Kaip magistralė užtikrina efektyvią energijos sklaidą

Magistralės Pagrindai: Paskirtis, Konstrukcija ir Pagrindiniai Pranašumai

Kas yra magistralė? Jos vaidmens apibrėžimas centrinėje, žemos impedanso energijos maršrutizacijoje

Apvadai yra pagrindiniai standūs laidininkai, pagaminti iš vario arba aliuminio juostų, kurios gali būti plokščios arba tuščiavidurės. Jie veikia kaip centriniai mazgai, skirstantys didelius elektros kiekius per jungiklių skydelius, valdymo panelius ir transformatorinių stočių įrangą. Palyginti su tradiciniais kabelių sprendimais, apvadai pakeičia dešimtis atskirų laidų vienu pagrindiniu laidininko maršrutu. Šis sprendimas padeda sumažinti įtampos nuostolius grandinėse, taip pat mažina prijungimo taškus, kur galėtų kilti problemų. Vietos taupymas taip pat gali būti nemažas – dažnai sumainoma montavimo vietos reikalavimai sumažinami apie 35–40 procentų. Dėl minimalių reaktyviųjų savybių šios detalės geriau tvarkosi su gedimais ir leidžia technikams lengviau atlikti kasdienes apžiūras. Todėl dauguma šiuolaikinių elektros sistemų labai pasikliauja apvadų technologija kaip pagrindiniu būdu valdyti energijos srautą.

Varinis ir aliumininis apvadas: laidumo, kainos ir taikymo kompromisai efektyvumui

Medžiagos, kurias pasirenkame, lemia visą skirtumą, kai kalbama apie tai, kaip gerai veikia tam tikras dalykas, kiek jis kainuoja ir ar tinka esamoms sistemoms. Pagal standartą IEC 60228 varis laiduoja elektros srovę apie 56 procentais geriau nei aliuminis, taip pat geriau atsparus korozijai. Dėl to daugelis inžinierių verčiau renkasi varį siaurose vietose, kur yra svarbiausia patikimumas, pavyzdžiui, užimtuose duomenų centruose. Kita vertus, aliuminis sutaupo apie 30 % medžiagų sąnaudų ir sveria maždaug 60 % mažiau nei varis, todėl jis dažnai naudojamas didelėse instaliacijose, kur finansiniai apribojimai ir svorio ribojimai vaidina svarbų vaidmenį. Tačiau yra viena problema. Siekiant perduoti tokį patį srovės kiekį kaip vario laidais, aliuminiui reikia apie dvigubai didesnio storio, todėl jis užima daugiau vietos jau ir taip perkrautose elektros skydeliuose. Taigi sprendimas iš tiesų priklauso nuo to, kas konkrečiam projektui yra svarbiausia. Kai erdvės nėra trūkumas ir kai kritinė svarba teikiama patikimumui, laimi varis. Kai pinigų trūksta, svarbu svoris ir yra pakankamai fizinės vietos, įprastas pasirinkimas tampa aliuminis.

Elektros efektyvumas: I²R nuostolių ir įtampos kritimo mažinimas

Kaip magistralės geometrija ir medžiaga sumažina varžą – ir kodėl tai lemia 99 % sistemos efektyvumą

Dėl savo konstrukcinių savybių, kurios puikiai veikia kartu, magistraliniai laidai gali pasiekti daugiau nei 99 % sistemos efektyvumą. Pirma, jie turi stačiakampio formą, kuri padeda kovoti su reiškiniu, vadinamu odos efektu, tai reiškia, kad elektros srovė tekėja tolygiau per visą laidininką, palyginti su apvaliais laidais. Tada yra medžiagos pasirinkimas – dauguma magistralinių laidų pagaminti iš vario, kuris turi puikią laidumą, 100 % IACS reitingas, arba kartais iš aliuminio, apie 61 % IACS. Šios medžiagos padeda sumažinti varžos nuostolius, kai srovė teka per jas. Palyginus kabelius panašaus ilgio su tinkamai suprojektuotais magistraliniais laidais, skirtumas nuolatinės srovės varžoje gali siekti net 40 %. Ir štai kodėl tai svarbu: kadangi elektros energijos nuostoliai priklauso nuo per juos tekančios srovės kvadrato, net maži patobulinimai, sumažinant varžą, ilgainiui lemia didelį energijos taupymą. Tai ne tik sumažina erzinančius įtampos kritimus, kurie kaupiasi jungiamosiose vietose, bet ir užtikrina pastovią bei patikimą maitinimo tiekimą bet kokiam įrenginiui, kuriam jis reikalingas.

Empirinė patvirtinimas: 30–50 % mažesni varžos nuostoliai lyginant su atitinkamais kabelių laidais

IEEE standartas 80-2013 patvirtina, kad magistralės turi 30–50 % mažesnius varžos nuostolius nei lygiagrečių kabelių sistemos, pernešančios tokias pačias apkrovas. Šis pranašumas atsiranda dėl:

• Sujungtų laidymo takų , pašalinant kontaktinius tarpus ir tarpvijų varžą, būdingą daugiaviečių kabelių rietimams
• Geresnio šiluminio elgesio , leidžiančio didesnę ilgalaikę srovės apkrovą be reitingavimo sumažinimo

Pateiktame palyginime 400 A aliuminio magistralės patyrė 0,68 W/pėdą nuostolių, o atitinkami kabeliai – 1,1 W/pėdą – tai 38 % sumažėjimas. Per 10 metų eksploatacijos laiką, 100 pėdų ilgio pramoninėje įrangose sutaupoma apie 5 200 JAV dolerių (kainuojant 0,12 JAV dolerio/kWh), kas patvirtina magistralių sistemą kaip empiriškai patvirtintą sprendimą misijoms kritinės svarbos energijos skirstyme.

Šiluminis našumas: Efektyvumo palaikymas esant nuolatinei apkrovai

Paviršiaus ploto ir tūrio santykis bei natūrali konvekcija: kodėl magistralės veiksmingiau išsklaido šilumą

Autobusai paprastai geriau atlaiko šilumą lyginant su kabelių rinkiniais dėl jų konstrukcijos. Jų dizainas suteikia didesnį paviršiaus plotą santykinai mažesniam tūriui, kas reiškia didesnį kontaktą su aplinkiniu oru. Ši konfigūracija leidžia gana gerai aušinti autines konvekcijos būdu – nereikia ventiliatorių ar priverstinio oro judėjimo. Veikdami nuolatine apkrova autobusai išlieka šaltesni, todėl jų izoliacija išlieka nepažeista ir ilgainiui išlaikomas našumas. Daugelis elektros inžinierių pasakys, kad tai lemia esminį skirtumą sistemose, kuriose temperatūros valdymas yra labai svarbus.

Šiluminis reitingavimas ir deratinimas: Autobusų amperinės apkrovos atitikimas realybėje vyraujančioms aplinkos temperatūroms ir korpuso sąlygoms

Nominalūs srovės stiprumo skaičiai grindžiami standartinėmis bandomosiomis sąlygomis, paprastai apie 40 laipsnių Celsijaus su gera oro cirkuliacija visame plote. Tačiau kai šiuos komponentus faktiškai montuojame realiose situacijose, dalykai greitai tampa sudėtingi. Dauguma pramonės standartų rekomenduoja sumažinti talpą maždaug 15 % kas kiekvienus 10 laipsnių virš standartinių temperatūrų. Kai įranga sumontuota uždarose dėžėse, o ne atvirose erdvėse, sumažinimas išauga iki 20–30 procentų, nes oras daugiau negali tinkamai cirkuliuoti. Jei dėžė nėra metalinė arba ji yra šalia kitų šilumos šaltinių, reikia dar didesnių korekcijų. Taip pat nepakanka tik nagrinėti medžiagų specifikacijas. Reikia tinkamo šiluminio testavimo faktinėse veikimo aplinkose, kad būtų išvengta izoliacijos ilgalaikio susidėvėjimo ir užtikrintas saugus veikimas per tas aukščiausios apkrovos fazes, dėl kurių visi jaudinasi.

Sistemos lygio efektyvumo padidinimas protinga magistralės konfigūracija

Žiedinės pagrindinės ir sekcijos jungiamosios sistemos: gedimų izoliavimas, atsarginės funkcijos ir subalansuota apkrova

Už medžiagos ir geometrijos ribų protinga topologija atveria transformacines sistemos lygio naudas. Žiedinės pagrindinės ir sekcijos jungiamosios konfigūracijos padidina atsparumą ir efektyvumą dėka strateginės atsarginės funkcijos ir segmentavimo:

1. Gedimų izoliavimas : vietinis sugedusių sekcijų atjungimas užtikrina maitinimą nepaveiktiems rajonams
2. Atsarginiai maršrutai : automatinis perkėlimas užtikrina veikimą techninės priežiūros ar gedimo metu
3. Subalansuota apkrova : tolygi fazės srovės pasiskirstymas neleidžia pusiausvyrai susijusiems nuostoliams

Šios konfigūracijos pranašesnės už radialines schemą ne tik patikimumu, bet ir matuojamu efektyvumu:

Modulinė konstrukcija taip pat 30 % sumažina techninės priežiūros išlaidas ir užtikrina ilgalaikę veikimo efektyvumą aukščiau nei 98,5 % – tai rodo, kad tai, kaip surinkti magistraliniai skydai sukonfigūruoti yra tokie pat svarbūs kaip ir jų gamybai naudojamos medžiagos.