘보우, 링 메인 구성용 T자형 유닛, 유연한 브레이드 커넥터가 있는 확장 조인트, 위상 전이 섹션, 변압기 또는 스위치기어 종단 지점의 밀봉된 엔드 캡이 포함됩니다. 이러한 각 구성 요소는 기본 직선 섹션과 동일한 유전체 및 단락 표준에 따라 유형 테스트를 거쳐 시스템 수준 무결성을 보장합니다.

단열재 특성: 나란히 비교

올바른 단열재를 선택하려면 유전체 성능, 기계적 특성, 열 정격 및 환경 저항의 균형이 필요합니다. 아래 표는 완전 절연 관형 버스 바 시스템에 사용되는 4가지 주요 절연 재료의 정량적 비교를 제공합니다.

고전압 관형 버스바 시스템의 전기적 성능 매개변수

A의 전기적 성능 고전압 관형 버스 바 시스템 엔지니어가 조달 및 설치 전에 프로젝트 사양과 비교하여 확인해야 하는 여러 상호 의존적 매개변수가 특징입니다. 설계 단계에서 이러한 매개변수 중 하나라도 간과하면 일반적으로 시운전 중 또는 최악의 경우 서비스 중에 표면화되는 위험이 발생합니다.

통전 용량(전류 용량)

완전 절연된 관형 버스바는 도체 단면적과 절연 시스템의 열 특성에 따라 1,000A에서 8,000A 이상의 연속 전류를 전달하도록 설계되었습니다. 절연 재킷은 자유 공기의 노출된 도체에 비해 주변 공기로의 열 발산을 줄이기 때문에 설계자는 밀폐된 트렁킹 또는 지하 설치에서 전류용량을 계산할 때 경감 계수(일반적으로 0.85~0.95)를 적용해야 합니다. 강제 공기 또는 워터 재킷 시스템을 통한 능동 냉각으로 연속 전류 정격을 20~40%까지 확장할 수 있습니다. 발전기 출력 버스바 또는 전해 공정에 사용되는 고전류 정류기 피더의 피크 수요 시나리오용.

단락 저항 등급

단락 내성은 정의된 기간(일반적으로 1초 또는 3초) 동안 킬로암페어(kA)로 표시됩니다. 중전압 절연 관형 버스바의 표준 정격에는 25kA/1s, 31.5kA/1s 및 40kA/1s가 포함됩니다. 3상 볼트 결함 중에 생성된 기계적 힘은 피크 전류의 제곱에 비례하고 위상 간격에 반비례합니다. 피크 비대칭 오류 전류는 X/R 비율이 낮은 회로에서 RMS 대칭 값의 2.5~2.7배에 도달할 수 있습니다. 따라서 더 좁은 위상 간격을 허용하는 절연 시스템은 최대 전자기력을 견딜 수 있는 지지 클램프 및 타이 바를 사용하여 설계해야 합니다. 이는 절연 자체가 도체를 적절하게 덮는 경우에도 생략할 수 없는 계산입니다.

유전체 내성 및 부분 방전

일상적인 공장 테스트에는 상용 주파수 내전압 테스트(일반적으로 IEC 62271-1에 따라 1분 동안 2U0 1kV)와 U0의 1.73배에서 부분 방전(PD) 측정이 포함됩니다. 허용되는 PD 수준은 지정된 테스트 전압에서 10pC 미만이어야 합니다. , IEC 60270을 준수합니다. 이 임계값을 초과하는 시스템은 도체-절연 인터페이스의 절연 보이드, 오염 물질 또는 층간 박리를 나타냅니다. 이는 유전 노화를 가속화하고 작동 수명을 단축시키는 결함입니다. 지정된 피크 전압에서 1.2/50마이크로초 파형을 적용하는 LIWV(낙뢰 충격 내전압) 테스트도 형식 테스트로 필요하며, 연결된 네트워크에서 번개 또는 스위칭 이벤트로 인한 일시적인 과전압을 견딜 수 있는 부스바의 능력을 확인합니다.

온도 상승 한계

IEC 62271-1 및 IEEE C37.20.2에 따라 은도금 표면이 있는 볼트 연결 지점의 절연 부스바에 허용되는 최대 온도 상승은 주변 온도 40°C에서 65K이며 절대 도체 온도 상한은 105°C입니다. XLPE 절연체의 정격 도체 온도는 연속 부하 시 최대 90°C, 최대 5초 동안의 단락 열 응력 시 130°C입니다. 이러한 한계를 일시적으로 초과하면 고분자 사슬 구조의 되돌릴 수 없는 화학적 분해가 시작되어 단열재의 남은 유효 수명이 단축됩니다.

단위 길이당 저항 및 전력 손실

75°C에서 외경이 100mm이고 벽 두께가 8mm인 구리 관형 도체의 경우 50Hz에서 단위 길이당 AC 저항은 표피 효과 및 근접 효과 보정을 고려하여 미터당 약 0.035밀리옴입니다. 3,000A의 연속 전류에서 이는 3상 시스템의 경우 약 315W/m2의 줄 열 손실에 해당합니다. 이는 변전소 냉각 부하 및 30년 서비스 수명 동안 에너지 효율 계산에 직접적인 영향을 미치는 수치입니다. 동일한 전류 용량의 알루미늄 도체는 구리보다 미터당 저항이 약 1.6배 더 높으며, 이는 설치 무게가 더 낮고 구조적 부하가 감소하여 상쇄됩니다.

도체 직경에 따른 연속 전류 정격: 참조 차트

아래 차트는 주변 온도 40°C의 자유 대기에 설치된 완전 절연 관형 부스바에 대한 도체 외경, 도체 재료(구리 대 알루미늄) 및 일반적인 연속 전류 정격 간의 관계를 보여줍니다. 이러한 값은 대표적인 값이며 특정 설치 조건에 대한 제조업체 열 계산과 비교하여 확인해야 합니다.

그림 1: 주변 온도 40°C의 대기 설치에서 5가지 도체 직경 등급의 구리 및 알루미늄 XLPE 절연 관형 버스바에 대한 연속 전류 정격(A)입니다. 값은 대표적인 것입니다. 각 프로젝트에는 IEC 60287에 따른 자세한 열 계산이 필요합니다.

비교: 완전 절연된 관형 버스바와 기타 버스바 기술

올바른 버스바 기술을 선택하려면 여러 성능 차원에 걸쳐 명확한 비교가 필요합니다. 아래 표는 배전 프로젝트에서 가장 일반적으로 지정되는 세 가지 강성 버스바 기술인 완전 절연 관형 버스바, 기존 베어 강성 버스바 및 샌드위치형(적층) 버스바 시스템 간의 주요 차이점에 대한 구조적 개요를 제공합니다.

위의 데이터는 완전 절연된 관형 버스 바가 뚜렷한 성능 틈새를 차지하고 있음을 보여줍니다. 이는 공간이 제한되어 있거나 인력이 접근할 수 있는 환경에서 높은 전류 용량과 높은 전압이 모두 필요할 때 선택하는 기술입니다. 샌드위치형 버스바는 조밀한 LV 전력 전자 어셈블리에서 잘 작동하는 반면, 베어 견고한 버스바는 제외 구역 및 공간이 제한 제약이 아닌 통풍이 잘 되는 대형 실외 변전소 구조를 위한 간단한 솔루션으로 남아 있습니다.

주요 응용 분야 및 설치 환경

관형 부스바 절연 시스템의 설계 장점은 다양한 산업 분야에서 강력한 수요로 직접적으로 이어집니다. 다음은 완전 절연된 관형 버스 바가 선호되거나 표준 솔루션이 된 6가지 주요 응용 환경에 대한 심층적인 검토입니다.

도시 및 실내 변전소

도시 변전소는 공간이 극도로 제한되어 있고 대중이 가까이 있을 수 있는 지하 또는 다층 건물 지하에 건설되는 경우가 점점 늘어나고 있습니다. 완전 절연된 관형 버스바는 노출된 도체 시스템에 비해 필요한 위상 간극을 최대 70%까지 줄입니다. , 변전소를 동등한 야외 구성보다 30~50% 더 작은 바닥 면적으로 설계할 수 있습니다. 11kV 배전 구역에서 절연 관형 버스바를 사용하는 대표적인 33/11kV 도시 실내 변전소는 폭이 600mm에 불과한 복도를 통해 2,500A 3상 버스바를 라우팅할 수 있습니다. 이는 해당 전압 레벨의 나전선으로는 기하학적으로 불가능합니다. 또한 밀봉된 단열 시스템은 지하 환경에 먼지나 습기가 쌓일 수 있는 단열재 표면을 주기적으로 청소할 필요가 없으므로 도시 네트워크 운영자의 지속적인 유지 관리 부담을 줄여줍니다.

산업 플랜트: 철강 공장, 석유화학 시설, 알루미늄 제련소

중공업에서는 아크로, 전해조, 대형 모터 구동 시동 회로에 4,000A ~ 8,000A를 지속적으로 공급할 수 있는 버스바를 요구합니다. 제철소의 탄소 먼지, 석유화학 정제소의 코크스 미세분, 제련소의 알루미나 분말 등 공기 중 전도성 입자가 있는 환경에서 노출된 부스바는 오염 및 표면 추적 위험이 있습니다. IP54 이상(IEC 60529 기준) 등급의 완전 절연 관형 버스바가 표준 산업용 솔루션입니다. 또한 밀폐형 구조는 진동 환경에서 안전한 작동을 위해 베어 컨덕터 시스템이 요구하는 넓은 분리 거리를 요구하지 않고도 무거운 회전 기계 및 왕복동 압축기 근처에서 일반적으로 최대 2g의 진동 수준을 견딜 수 있습니다.

데이터 센터 및 미션 크리티컬 시설

대규모 데이터 센터에는 유틸리티 변압기에서 주 배전반까지 밀도가 높고 신뢰성이 높은 중전압 배전이 필요합니다. 현재 대규모 캠퍼스에서 전체 시설 부하는 일반적으로 100MW를 초과하므로 주 급전선은 민감한 제어 및 전력 조절 장비가 포함된 조밀하게 배선된 케이블 트레이를 통해 11kV 또는 33kV에서 수천 암페어를 전달해야 합니다. 절연된 관형 버스바를 사용하면 이러한 피더가 우발적인 섬락이나 EMI 간섭의 위험 없이 다른 인프라와 라우팅 통로를 공유할 수 있습니다. 또한 밀봉된 구조는 IT 장비가 작동하는 동안 배전 장비의 유지 관리를 수행할 수 있어야 하는 Tier III 및 Tier IV 데이터 센터 가용성 표준 준수를 지원합니다. 이는 본질적으로 터치 안전하고 완전히 밀폐된 도체가 요구되는 요구 사항입니다.

해양 석유 및 가스 플랫폼

해양 플랫폼은 염수 분무, 최대 100%의 상대 습도, 황화수소 가스, 폭발성 대기, 파도 작용 및 회전 기계로 인한 심한 구조적 진동 등 가장 열악한 전기 설치 환경을 나타냅니다. 실리콘 고무 절연체와 스테인리스 스틸 또는 GRP 인클로저를 갖춘 완전 절연된 관형 버스바는 FPSO 및 고정 플랫폼의 상부 배전을 위한 표준이 되었습니다. 밀봉된 구조는 염분 유입을 방지하고 접근 가능한 통전 도체 표면이 없기 때문에 ATEX/IECEx 폭발성 대기 프레임워크에 따라 IEC 구역 1 또는 구역 2로 분류된 영역에서 아크 점화 이벤트가 인력 및 자산 무결성에 치명적인 결과를 초래할 수 있는 아크 플래시 위험을 줄입니다.

대중교통 철도 시스템

지하철, 경전철 및 고속철도 견인 변전소는 25kV AC 및 1.5kV/3kV DC 배전 구역 모두에서 완전 절연된 관형 버스바를 사용합니다. 이러한 설비는 열차 통로의 진동 및 충격 하중을 견뎌야 합니다. 개폐형 지하 구조물에서는 최대 5Hz의 진동과 3g의 최대 가속도가 일반적입니다. 터널 단면적에 따라 토목 건설 비용이 증가하는 터널에서는 콤팩트한 설치 프로파일이 중요합니다. 터널 길이 킬로미터에 걸쳐 버스바 조립 직경이 1cm 절약되면 토목 엔지니어링 비용이 크게 절감됩니다. 절연 시스템의 유지 관리가 필요 없는 서비스 수명은 유지 관리 활동을 위한 접근이 운영상 제한된 지하 철도 환경에서도 특히 중요합니다.

재생 에너지 생성 및 그리드 통합

대규모 태양광 발전소 및 해상 풍력 프로젝트는 그리드 송전을 시작하기 전에 중간 전압(33kV 또는 66kV)에서 전력을 수집합니다. 전체 구조 중량이 지지 기반의 비용과 타당성에 영향을 미치는 해양 변전소 플랫폼 내에서 33kV 컬렉터 버스 및 132/220kV HV 버스 섹션의 완전 절연 관형 버스바는 가스 절연 스위치기어(GIS)에 비해 상당한 무게와 공간 절약 효과를 제공합니다. 가압 가스 시스템 없이 습도가 높은 해양 환경에서 작동할 수 있는 능력은 유지 관리의 복잡성을 줄이고 유난히 높은 지구 온난화 가능성으로 인해 점점 더 많은 규제 조사에 직면하고 있는 SF6 가스와 관련된 취급 위험을 제거합니다.

표준, 테스트 요구 사항 및 인증 프레임워크

공공 인프라 또는 안전이 중요한 산업 응용 분야에 사용되는 모든 완전 절연 관형 버스 바 시스템에는 국제 및 지역 표준을 준수하는 것이 필수입니다. 다음은 설계, 테스트 및 설치에 적용되는 기본 표준입니다.

• IEC 62271-209: 52kV 이상의 정격 가스 절연 금속 폐쇄 개폐 장치용 케이블 연결 - GIS와 통합된 HV 관형 버스 시스템에 적용 가능합니다.
• IEC 62271-203: 52kV 이상의 정격 전압을 위한 가스 절연 금속 폐쇄 개폐 장치 - 고전압 변전소에 사용되는 절연 버스 덕트 섹션을 덮습니다.
• IEC 62271-1: 고전압 개폐 장치 및 제어 장치에 대한 일반 규칙 - 연결된 버스바 조립품에 대한 온도 상승 제한, 단락 정격 및 절연 테스트.
• IEEE C37.23: 금속으로 둘러싸인 버스에 대한 북미 표준 — 중전압 절연 버스 시스템에 대한 구성 요구 사항, 테스트 절차 및 서비스 조건.
• IEC 60529: IP(침수 보호) 분류 — 실내 산업의 경우 IP54, 실외의 경우 IP65, 지하 또는 수중 설치의 경우 IP67입니다.
• IEC 60270: 부분 방전 측정 기술 - 선적 전 모든 절연 버스바 섹션에 대한 주요 공장 승인 테스트입니다.
• IEC 60287: 전기 케이블 - 전류 정격 계산. 이 방법론은 절연된 관형 버스바에 직접 적용되어 지정된 설치 조건에서 전류용량을 결정합니다.
• IEC 60815: 절연체의 오염 성능 - 실외 절연 부스바 설계에 대한 오염 심각도 등급(I-IV) 및 최소 특정 연면 거리를 정의합니다.

공인된 독립 연구소에서 제조한 대표적인 샘플을 대상으로 수행되는 유형 테스트에는 절연 내력(전원 주파수 및 낙뢰 충격), 정격 연속 전류 하에서의 온도 상승, 정격 kA 및 지속 시간에서의 단락 내량, 진동 및 내진 인증을 포함한 기계적 내구성, 안전이 중요한 경로로 라우팅된 시스템에 대한 IEC 60331에 따른 화재 동작이 포함됩니다. 일상적인 공장 테스트는 제조된 모든 장치에 대해 수행되며 최소한 상용 주파수 내구성 테스트와 부분 방전 측정을 포함합니다. 특정 관할권의 프로젝트에는 IEC 유형 테스트 증거 외에 추가 국가 인증 마크가 필요할 수 있으므로 프로젝트 사양 단계 초기에 현지 규제 요구 사항을 확인하면 조달 및 통관 단계에서 지연을 피할 수 있습니다.

설치, 접합 및 장기 유지 관리 관행

관형 부스바 절연 시스템의 적절한 설치는 작동 수명을 직접적으로 결정합니다. 잘 설계된 시스템은 잘못 설치되어 성능이 저하됩니다. 적절한 사양의 시스템이라도 올바르게 설치 및 유지 관리되면 40년의 서비스 수명을 달성할 수 있습니다.

결합 및 종료 방법

볼트 체결부는 모든 절연 부스바 설치에서 가장 중요한 지점입니다. 은도금 또는 주석 도금 구리 접점 표면은 제조업체가 지정한 값(일반적으로 M12 A4 스테인리스강 볼트의 경우 60~80Nm)으로 토크를 가하여 조인트당 10마이크로옴 미만의 접촉 저항을 달성합니다. 그런 다음 냉수축 또는 열수축 슬리브 키트 또는 실온 가황(RTV) 실리콘으로 채워진 공장에서 성형된 조인트 하우징을 사용하여 조인트 영역 전체에 단열재를 복원하여 버스바 런의 가장 기하학적으로 복잡한 부분에서 완전한 유전체 연속성을 보장합니다. 제대로 실행되지 않은 조인트는 공칭 설계 수명 노후 속도의 몇 배에 달하는 속도로 단열재를 저하시키는 국지적 핫스팟을 생성할 수 있습니다. 따라서 공동 작업 기술 교육 및 품질 검증은 모든 프로젝트 품질 계획에서 협상할 수 없는 요소가 됩니다.

열팽창 보상

구리는 섭씨 1도당 약 17배 10에서 마이너스 6배로 팽창합니다. 콜드 셧다운에서 최대 부하까지 60K의 온도 상승을 경험하는 10미터 구리 버스바는 약 10mm 연장됩니다. 적절한 간격(일반적으로 15~20미터마다)으로 확장 조인트 또는 슬라이딩 지지 클램프가 없는 이 움직임은 기계적 응력을 고정 연결 지점에 전달하여 잠재적으로 볼트 조인트를 느슨하게 하거나 도체-클램프 인터페이스에서 피로 균열을 시작합니다. 엔지니어는 최소 설치 주변 온도(고위도 기후에서는 최저 -40°C)부터 지속적인 정격 부하 하의 최대 도체 온도까지의 전체 열 주기에 30년 설계 수명 동안 예상되는 일일 부하 주기 수를 곱해야 합니다.

서비스 상태 모니터링

현대의 완전 절연 관형 버스 바 시스템에는 점점 더 내장된 온라인 부분 방전 모니터링 센서(용량 결합 또는 음향 방출 유형)가 통합되어 SCADA 또는 자산 관리 플랫폼에 지속적인 유전체 상태 데이터를 제공합니다. 50~100pC 이상으로 증가하는 PD 추세는 유전체 고장이 발생하기 몇 주에서 몇 달 전에 사전 경고를 제공합니다. , 계획되지 않은 강제 중단이 아닌 계획된 유지 관리 중단이 가능합니다. 정격 부하 조건에서 수행되는 목적에 맞게 설계된 액세스 패널을 통한 적외선 열화상 조사는 발생하는 접합부 핫스팟을 식별하는 가장 비용 효율적인 도구로 남아 있습니다. 모범 사례 유지 관리 일정에는 일반적으로 연간 열화상 조사, 2년마다 부분 방전 측정, 5년 간격의 조인트 토크 검증이 결합됩니다.

수명이 다한 재활용성

서비스가 종료되면 구리 또는 알루미늄 도체는 전체 원자재 금속 가치를 유지하며 확립된 제련 경로를 통해 재활용됩니다. 폴리머 단열재는 재활용하기 전에 금속으로부터 분리해야 하며 기계적 파쇄 후 에너지 회수 또는 전문적인 해중합을 통해 처리됩니다. 지속 가능성 목표가 있는 프로젝트에서는 알루미늄 도체 버스바가 수명 주기 평가에서 구리보다 암페어미터당 내재 탄소가 상당히 낮다는 점에 유의해야 합니다. 특히 소비자 사용 후 재활용 알루미늄(1차 생산의 경우 14~17kWh/kg이 필요한 반면 0.7kWh/kg만 필요함)이 도체 재료로 사용되는 경우에는 더욱 그렇습니다.

설계 선택 기준: 완전 절연 관형 부스바 지정 방법

고전압 관형 버스 바 시스템을 지정할 때 엔지니어는 완전하고 명확한 애플리케이션 매개변수 세트를 정의해야 합니다. 불완전한 사양은 프로젝트 현장에서 잘못된 적용, 납품 지연 및 비용이 많이 드는 재엔지니어링의 주요 원인입니다.

• 정격 전압(Um) 및 절연 수준: 장비의 최고 전압, 상용주파 내전압, 뇌충격 내전압을 지정합니다. 12kV 시스템의 경우: Um = 12kV, 28kV(1분 PF 내구성), 75kV BIL.
• 정격 연속 전류(Ir) 및 주변 조건: 설치 방법을 포함한 최악의 주변 조건(자유 대기, 밀폐된 트렁킹 또는 지하)에서 최대 연속 전류.
• 단락 전류 및 지속 시간: RMS 대칭 결함 전류(Isc)와 피크 비대칭 전류(ip = k 곱하기 루트-2 곱하기 Isc), 피크 계수 k는 일반적으로 50/60Hz에서 1.7~2.0입니다.
• 환경 등급: 실내 또는 실외, 작동 온도 범위, 습도 등급, IEC 60664에 따른 오염도, 지진 지역 및 모든 화학 물질 노출(염분 안개, H2S, UV, 공격적인 증기).
• 도체 재료: 무게, 전류량 및 연결된 장비 단자와의 접합 호환성을 기준으로 구리 또는 알루미늄.
• 런 기하학: 총 길이, 엘보우 수(90도, 45도 또는 맞춤형), T자형 가지, 확장 조인트 및 구조적 움직임이나 지진 변위를 수용하는 데 필요한 유연한 섹션.
• 적용 가능한 표준 및 부분 방전 허용 기준: 설계, 테스트 및 설치에 적용되는 IEC, IEEE 또는 국가 표준을 명시적으로 명시하고 PD 허용 수준(일반적으로 U0의 1.73배에서 10pC 미만)을 확인합니다.

기술 사양 문서에 이 완전한 정보를 제공하면 제조업체는 고객 승인을 위해 설계를 제출하기 전에 단락 전자기력 분석, IEC 60287에 따른 온도 상승 시뮬레이션, IEC 60071-1에 따른 절연 조정을 포함한 전체 엔지니어링 계산을 수행할 수 있습니다. 이러한 매개변수가 사양에 완전히 정의되지 않은 프로젝트에서는 철저한 사전 사양을 통해 방지할 수 있었던 범위 변경, 리엔지니어링 비용 및 납품 일정 영향이 지속적으로 발생합니다.

일반적인 고장 모드 및 절연 설계로 이를 해결하는 방법

잘 설계된 버스바 시스템이라도 설계 범위를 벗어나는 조건에 노출되거나 적절한 제작 기술 제어 없이 설치되면 실패할 수 있습니다. 주요 고장 모드와 단열 관형 설계가 이를 완화하거나 전환하는 구체적인 방법을 이해하는 것은 장기적인 자산 신뢰성을 담당하는 운영 및 유지 관리 팀에 중요합니다.

오염으로 인한 추적 및 플래시오버

베어 버스바 시스템에서 표면 오염(전도성 먼지, 응결 또는 식염수 침전물)은 도체 사이 또는 도체에서 접지까지 저항성 전류 경로를 형성하여 결국 표면 플래시오버를 시작할 수 있습니다. 완전히 절연된 관형 부스바의 연속 절연 재킷은 노출된 도체 표면을 완전히 제거하여 주 도체 본체에서 오염으로 인한 추적을 불가능하게 만듭니다. 잔류 취약성은 스위치기어 연결부의 노출된 종단점으로 재배치됩니다. 여기서 높은 CTI 등급 재료와 적절한 연면 거리를 갖춘 적절하게 설치된 조인트 키트는 설치 품질 검사 중에 지정하고 확인해야 하는 방어선입니다.

열 과부하 및 결합 성능 저하

토크가 충분하지 않거나 접촉 표면이 제대로 준비되지 않은 볼트 체결부는 접촉 저항이 높아집니다. 2,000A를 전달하는 100마이크로옴의 접촉 저항(허용 한계의 10배)을 갖는 조인트는 작은 영역에서 국지적으로 40W를 소산하여 열 폭주 사이클을 시작합니다. 가열하면 산화가 발생하여 저항이 더욱 높아져 더 많은 열이 발생합니다. Arrhenius 모델에 따르면 조인트를 둘러싼 단열재는 온도에 따라 기하급수적으로 빠르게 노화됩니다. 정격 온도보다 8~10°C 증가할 때마다 성능 저하 속도가 약 두 배로 늘어납니다. 정격 부하 조건에서 연간 적외선 열화상 조사는 강제 정전이 발생하기 전에 발생하는 접합 문제를 식별하기 위한 입증되고 비용 효율적인 대책입니다.

절연 노화 및 물 유입

폴리머 절연은 시간이 지남에 따라 열, 전기 및 환경적 스트레스가 결합되어 성능이 저하됩니다. 말단 종단에서 또는 기계적으로 손상된 절연체를 통해 물이 유입되면 전기화학적 수분 트리잉이 가속화됩니다. 이는 수분이 채워진 미세 채널이 지속적인 전기장 구배 하에서 도체를 향해 절연체를 통해 성장하는 과정입니다. 5mm 단열 벽으로 연장되는 2~3mm의 짧은 나무는 사용 가능한 유전 강도가 크게 감소합니다. 엔드 씰과 조인트 키트의 기계적 무결성을 유지하고, PD 활동 증가를 모니터링하고, 기계적 손상이 있는 절연체를 즉시 교체하는 것은 15년 이상 사용된 절연 부스바 시스템에 대한 사전 유지 관리 전략의 필수 요소입니다.

완전 절연 관형 버스 바에 대해 자주 묻는 질문

Q1: 완전 절연된 관형 버스 바에 사용할 수 있는 최대 전압 정격은 얼마입니까?

A1: 고체 폴리머 절연체를 사용한 완전 절연 관형 버스바는 시중에서 구입할 수 있으며 최대 145kV(132kV 공칭 전압 시스템의 장비에 대한 최고 전압)의 전압 등급에 대해 유형 테스트를 거쳤습니다. 이 수준에서 XLPE 단열재 두께는 20~25mm에 이르며 해당 벽 두께로 빈 공간이 없는 단열재를 제조하는 것은 까다로운 품질 관리 과제입니다. 145kV 이상에서는 SF6 또는 압축된 청정 공기를 절연 매체로 사용하는 가스 절연 버스 덕트가 산업 표준 접근 방식이 됩니다. 가압 가스는 매우 두꺼운 고체 폴리머보다 제조 규모에서 품질 보증에 훨씬 더 일관된 균일하고 결함 없는 유전체를 제공하기 때문입니다. 6kV ~ 36kV에서 작동하는 대부분의 배전 프로젝트의 경우 고체 폴리머 절연 관형 버스바가 적합하며 컴팩트한 크기와 낮은 유지 관리 요구 사항이 주요 프로젝트 우선순위인 경우 기술적으로 선호되는 솔루션을 나타냅니다.

Q2: 완전 절연된 관형 버스바는 절연된 버스 덕트(버스웨이)와 어떻게 다릅니까?

A2: 둘 다 절연 배전 시스템이지만 전압 성능, 절연 기능 및 적용 범위가 근본적으로 다릅니다. 절연 버스 덕트(버스웨이)는 상업용 건물 및 저전압 산업 시설에 일반적으로 설치되는 것으로, 판금 하우징에 싸인 상대적으로 얇은 절연체를 갖춘 평면 또는 직사각형 도체를 사용합니다. 이러한 절연체는 주로 1kV 이상의 지속적인 상-접지 전압 스트레스에 필요한 높은 절연 강도가 아닌 터치 안전 및 습기 배제를 제공합니다. 완전 절연된 관형 버스바는 번개 충격 과도 현상을 포함하여 중전압 및 고전압 시스템의 전체 전기적 응력을 견딜 수 있도록 특별히 치수가 지정되고 유형 테스트된 절연체를 갖추고 있습니다. 관형 도체 구조는 표피 효과 전류 분포를 최적화하고, 도체 질량을 줄이며, 단위 중량당 우수한 기계적 강성을 제공합니다. 이 제품은 단순히 저전압 도체 주변의 보호용 기계 하우징이 아닌 IEC 스위치기어 표준에 따른 기본 고전압 장치로 설계 및 인증되었습니다.

Q3: 보호 인클로저 없이 완전 절연된 관형 버스 바를 옥외에 설치할 수 있습니까?

A3: 그렇습니다. 직접적인 실외 풍화 서비스를 위해 단열재와 표면 프로파일을 선택한 경우에는 가능합니다. 폴리머 서스펜션 및 포스트 절연체에 사용되는 것과 기하학적으로 유사한 교대형 창고 프로필이 있는 실리콘 고무 단열재를 사용하는 시스템은 추가 인클로저 없이 직접 실외에 설치할 수 있도록 설계되었습니다. 쉐드 형상은 표면 연면 경로를 확장하여 폭우나 산업 오염 상황에서도 지속적인 누설 전류 트랙의 형성을 방지합니다. 실외 시스템은 가장 엄격한 산업 및 해안 환경에 따라 IEC 60815에 따라 오염 심각도 클래스 III 또는 IV에 따라 테스트되었습니다. 추가 UV 보호, 기계적 충격 저항 또는 파손 방지를 위해 알루미늄 합금 또는 유리 강화 폴리머(GRP) 외부 하우징을 추가할 수 있지만 외부 절연이 실외 서비스용으로 올바르게 지정된 경우 유전체 필수품은 아닙니다.

Q4: 완전 절연된 관형 버스 바 시스템의 예상 서비스 수명은 얼마나 됩니까?

A4: 적절하게 설계되고, 올바르게 설치되고, 적절하게 유지관리되는 XLPE 절연 관형 버스바 시스템의 엔지니어링 설계 수명은 30~40년입니다. 이는 변전소, 스위치기어 또는 발전소 인프라의 설계 수명과 일치합니다. 이 수명은 세 가지 기본 조건에 따라 달라집니다. 즉, 작동 도체 온도를 절연 열 등급 한계인 90°C 미만으로 일관되게 유지합니다. 주기적인 재토크 검증 및 열화상 검사를 통해 볼트 체결부를 양호한 접촉 상태로 유지합니다. 습기 유입을 방지하기 위해 엔드 씰과 종단 조인트의 기계적 무결성을 보존합니다. 열한도 근처에서 일상적으로 작동하거나 고에너지 결함 이벤트가 반복적으로 발생하는 시스템은 서비스 시작 후 10~15년 내에 감지 가능한 절연 성능 저하를 나타낼 수 있습니다. 이는 일상적인 상태 모니터링 중 부분 방전 증가 추세를 통해 식별할 수 있으므로 서비스에 영향을 미치는 오류가 발생하기 전에 계획된 교체가 가능합니다.

Q5: 부분방전 테스트는 어떻게 진행되며, 필수 합격 테스트인 이유는 무엇인가요?

A5: 부분 방전(PD) 테스트는 정밀하게 제어된 AC 전압(일반적으로 상간 작동 전압인 U0의 1.73배)을 조립된 버스바 섹션에 적용하고 교정된 커플링 커패시터를 사용하여 모든 방전의 겉보기 전하 크기를 측정하고 테스트 표본과 직렬로 연결된 임피던스를 측정함으로써 IEC 60270에 따라 수행됩니다. 측정 회로는 각 테스트 전에 알려진 전하 주입 신호로 교정되어 SI 단위에 대한 추적성을 보장합니다. 필수 허용 기준은 일반적으로 지정된 테스트 전압에서 10pC 미만입니다. 이 테스트는 간단한 유전체 내전압 테스트를 감지하지 못한 채 통과할 수 있는 수십 마이크로미터 정도의 작은 공기 함유물인 절연 미세 공극을 감지하기 때문에 필요합니다. 이러한 공극은 서비스 중에 주변 절연체를 내부에서 외부로 탄화시키고 화학적으로 분해하는 지속적인 부분 방전 활동을 생성하여 궁극적으로 외부 검사에서 예측할 수 없는 유전체 고장을 초래합니다. 10pC 기준을 통과한 모든 섹션은 본질적으로 빈 공간이 없는 단열 구조를 보여 주었으며 정상적인 작동 조건에서 전체 설계 수명을 달성할 것으로 예상할 수 있습니다.

질문 6: 완전 절연된 관형 버스바를 사용하여 기존 개방형 베어 버스바 설치를 개조하는 것이 가능합니까?

A6: 개조는 기술적으로 가능하며 변전소 자산 수명 연장 프로젝트, 안전 업그레이드 프로그램, 제한된 공간의 용량 증가 프로젝트에서 점점 더 보편화되고 있습니다. 개조를 위해서는 기존 노출 도체, 지지 절연체 및 공간 장벽을 제거하고 절연 관형 시스템을 해당 위치에 설치하는 계획된 정전이 필요합니다. 절연 부스바를 사용하면 원래의 노출된 도체 설치에 비해 위상 간격을 최대 70%까지 줄일 수 있으므로 토목 지지 구조를 부분적으로 새로운 형상으로 재구성해야 할 수도 있습니다. 일부 경우, 특히 원래 건물의 크기가 11kV 공기 간극을 위해 11kV에서 33kV로 업그레이드되는 실내 변전소의 경우 감소된 물리적 간극에 절연 부스바를 설치할 수 있으면 기존 구조 내에서 전압 업그레이드가 가능하며, 이는 훨씬 더 큰 33kV 공기 간극이 필요한 나전선에서는 기술적으로 불가능합니다. 업데이트된 부하 흐름 분석, 단락 계산, 기존 토목 구조물의 하중 지지 능력에 대한 자세한 조사를 포함한 철저한 엔지니어링 타당성 조사는 개조 설계 및 가동 중단 일정을 확정하기 전에 항상 필요합니다.