Zweck und Arten von Sammelschienen in der Elektrotechnik

1. Was ist die Funktion einer Sammelschiene? Welche Typen werden üblicherweise verwendet?

Die Sammelschiene dient dem Anschluss von Spannungsverteilern auf verschiedenen Ebenen im Umspannwerk sowie dem Anschluss von elektrischen Betriebsmitteln wie Transformatoren und entsprechenden Verteilern.

Es handelt sich in der Regel um einen blanken Draht oder eine Litze mit rechteckigem oder rundem Querschnitt. Die Funktion einer Stromschiene besteht darin, elektrische Energie zu sammeln, zu verteilen und zu übertragen.

Da während des Betriebs eine große Menge an elektrischer Energie durch die Stromschiene fließt, wird diese bei Kurzschlüssen stark erwärmt und elektromagnetisch beeinflusst.

Daher ist es wichtig, das Material der Stromschienen, die Querschnittsform und die Fläche so zu wählen, dass die Anforderungen an einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb erfüllt werden.

Stromschienen werden nach ihrer Struktur in harte und weiche Stromschienen eingeteilt. Harte Stromschienen werden weiter unterteilt in rechteckige und rohrförmige Stromschienen.

Rechteckige Sammelschienen werden im Allgemeinen vom Haupttransformator bis in den Stromverteilungsraum verwendet. Sie haben den Vorteil, dass sie leicht zu installieren sind, nur minimale betriebliche Änderungen erfordern und eine hohe Strombelastbarkeit aufweisen, sind aber tendenziell teurer.

Weiche Stromschienen werden im Freien verwendet, wo große Abstände sicherstellen, dass das Schwingen der Drähte nicht zu unzureichenden Abständen zwischen den Leitungen führt. Weiche Stromschienen sind einfach zu installieren und relativ preiswert.

In den letzten Jahren werden für Sammelschienen über 35 kV im Umspannwerkbau Rohrsammelschienen aus Aluminiumlegierungen verwendet.

Diese Art der Sammelschienenstruktur kann den Abstand zwischen den Sammelschienen verringern, eine übersichtliche Verdrahtung ermöglichen und den Wartungsaufwand verringern, aber die Befestigungsmittel für die Sammelschienen sind etwas komplex.

2. Warum ist es notwendig, eine Dehnungsausgleichsvorrichtung für harte Stromschienen zu installieren?

Wenn Strom durch die Sammelschiene fließt, erzeugt er Wärme. Die Wärmemenge ist direkt proportional zum Quadrat des durch die Sammelschiene fließenden Stroms. Die thermische Ausdehnung und Kontraktion der harten Sammelschiene kann eine gefährliche Belastung für die Isolierung der Sammelschiene darstellen. Durch den Einbau eines Sammelschienenkompensators kann diese Belastung wirksam gemindert werden.

Der Kompensator kann aus 0,2 bis 0,5 mm dicken Kupfer- oder Aluminiumblechen hergestellt werden (für Aluminium-Sammelschienen), und ihr Gesamtquerschnitt sollte nicht kleiner als das 1,2-fache der ursprünglichen Stromschiene sein.

Der Kompensator sollte keine Risse, Falten oder Splitter aufweisen, und die Oxidschicht sollte zwischen den einzelnen Teilen entfernt werden. Aluminiumbleche sollten mit neutraler Vaseline oder Verbundfett beschichtet und Kupferbleche verzinnt werden.

3. Welche Maßnahmen sind zu ergreifen, um die Bildung von Wirbelströmen an der Klemme des Porzellanisolators des Sammelschienenträgers zu verhindern?

Wenn die Schelle der Sammelschiene aus Eisenmaterial besteht, bildet sie einen geschlossenen magnetischen Kreis. Unter der Einwirkung von Wechselstrom wird in dem geschlossenen Kreis ein induzierter Strom oder Wirbelstrom erzeugt, der eine örtliche Erwärmung der Stromschiene verursacht und den Energieverlust erhöht.

Je größer der Sammelschienenstrom ist, desto gravierender ist der Effekt. Daher sollte die Schelle der Sammelschiene keinen geschlossenen magnetischen Kreis bilden.

4. Um die Entstehung von Wirbelströmen zu verhindern, Welche Maßnahmen sollten ergriffen werden?

An den Sammelschienenbefestigungsklemmen sollten folgende Maßnahmen getroffen werden:

1) Eine der beiden Klammern kann aus Eisen, die andere aus Aluminium oder Kupfer gefertigt sein.

2) Wenn beide Klammern aus Eisen sind, muss eine der beiden Befestigungsbolzen sollte aus Eisen und der andere aus Kupfer sein.

3) Eisenmaterialien können zur Herstellung von offenen Klemmen zur Befestigung der Stromschiene verwendet werden.

5. Welche Überspannungsschutzmaßnahmen werden im Allgemeinen für Hochspannungsfreileitungen getroffen?

Angesichts der Länge der Freileitungen und ihrer Verteilung über verschiedene Regionen sind Blitzunfälle relativ häufig (über 90% der Blitzunfälle im Stromnetz).

Daher sollten für Hochspannungsfreileitungen strenge und umfassende Überspannungsschutzmaßnahmen ergriffen werden, die vor allem Folgendes umfassen:

1) Direkte Maßnahmen zur Verhinderung von Blitzeinschlägen, wie z. B. das Aufstellen von Blitzableitern, die Verwendung von Blitzableitern in bestimmten Gebieten und die Verwendung von Schutzabständen.

2) Schutz gegen Rückblitze: Wenn eine Mastspitze oder ein Blitzableiter vom Blitz getroffen wird, kann der Blitzstrom aufgrund der Induktivität des Mastes und des Erdungswiderstandes dazu führen, dass das Potenzial des Mastes einen Wert erreicht, der einen Rückschlag (Überschlag) auf der Leitung verursacht.

Im Allgemeinen können Maßnahmen wie die Verringerung des Erdungswiderstands, die Verstärkung der Isolierung und die Erhöhung des Kopplungskoeffizienten zum Schutz ergriffen werden.

3) Schutz gegen das Auftreten von stationären Netzfrequenzlichtbögen: Nach einem Impulsüberschlag in der Leitungsisolierung wird die Leitung nicht ausgelöst, solange kein stabiler Netzfrequenz-Kurzschlussbogen auftritt.

Daher sollten Maßnahmen wie die Verringerung des Potentialgefälles an der Isolierung, ein ungeerdeter Nullleiter oder die Erdung durch eine Lichtbogenunterdrückungsspule eingesetzt werden, damit die meisten Impulsüberschlaglichtbögen von selbst verschwinden, ohne einen Netzfrequenzkurzschluss zu verursachen.

4) Schutz gegen Unterbrechung der Stromversorgung, z. B. durch automatische Wiedereinschaltung als Schutzmaßnahme.

6. Welche Anforderungen gelten für den Blitzschutz an den 10-kV-Leitungsmastschaltern?

Die Blitzschutzanforderungen für die 10-kV-Leitungsmastschalter sind wie folgt:

(1) Zum Schutz sollten Metalloxid-Überspannungsableiter, Ventilableiter, Röhrenableiter oder Schutzspalte eingebaut werden.

(2) Bei mastmontierten Leistungsschaltern, die häufig ausgeschaltet werden, aber unter Spannung bleiben, sollten Überspannungsableiter auf der stromführenden Seite installiert werden. Der Erdungsdraht sollte mit dem Metallgehäuse des mastmontierten Schutzschalters verbunden werden, und der Erdungswiderstand darf 10Ω nicht überschreiten.

(3) Bei Leistungsschaltern, die häufig geschlossen werden, sollten Überspannungsableiter nur auf der Stromversorgungsseite installiert werden; bei Leistungsschaltern von Verbindungsleitungen, die häufig ausgeschaltet werden, sollten Überspannungsableiter auf beiden Seiten des Schalters installiert werden.

(4) Überspannungsableiter sollten so nahe wie möglich am geschützten Leistungsschalter installiert werden.

7. Warum werden bei Verteilungsleitungen unter 10 kV in der Regel keine Erdungsfreileitungen installiert?

Die Isolationsfestigkeit von Verteilungsleitungen unter 10 kV ist im Allgemeinen nicht hoch.

Sind an solchen Leitungen Erdungsfreileitungen angebracht und schlägt ein Blitz in diese Leitungen ein, kann er leicht einen "Gegenangriff" auf die Verteilungsleitung von deren Erdungsleitung aus starten, wodurch nicht nur der Blitzschutz versagt, sondern auch Blitzschäden verursacht werden.

Außerdem sind die Kosten für die Installation von Freileitungen beträchtlich, weshalb sie im Allgemeinen nicht auf Verteilungsleitungen installiert werden.