رده بندی مقاومت در برابر اتصال کوتاه باسبار توضیح داده شده: استانداردهای Icw، Ipk و IEC

هنگامی که یک باسبار به سایت می رسد، پلاک نام دارای گروهی از مقادیر است که ساده به نظر می رسند، اما به راحتی خوانده نمی شوند: Icw = 50 kA / 1 s، Ipk = 105 kA. اگر شما مهندس مسئول پست یا ادغام کننده سیستم هستید که اتوبوس راه را خریداری می کند، این رتبه بندی مقاومت در برابر اتصال کوتاه به شما می گوید که آیا هادی در نیمه اول چرخه از خطا جان سالم به در می برد یا از کار می افتد. به طور خلاصه، رتبه بندی حداکثر تنش اتصال کوتاه را که شین می تواند بدون تغییر شکل دائمی، خرابی عایق یا آسیب به اتصالات تحمل کند، تعیین می کند. هنگامی که دو مقدار Icw و Ipk را درک کردید، کل رتبه بندی به جای یک شماره صفحه داده، به یک ابزار مهندسی تبدیل می شود.

آنچه که در واقع رتبه بندی مقاومت در برابر مدار کوتاه اندازه گیری می کند

یک اتصال کوتاه جریانی را از طریق شین ارسال می کند که می تواند ده ها برابر بیشتر از جریان نامی باشد. شینه باید همزمان از دو اثر متفاوت دوام بیاورد: گرمایش ناشی از جریان و نیروی مکانیکی بین هادی ها. بنابراین هر رتبه بندی کامل شامل دو مقدار است.

جریان مقاومت کوتاه مدت (Icw)

Icw مقدار RMS جریانی است که باسبار می تواند برای مدت زمان مشخصی، معمولاً 1 ثانیه، 3 ثانیه یا 4 ثانیه، بدون تجاوز از حداکثر دمای مجاز، حمل کند. اثر حرارتی از I²t پیروی می کند، به این معنی که افزایش دما یکسان می تواند از یک جریان کوچک در مدت زمان طولانی یا یک جریان بزرگ در مدت زمان کوتاه ناشی شود. برای تدارکات، مدت زمان به اندازه خود فعلی مهم است.

جریان مقاومت در اوج (Ipk)

Ipk بالاترین مقدار لحظه ای جریان در نیم سیکل اول خطا است. این پیک نیروی الکترودینامیکی بین فازهای شینه را تولید می کند و نیرو متناسب با مجذور جریان است. یک خطای RMS 50 کیلو آمپری در اولین قله مانند یک ضربه چکش رفتار می کند، نه مانند یک بار ثابت. استانداردها رابطه بین Ipk و Icw را با ضریب n تعریف می کنند.

فاکتور n از IEC 61439-1 Ipk را به Icw در فرکانس 50 هرتز متصل می کند.
Icw فعلی دارای مقاومت کوتاه مدت	ضریب اوج n (Ipk / Icw)
10 kA < Icw ≤ 20 kA	2.0
20 kA < Icw ≤ 50 kA	2.1
50 kA < Icw ≤ 100 kA	2.2

بنابراین برای یک شینه 50 کیلو آمپر / 1 ثانیه، حداکثر جریان مقاومت معمولاً 105 کیلو آمپر است. اگر نصب دارای ضریب عدم تقارن بالایی باشد، اولین پیک واقعی می‌تواند بالاتر باشد، به همین دلیل است که مقدار پیک باید با محاسبه شبکه بررسی شود نه اینکه فرض شود.

چرا رتبه بندی تفاوت بین یک خطا و یک فاجعه را تعیین می کند؟

انتخاب شینه ای با درجه مقاومت اتصال کوتاه خیلی کم یکی از خطرناک ترین خطاها در طراحی الکتریکی است، زیرا خرابی تنها در شرایط خطا ظاهر می شود، زمانی که برای اصلاح خیلی دیر شده است.

اثر حرارتی آنی است. در طول یک اتصال کوتاه، گرما سریع‌تر از آن‌چه قابل دفع باشد تولید می‌شود، بنابراین هادی تقریباً به صورت آدیاباتیک گرم می‌شود. در یک ثانیه، رسانایی که از 65 درجه سانتیگراد شروع می شود، بسته به چگالی جریان، می تواند به 200 درجه سانتیگراد یا بیشتر برسد. اتصالات پیچ و مهره ای ضعیف ترین پیوند هستند: در دمای بالا، فشار پیچ شل می شود، مقاومت تماس افزایش می یابد و اتصال ممکن است حتی زمانی که هادی قابل مشاهده دست نخورده به نظر می رسد از کار بیفتد.

اثر مکانیکی حتی چشمگیرتر است. دو هادی شینه موازی به فاصله 100 میلی‌متر از هم که جریان اوج 100 کیلو آمپری را حمل می‌کنند، نیرویی معادل 20000 نیوتن در هر متر را تجربه می‌کنند که معادل وزنی دو تنی در هر متر شینه است. خمش، ترک خوردگی مقره، و قوس فاز به فاز نتایج معمولی هستند که از امتیاز فراتر رود. نتیجه یک تعمیر جزئی نیست. این یک قطعه کامل جایگزین و یک قطع طولانی است.

الزامات پروژه معمولی برای جریان تحمل کوتاه مدت بر اساس کلاس ولتاژ. مدت زمان از 1 تا 4 ثانیه متغیر است.

چگونه رتبه بندی تأیید می شود: استانداردها، آزمایش های نوع و داده های صادقانه

رتبه اتصال کوتاه تنها زمانی ارزش دارد که توسط شواهدی تأیید شود. مرجع بین المللی برای مجموعه های ولتاژ پایین IEC 61439-1 است که نحوه تأیید Icw و Ipk را مشخص می کند. برای سیستم های شینه فشار متوسط و بالا، آزمایش ها بر اساس استانداردهای تابلو و شین مربوطه انجام می شود.

استانداردهای رایج مورد استفاده برای تأیید اتصال کوتاه سیستم های شینه.
استاندارد	دامنه	ارتباط با باسبار
IEC 61439-1	مجموعه های تابلو و کنترل ولتاژ پایین	Icw، Ipk و فرآیند تایید طراحی را تعریف می کند
IEC/TR 61641	مجموعه های ولتاژ پایین محصور	تست گسل قوس داخلی برای اتوبوس محصور
GB/T 7251.1	مجموعه های ولتاژ پایین در چین	اجرای ملی مطابق با IEC 61439
IEEE C37.23	اتوبوس فلزی	الزامات اتصال کوتاه و افزایش دما برای اتوبوس ایستگاه

IEC 61439 سه مسیر تأیید را مجاز می‌سازد: آزمایش نوع در آزمایشگاه با قدرت بالا، تأیید طراحی با محاسبه یا مقایسه با یک طرح مرجع. در یک آزمایش نوع، شین بار جریان کوتاه مدت نامی کامل را برای مدت زمان مشخص شده حمل می کند و افزایش دما پس از آزمایش دوباره اندازه گیری می شود. آرایش آزمایش شده، از جمله فاصله هادی، فاصله پشتیبانی، و محفظه، باید مطابق با محصول تحویل داده شود.

وقتی پیشنهادات رقابتی را مقایسه می‌کنید، گزارش تست نوع را بخواهید و سه چیز را بررسی کنید: مقدار فعلی، مدت زمان و تنظیم تست. گزارشی برای فاصله هادی متفاوت یا فاصله پشتیبانی متفاوت چیزی در مورد پیکربندی شما ثابت نمی کند.

چه چیزی تعیین می کند که یک شین چقدر جریان اتصال کوتاه می تواند زنده بماند

رتبه بندی چاپ شده روی برچسب نتیجه انتخاب های طراحی خاص است. چهار عامل بیشترین اهمیت را دارند.

مواد هادی و مقطع. مس مقاومت کمتر و ظرفیت حرارتی بالاتری دارد، بنابراین برای افزایش دما، گرمای بیشتری جذب می کند. آلیاژ آلومینیوم برای همان Icw به سطح مقطع بزرگتری نیاز دارد، به همین دلیل است که شین های لوله ای ولتاژ بالا از لوله های با قطر زیاد استفاده می کنند.
شکل هادی و فاصله پشتیبانی. استحکام الکترودینامیکی به مدول مقطع هادی و فاصله بین تکیه گاه ها بستگی دارد. یک هادی لوله‌ای دارای گشتاور اینرسی بالایی است و بهتر از یک میله صاف همان ناحیه در مقابل خمش مقاومت می‌کند.
کیفیت مشترک. اتصالات پیچ و مهره ای معمولاً نقطه محدود هستند. ناحیه تماس، آبکاری و گشتاور پیچ تعیین می کند که آیا مقاومت اتصال پس از یک خطای جریان بالا پایین می ماند یا خیر.
سیستم عایق. برای شینه های کاملا عایق شده و رزین ریخته گری، مواد عایق حداکثر دمای مجاز را در هنگام خطا تنظیم می کند. ریخته گری اپوکسی محدودیت حرارتی مشخصی را ارائه می دهد، در حالی که عایق های مبتنی بر لاستیک در یک دما متفاوت رفتار می کنند.

افزایش دمای رسانا در چگالی جریان ثابت. منحنی آلومینیومی تندتر توضیح می دهد که چرا برای نیازهای بالای Icw به سطح مقطع بزرگتری نیاز دارد.

این مهندسی عملی پشت رتبه بندی است: یک تولید کننده نمی تواند به سادگی با تغییر برچسب امتیاز اتصال کوتاه را افزایش دهد. به مواد رسانای بیشتر، سیستم پشتیبانی قوی تر، طراحی مفصل بهتر یا ترکیبی از هر سه نیاز دارد.

نحوه تعیین رتبه مناسب مقاومت در برابر اتصال کوتاه

رتبه بندی صحیح بالاترین عدد موجود در بازار نیست. این مقدار مطابق با جریان اتصال کوتاه احتمالی در محل نصب، تنظیمات حفاظتی و ولتاژ سیستم است. فرآیند زیر در اکثر پروژه ها کار می کند:

سطح خطای احتمالی را از شرکت برق یا مهندس طراحی شبکه در نقطه اتصال دریافت کنید.
Icw را انتخاب کنید تا از جریان خطای محاسبه شده کمتر نباشد، با یک حاشیه اضافی برای گسترش آینده.
مدت زمان را تأیید کنید: گذرگاه ولتاژ پایین معمولاً 1 ثانیه رتبه بندی می شود زیرا قطع کننده ها به سرعت پاک می شوند، در حالی که سیستم های ولتاژ متوسط اغلب از 31.5 کیلو آمپر در 4 ثانیه برای مطابقت با هماهنگی حفاظتی استفاده می کنند.
بررسی Ipk در برابر فاصله پشتیبانی: استحکام مکانیکی به فاصله بین تکیه گاه ها بستگی دارد، نه تنها به خود هادی.
گزارش های آزمایش نوع را به جای اعداد صفحه داده مقایسه کنید و تأیید کنید که پیکربندی آزمایش شده با نصب شما مطابقت دارد.

برای توزیع ولتاژ پایین، طرح‌های گذرگاه فشرده با چگالی بالا، Icw بالا را در یک مقطع کوچک نگه می‌دارند، که در مراکز داده و ساختمان‌های صنعتی که فضا کم است، اهمیت دارد. نمودار زیر ترکیبی از کلاس‌های Icw را نشان می‌دهد که در پروژه‌های اتوبوسرانی ولتاژ پایین مشاهده می‌شود.

50 کیلو آمپر / 1 ثانیه - 45٪
100 کیلو آمپر / 1 ثانیه - 20٪
30 کیلو آمپر / 1 ثانیه - 15٪
65 کیلو آمپر / 1 ثانیه - 12٪
80 کیلو آمپر / 1 ثانیه - 8٪

سهم مصور از مشخصات پروژه گذرگاه ولتاژ پایین توسط کلاس Icw، بر اساس پرسش‌های رایج صنعتی و مراکز داده.

هنگامی که پروژه به یک راهرو فشرده آزمایش شده با درجه خطای بالا نیاز دارد، یک سیستم راهرو فشرده با اتصالات تایید شده ارزش مقایسه با طرح های معمولی را دارد.

Compact Cast-Resin Busway for Low-Voltage Distribution

گذرگاه فشرده با رزین ریخته گری برای توزیع ولتاژ پایین این گذرگاه رزین ریخته‌گری ولتاژ پایین از آرایش متراکم و عایق اپوکسی برای صرفه‌جویی در فضا در حین مدیریت جریان‌های 400 A تا 5000 A استفاده می‌کند. اتصالات تأیید شده آن، آن را به گزینه‌ای کاربردی در هنگام مقایسه طرح‌های راهرو با درجه خطا تبدیل می‌کند. مشاهده محصول →

در ولتاژ متوسط، یک شینه لوله‌ای کاملاً عایق‌شده با ریخته‌گری رزین اپوکسی، فاصله فاز به فاز را کاهش می‌دهد و حد عایق مشخصی را در طول اتصال کوتاه ایجاد می‌کند که باعث می‌شود محاسبه مقاومت قابل پیش‌بینی‌تر باشد.

Epoxy-Cast Tubular Busbar with Integrated Insulation

شینه لوله ای ریخته گری اپوکسی با عایق یکپارچه این شینه لوله‌ای کاملاً عایق‌شده با ریخته‌گری خلاء خودکار تشکیل می‌شود و یک هادی بدون درز و ساختار سپر می‌دهد. رفتار عایق تعریف شده آن به مهندسان کمک می کند تا مقاومت در برابر اتصال کوتاه در ولتاژ متوسط را پیش بینی کنند. مشاهده محصول →

در پست‌های با ولتاژ فوق‌العاده، قطر هادی، ضخامت دیواره و دهانه تکیه‌گاه شین‌های لوله‌ای آلیاژی آلومینیومی با استحکام بالا بر اساس جریان نامی و نیروی اتصال کوتاه انتخاب می‌شوند. اگر در مرحله انتخاب هستید، نحوه انتخاب باس بار مناسب برای سیستم های ولتاژ متوسط و پایین، مبادلات عملی را پوشش می دهد.

High-Strength Aluminum-Alloy Tubular Busbar for EHV

شینه لوله ای آلیاژ آلومینیوم با مقاومت بالا برای EHV این شینه آلیاژ منیزیم-آلومینیوم که برای سیستم های 220 کیلوولت تا 1000 کیلوولت ساخته شده است، استحکام مکانیکی بالا را با رسانایی قابل اعتماد ترکیب می کند. بررسی رتبه‌بندی‌های سطح خطا و گزارش‌های آزمایش نوع، از انتخاب مطمئن برای پست‌های ولتاژ فوق‌العاده پشتیبانی می‌کند. مشاهده محصول →

مطالعه سطح خطا را با تیم مهندسی به اشتراک بگذارید و قبل از شروع تولید، گزارش آزمایش نوع مربوطه را بخواهید.

سوالات متداول در مورد رتبه بندی مقاومت در برابر اتصال کوتاه

تفاوت بین Icw و Ipk چیست؟

Icw جریان RMS است که باسبار می تواند برای مدت مشخصی بدون گرم شدن بیش از حد حمل کند. Ipk مقدار پیک چرخه اول خطا است که نیروی مکانیکی را ایجاد می کند. یک شینه 50 کیلو آمپر / 1 ثانیه معمولاً دارای Ipk 105 کیلو آمپر در 50 هرتز است.

چرا برخی از رتبه بندی ها 50 کیلو آمپر / 1 ثانیه و برخی دیگر 31.5 کیلو آمپر / 4 ثانیه می گویند؟

تفاوت در مدت زمان است. یک ثانیه مناسب سیستم های ولتاژ پایین با قطع کننده های سریع است. چهار ثانیه در سیستم‌های ولتاژ متوسط که هماهنگی حفاظتی می‌تواند خاموشی را به تاخیر بیندازد، رایج است. دوبرابر کردن مدت زمان گرمایش I²t را دو برابر می کند، بنابراین سطح مقطع هادی باید بزرگتر باشد.

آیا می توان پس از یک اتصال کوتاه واقعی از یک شینه استفاده مجدد کرد؟

باسباری که دچار ایراد شده است باید بازرسی شود حتی اگر سالم به نظر برسد. ابتدا اتصالات پیچ شده، سطوح عایق و تکیه گاه ها را بررسی کنید. در صورت بروز قوس، بخش های عایق آسیب دیده را تعویض کنید، زیرا ممکن است خواص مواد به طور دائم تغییر کرده باشد.

آیا رتبه اتصال کوتاه بالاتر همیشه هزینه بیشتری دارد؟

نه متناسب. افزایش سطح مقطع هادی امتیاز را افزایش می دهد، اما طراحی مفصل بهتر یا آرایش نگهدارنده متراکم تر می تواند ظرفیت مقاومت را با مواد کمتر افزایش دهد. پیکربندی آزمایش شده را مقایسه کنید، نه فقط برچسب.

رتبه مقاومت در برابر اتصال کوتاه عددی است که باسباری را که پس از یک خطا در خدمت می ماند از شینی که در یک چرخه از پروژه ناپدید می شود جدا می کند. مقدار کامل، از جمله مدت زمان و جریان اوج را بخوانید و گزارش آزمایش نوع پشت آن را بخواهید. وقتی سطح خطا در سایت بالاتر از رتبه باشد، عواقب آن تئوری نیست، بنابراین قبل از شروع تولید، مشخصات را با سازنده تایید کنید.