Funktionen und Arten von Sammelschienen

 

Eine Sammelschiene ist ein stromführender Leiter, der in Kraftwerken, Umspannwerken und verschiedenen Stromverteilungssystemen zum Anschluss von Generatoren, Transformatoren und verschiedenen elektrischen Geräten verwendet wird. Es handelt sich um eine entscheidende grundlegende leitende Einheit in einem Energiesystem, typischerweise in Form einer elektrischen Sammelschiene oder einer Stromsammelschiene.

 

Die Kernfunktion einer Stromschiene besteht darin, elektrische Energie zu sammeln, zu verteilen und zu übertragen. Durch das Sammelschienensystem können zentraler Zugang, flexible Verteilung und stabile Leistung mehrerer Stromquellen erreicht werden, was es zu einer wichtigen Komponente für die Gewährleistung des sicheren Betriebs und der effizienten Verteilung des Stromsystems macht.

 

Aus funktionaler struktureller Sicht umfasst ein Sammelschienensystem typischerweise Hauptsammelschienen für Primärgeräte, Sammelschienen für Geräteanschlüsse, AC-Sammelschienen für den Stationsbetrieb, Gleichstromsystem-Sammelschienen und kleine Sammelschienen in Sekundärsystemen. In Hochstromanwendungen dienen Stromschienen auch als wichtige Träger von Hochstromsteckverbindern und Hochstromkontakten.

 

 

Aus struktureller Sicht lassen sich Sammelschienen in drei Hauptkategorien einteilen: freiliegende Sammelschienen, geschlossene Sammelschienen und isolierte Sammelschienen. Unterschiedliche Bauformen weisen erhebliche Unterschiede in der Sicherheit, der Strombelastbarkeit, der Raumnutzung und den Wartungsmethoden auf.

 

 

Unter freiliegenden Sammelschienen versteht man Sammelschienen, die direkt der Luft ausgesetzt sind und durch Luftisolierung und Stützisolatoren gesichert sind. Sie werden häufig in herkömmlichen Stromverteilungssystemen eingesetzt.

 

1. Klassifizierung nach Material

Kupferschienen verfügen über eine hervorragende Leitfähigkeit, hohe mechanische Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Typische Formen sind Kupfer-Sammelschienen und massive Kupfer-Sammelschienen. Aufgrund der hohen Kosten für Kupferressourcen werden Kupfersammelschienen typischerweise in korrosiven Umgebungen oder an Standorten verwendet, die eine hohe Strombelastbarkeit erfordern, wie z. B. Küstengebiete oder Chemieindustriegebiete.

 

Aluminium-Sammelschienen sind leicht, -kostengünstig und ressourcenreich. Ihre Leitfähigkeit übertrifft die von Kupfer und wird daher häufig in Stromverteilungssystemen im Innen- und Außenbereich eingesetzt. Sie gehören zu den am häufigsten verwendeten Sammelschienen-Kupfertypen.

 

Zu den Sammelschienen aus Aluminiumlegierungen gehören hauptsächlich zwei Arten: Aluminium-Manganlegierungen und Aluminium-Magnesiumlegierungen. Ersteres hat eine hohe Strombelastbarkeit, aber eine relativ geringe mechanische Festigkeit, während letzteres eine hohe mechanische Festigkeit, aber eine schlechte Schweißbarkeit aufweist, was seinen Anwendungsbereich einschränkt. Stahlsammelschienen haben eine hohe mechanische Festigkeit, aber eine schlechte Leitfähigkeit und werden typischerweise nur in Nieder-Strom-, Hoch-Spannungs- oder Erdungsstromkreisen, wie etwa Erdungssammelschienen, verwendet.

 

2. Klassifizierung nach Querschnittsform

Sammelschienen mit rechteckigem Querschnitt-werden hauptsächlich in Stromverteilungssystemen mit 35 kV und darunter verwendet. Sie bieten eine gute Wärmeableitung, einen geringen Skin-Effekt sowie eine einfache Installation und Verbindung, was sie zu einer gängigen Sammelschienenstruktur in Nieder--- und Mittel--Spannungssystemen macht.

 

Sammelschienen mit kreisförmigem Querschnitt-werden hauptsächlich in Hochspannungs--Außensystemen mit 110 kV und mehr verwendet. Ihr Hauptzweck besteht darin, die Koronaentladung zu unterdrücken und die Systemstabilität zu verbessern. Sie sind eine typische Hochspannungs-Sammelschienenstruktur.

 

Sammelschienen mit Schlitz-förmigem Querschnitt-sind für Hochstromanwendungen geeignet, da sie eine gleichmäßige Stromverteilung und eine hohe Metallausnutzung bieten und sich daher für Systeme mit hohem Dauerbetriebsstrom eignen.

 

Sammelschienen mit röhrenförmigem Querschnitt-werden hauptsächlich in Ultra-Hochstrom--Systemen verwendet. Sie verfügen über gute Wärmeableitungsfähigkeiten und eine hohe mechanische Festigkeit, was sie zu einer wichtigen Form in Hochstrom--Spannungssystemen für Sammelschienen macht.

 

Flexible Sammelschienen bestehen in der Regel aus mehradrigem Aluminiumdraht oder mehradrigem Aluminiumdraht mit Stahlkern. Sie eignen sich für Hochspannungsanwendungen im Freien, können mechanische Belastungen absorbieren, die durch thermische Ausdehnung und Kontraktion verursacht werden, und werden häufig für Verbindungen zwischen Generatoren und Umspannwerksgeräten verwendet.
 

 

Geschlossene Sammelschienen sind Sammelschienensysteme, die Leiter vollständig in einem Gehäuse umschließen. Sie werden häufig in Generatorsätzen mit großer-Kapazität und wichtigen Stromübertragungs- und -verteilungsknoten eingesetzt und stellen eine wichtige Entwicklungsrichtung für moderne elektrische Sammelschienensysteme dar.

 

1. Klassifizierung geschlossener Sammelschienen

Basierend auf dem Gehäusematerial können sie in Stromschienen mit Kunststoffgehäuse und Stromschienen mit Metallgehäuse unterteilt werden.

 

Basierend auf der Phase-zu-Phasenstruktur können sie in nicht-Phase-getrennte, phasen-getrennte und phasen-getrennte geschlossene Sammelschienen unterteilt werden. Unter diesen verfügen die phasengetrennten geschlossenen Sammelschienen über ein unabhängiges Metallgehäuse für jeden Phasenleiter und bieten höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit.

 

2. Struktureller Aufbau von phasengetrennten, geschlossenen Sammelschienen

Phasengetrennte geschlossene Sammelschienen bestehen typischerweise aus stromführenden Leitern, Stützisolatoren, einem Schutzgehäuse, abdichtenden Isoliervorrichtungen, Dehnungsfugen und Verbindungsteilen. Für stromführende Leiter werden üblicherweise hohle Aluminiumstrukturen verwendet, um den Skin-Effekt zu reduzieren. Wasserkühlung kann verwendet werden, um die Strombelastbarkeit unter extrem hohen Strombedingungen zu erhöhen.

 

3. Technische Eigenschaften von phasengetrennten geschlossenen Sammelschienen

Phasengetrennte geschlossene Strukturen reduzieren das Risiko von Phase-{1}-Phase-Kurzschlüssen erheblich und verbessern die Betriebssicherheit. Gleichzeitig reduziert die Abschirmwirkung des Metallgehäuses äußere Magnetfelder und die Wärmeentwicklung von Stahlbauteilen erheblich, wodurch Systemverluste gesenkt werden. Diese Struktur eignet sich ideal für Power Bar BusBar-Anwendungen mit hoher-Leistung und hoher-Zuverlässigkeit.

 

Zu den Nachteilen gehören ein höherer Materialverbrauch und höhere Herstellungskosten sowie die potenzielle Einschränkung der Strombelastbarkeit, wenn das Wärmeableitungsdesign unzureichend ist.

 

 

Isolierte Sammelschienen bestehen aus Leitern, einer integrierten Isolationsschicht und einer Abschirmstruktur. Die Leiter sind vollständig mit Isoliermaterial ummantelt und stellen ein hochintegriertes Stromschienensystem dar.

 

Isolierte Sammelschienen verfügen über vollständige Isolationseigenschaften, und der Abstand zwischen den Phasen -zu - ist nicht mehr durch Spannungsebenen begrenzt, was den Installationsraum erheblich reduziert. Dadurch sind sie ideal für kompakte Umspannwerke, unterirdische Umspannwerke und Schienenverkehrssysteme.

 

Die modulare Verbindungsmethode macht die Installation flexibler, ermöglicht Anpassungen je nach Standortbedingungen und vermeidet Stromungleichmäßigkeiten, die durch mehrere parallele Kabel verursacht werden. Dies stellt eine wesentliche Entwicklungsrichtung moderner 3-Phasen-Sammelschienensysteme dar.
 

 

Mit der Entwicklung neuer Energiequellen, Elektrofahrzeugen, Energiespeichern und großen Rechenzentren werden höhere Anforderungen an die aktuelle -Belastbarkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Sammelschienensystemen gestellt. Ob traditionellElektrische Kupfersammelschienenoder hochintegrierte geschlossene und isolierte Stromschienen sind zu unverzichtbaren Schlüsselkomponenten in Hochstromsystemen geworden.

 

Aus Sicht der Systemintegration sind Sammelschienen nicht nur leitfähige Einheiten, sondern auch wichtige strukturelle Träger für den Anschluss von Geräten, die Optimierung des Layouts und die Verbesserung der Systemeffizienz. Sie besitzen einen unersetzlichen technischen Wert in den Bereichen Hochstromverbindungen und Energieverteilung.