نمودار ظرفیت مس: نحوه خواندن و اندازه گذرگاه ها

انتخاب اندازه صحیح هادی مسی برای یک پروژه توزیع برق صنعتی اغلب با یک سوال شروع می شود: این میله یا کابل چقدر جریان را می تواند به طور ایمن حمل کند؟ نمودار ظرفیت مس پاسخ را ارائه می دهد، اما تنها در صورتی که آن را با فرضیات درست بخوانید. نمودارهای رایجی که به صورت آنلاین پیدا خواهید کرد، برای سیم های عایق داخل مجرا، مطابق با کد ملی برق (NEC) ساخته شده اند. این اعداد مستقیماً برای شین های مسی لخت نصب شده در هوای آزاد اعمال نمی شود. این مقاله نحوه تفسیر هر دو نوع نمودار را توضیح می‌دهد، جدول مرجع شینه مسی متریک را ارائه می‌کند، و عواملی را که تعیین می‌کنند اندازه انتخاب شده در نصب خاص شما پایدار است یا خیر، بررسی می‌کند.

Ampacity چیست و چرا برای هادی های مسی اهمیت دارد

آمپاسیته حداکثر مقدار جریانی است که یک هادی می تواند به طور مداوم بدون تجاوز از درجه حرارت خود حمل کند. منطق فیزیکی ساده است: جریانی که از یک هادی عبور می کند به دلیل مقاومت الکتریکی گرما تولید می کند. هادی زمانی به دمای پایداری می رسد که گرمای تولید شده برابر با گرمای پراکنده شده به محیط اطراف باشد. از این تعادل فراتر رفته و دما از حد عایق یا خواص مکانیکی فلز فراتر می رود.

اندازه هادی عامل اصلی موثر بر ampacity است، اما این تنها عامل نیست. دمای محیط، درجه بندی عایق، تعداد هادی ها و روش نصب، همگی عدد نهایی را تغییر می دهند. نمودار ampacity مسی این متغیرها را به صورت جدولی نشان می دهد و به شما امکان می دهد اندازه ای را بر اساس شرایط خاص خود انتخاب کنید. تمایز ampacity از جریان نامی یا ظرفیت اتصال کوتاه مهم است. ظرفیت یک محدودیت مداوم در حالت ثابت است. قابلیت مقاومت در برابر اتصال کوتاه یک محاسبه جداگانه بر اساس انرژی حرارتی (I²t) است و باید به طور مستقل بررسی شود.

نحوه خواندن نمودار ظرفیت مس

پرمصرف‌ترین جدول‌های قدرت سیم مسی در ایالات متحده بر اساس جدول NEC 310.15 (B) (16) و (B) (17) است. این جداول بیش از سه هادی حامل جریان، دمای محیط 30 درجه سانتی گراد و ولتاژ تا 2000 ولت را در نظر نمی گیرند. هنگامی که نصب شما از این فرضیات منحرف می شود، باید فاکتورهای اصلاح را اعمال کنید. قبل از آن، باید مشخص کنید که کدام ستون از جدول برای هادی شما اعمال می شود.

درجه بندی دما و معنای آنها

ستون‌های 60 درجه سانتی‌گراد، 75 درجه سانتی‌گراد و 90 درجه سانتی‌گراد در جدول ampacity به حداکثر دمای مجاز عملکرد عایق هادی اشاره دارند، نه دمای هوای محیط. ستون صحیح به نوع عایق و درجه حرارت نقاط انتهایی بستگی دارد. به عنوان مثال، یک سیم THHN با درجه حرارت 90 درجه سانتیگراد را می توان با استفاده از ستون 90 درجه سانتیگراد انتخاب کرد، اما اگر در تجهیزات دارای درجه 75 درجه سانتیگراد خاتمه یابد، ستون 75 درجه سانتیگراد بر قدرت نهایی حاکم است. این یک منبع متداول خطاهای بزرگی در طراحی پانل است.

شرایط نصب در مفروضات نمودار

مقادیر ampacity NEC فقط در شرایط نصب اعلام شده معتبر است: حداکثر سه هادی در یک کانال یا کابل، دمای محیط 30 درجه سانتیگراد، و نصب هوای آزاد یا مجرا همانطور که در جدول مشخص شده است. اگر تعداد هادی های بیشتری با هم داشته باشید، اتلاف گرما کاهش می یابد و باید یک عامل کاهش دهنده اعمال کنید. اگر دمای محیط بیش از 30 درجه سانتیگراد باشد، ضریب تصحیح دما لازم است. این فاکتورهای تنظیم در جداول NEC 310.15(B)(1) و 310.15(B)(2) یافت می شوند، و برای طراحی مطابق با کد الزامی هستند.

جدول زیر نشان دهنده ظرفیت سیم مسی بر اساس جدول NEC 310.15 (B) (16) است. این مقادیر سه یا کمتر هادی حامل جریان را در مجرا، دمای محیط 30 درجه سانتیگراد و درجه بندی عایق 60 درجه سانتیگراد، 75 درجه سانتیگراد و 90 درجه سانتیگراد فرض می کنند.

ampacities سیم مسی نماینده (A) در جدول NEC 310.15(B)(16)، بر اساس 30 درجه سانتی گراد محیط و ≤3 هادی در مجرا.
اندازه هادی (AWG/kcmil)	60 درجه سانتی گراد (A)	75 درجه سانتی گراد (A)	90 درجه سانتی گراد (A)
8 AWG	40	50	55
6 AWG	55	65	75
4 AWG	70	85	95
2 AWG	95	115	130
1/0 AWG	125	150	170
3/0 AWG	165	200	225
250 کیلو سانتی متر	205	255	290
350 کیلو سانتی متر	250	310	350
500 کیلو سانتی متر	320	380	430

این مقادیر در خدمت سیم کشی ساختمان و تاسیسات برق عمومی است. آنها ظرفیت حمل جریان یک شینه مسی خالی را نشان نمی دهند.

سیم مسی در مقابل شینه مسی: نمودارهای مختلف برای کاربردهای مختلف

بسیاری از مهندسان در جستجوی نمودار آمپاکیت مسی بر روی میزهای سیمی می‌افتند و به اشتباه آن‌ها را برای انتخاب باسبار اعمال می‌کنند. این روش اندازه باسبار را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. دلیل آن در فرضیات فیزیکی نهفته است. سیم‌های عایق‌شده در داخل مجرا اتلاف حرارت ضعیفی دارند، زیرا عایق به عنوان یک مانع حرارتی عمل می‌کند و مجرای گردش هوا را محدود می‌کند. شینه‌های مسی لخت در هوای آزاد گرما را بسیار مؤثرتر از طریق همرفت و تابش دفع می‌کنند، بنابراین همان سطح مقطع می‌تواند جریان قابل‌توجهی بیشتری را حمل کند.

یک مقایسه ملموس این را روشن می کند. یک سیم مسی 2 AWG با عایق 90 درجه سانتیگراد حدود 130 A در هر NEC حمل می کند. طبق داده‌های شینه مسی در دسترس عموم، یک شینه مسی لخت با ابعاد 1/4 اینچ در 2 اینچ (تقریباً 6.35 میلی‌متر × 50.8 میلی‌متر) تقریباً 710 A را با افزایش دمای 30 درجه سانتی‌گراد در هوای آزاد حمل می‌کند. هر دو رسانا دارای ترتیب مشابهی از جرم مس هستند، اما سطح در معرض شین و خنک کننده عالی به آن اجازه می دهد تا بیش از پنج برابر جریان را تحمل کند. به همین دلیل است که انتخاب شینه‌ها از جدول مرجع متفاوتی استفاده می‌کند که ناشی از افزایش دما است، نه رتبه‌بندی عایق.

جدول مرجع ظرفیت شینه مسی (ابعاد متریک)

برای انتخاب شینه صنعتی، پارامتر حاکم، افزایش دما بالاتر از محیط است تا درجه حرارت عایق. جدول زیر ظرفیت های مرجع برای شینه های مسی لخت را در ابعاد متریک، بر اساس تبدیل های منتشر شده از داده های منتشر شده در مورد شینه های مسی ارائه می دهد. این مقادیر یک نوار مس خالی را در هوای آزاد فرض می‌کنند که در فرکانس AC 60 هرتز کار می‌کند، با تابش تقریباً 0.4 (معمولی برای سطحی که حدود 60 روز در معرض هوای صنعتی قرار دارد).

ampacities مرجع (A) برای شینه های مسی لخت در هوای آزاد در 60 هرتز AC، گسیل ≈ 0.4. ارزش ها مراجع مهندسی هستند. انتخاب نهایی باید با داده های سازنده تأیید شود.
اندازه میله (میلی متر)	مقطع (mm²)	افزایش 30 درجه سانتی گراد (A)	افزایش 50 درجه سانتی گراد (A)	افزایش 65 درجه سانتی گراد (A)
20 × 3	60	180	232	275
25 × 3	75	215	278	330
30×3	90	250	322	382
40 × 3	120	315	408	485
50 × 3	150	380	490	582
60 × 3	180	440	570	675
80 × 3	240	555	720	855
100 × 3	300	665	862	1030
120 × 3	360	768	995	1190
40 × 5	200	435	565	670
50 × 5	250	520	675	805
60 × 5	300	600	778	925
80 × 5	400	755	980	1170
100 × 5	500	905	1175	1400
120 × 5	600	1045	1360	1620
50 × 6	300	575	745	890
60 × 6	360	660	858	1020
80 × 6	480	830	1080	1290
100 × 6	600	995	1290	1540
120 × 6	720	1150	1495	1780
80 × 10	800	1130	1470	1750
100 × 10	1000	1355	1760	2100
120 × 10	1200	1560	2030	2420

این مقادیر مرجع مهندسی برای اندازه اولیه هستند، نه داده های طراحی نهایی. توان واقعی به شرایط سطح خاص، آلیاژ دقیق، آرایش شینه و محفظه بستگی دارد. همیشه رتبه بندی نهایی را با سازنده شینبار یا از طریق آزمایش تأیید کنید.

عواملی که بر ظرفیت مس در تاسیسات واقعی تاثیر می گذارد

نمودار مرجع یک میله خالی را در هوای آزاد فرض می کند. نصب واقعی شرایطی را معرفی می کند که تصویر را تغییر می دهد. قبل از متعهد شدن به اندازه باسبار، باید چهار عامل را در نظر بگیرید.

دمای محیط و افزایش دما

افزایش دما تفاوت بین دمای کار رسانا و دمای هوای محیط است. جدول بالا دمای محیط خاصی را در نظر گرفته است. اگر محل نصب شما دمای محیط بالاتری داشته باشد، همان جریان دمای کل هادی بالاتری تولید می کند. افزایش دمای نامی باید کاهش یابد تا رسانا در حداکثر دمای کاری خود بماند. به عنوان مثال، شینه ای که برای افزایش 50 درجه سانتی گراد در محیط 30 درجه سانتی گراد طراحی شده است، در مجموع به 80 درجه سانتی گراد می رسد. در یک اتاق با دمای 40 درجه سانتیگراد، همان میله در همان جریان به 90 درجه سانتیگراد می رسد که ممکن است از حد مجاز فراتر رود.

چیدمان هادی و محفظه

شینه های متعددی که به صورت موازی نصب شده اند، گرمایی تولید می کنند که در خنک کنندگی یکدیگر اختلال ایجاد می کند. باسبارهای داخل یک محفظه بسته با جریان هوای محدود روبرو هستند که اتلاف گرما را کاهش می دهد. یک اتوبوس محصور نسبت به همان میله‌های خالی در هوای آزاد، ظرفیت بسیار کمتری دارد. هنگام طراحی یک مجموعه تابلو برق یا مسیر اتوبوس، به جای برون یابی از داده های هوای آزاد تک میله، از رتبه بندی های منتشر شده سازنده برای مونتاژ کامل استفاده کنید. برای تاسیساتی که فضا تنگ است و اتلاف گرما محدود است، یک سیستم گذرگاه فشرده با چگالی بالا اغلب انتخاب مهندسی عملی است زیرا محفظه و فاصله هادی آن برای درجه بندی مورد نظر مهندسی شده است.

اثر پوستی در جریان های بالا

در سیستم های AC، جریان متناوب به سمت سطح بیرونی یک هادی متمرکز می شود - این اثر پوستی است. با بزرگتر شدن سطح مقطع، ناحیه حامل جریان موثر نسبت به مساحت کل کوچک می شود و مقاومت موثر افزایش می یابد. جداول ampacity busbar منتشر شده برای کاربردهای AC دارای نسبت افکت پوستی است که با اندازه میله افزایش می یابد. یک میله 120 × 10 میلی متر در 60 هرتز، جریان دو برابر یک میله 60 × 10 میلی متر را ندارد، حتی اگر سطح مقطع دو برابر باشد. هنگامی که از یک گذرگاه کوچکتر به یک گذرگاه بسیار بزرگتر حرکت می کنید، ضریب کاهش AC را از یادداشت های نمودار اعمال کنید. برای جریان های بسیار زیاد، به جای یک میله بزرگ، چندین میله کوچکتر را به صورت موازی در نظر بگیرید. این کار استفاده از سطح را بهبود می بخشد و حمل و نقل مکانیکی را آسان می کند.

مراحل عملی سایزبندی شینه های مسی

هنگامی که مرجع ampacity را دارید، یک روش ساختاریافته را دنبال کنید تا نیاز بار را به اندازه باسبار ترجمه کنید. مراحل زیر منعکس کننده عملکرد مهندسی استاندارد برای طراحی توزیع برق صنعتی است.

جریان بار را تعیین کنید. مجموع جریان بار پیوسته را محاسبه کنید و یک حاشیه معقول برای گسترش آینده اضافه کنید. NEC معمولاً به اندازه هادی برای 125% بار پیوسته نیاز دارد. برای سیستم های باسبار، کد قابل اجرا و مشخصات پروژه را بررسی کنید.
شرایط نصب را مشخص کنید. دمای محیط، اعم از اینکه میله در هوای آزاد باشد یا یک گذرگاه محصور، تعداد میله های موازی و فرکانس سیستم (50 هرتز یا 60 هرتز) را مستند کنید. این عوامل تعیین می کنند که کدام عوامل اصلاحی اعمال می شوند.
یک اندازه اولیه را از نمودار ampacity انتخاب کنید. بعد شینه ای را انتخاب کنید که در افزایش دمای مورد انتظار شما، به جریان مورد نیاز نزدیک تر است، اما نه کمتر از آن. از ستون افزایش 50 درجه سانتی گراد برای کاربردهای معمولی تابلو برق داخلی و از ستون افزایش 30 درجه سانتی گراد برای تاسیسات دارای تجهیزات حساس نزدیک استفاده کنید.
عوامل تصحیح را اعمال کنید. مقدار نمودار را در فاکتورهای تصحیح دمای محیط و اثرات محفظه ضرب کنید. اگر مقدار کاهش یافته همچنان بیشتر از جریان بار به اضافه حاشیه باشد، انتخاب کافی است. اگر نه، به اندازه نوار بعدی بروید.
محدودیت های مکانیکی و اتصال کوتاه را بررسی کنید. اطمینان حاصل کنید که نوار انتخابی متناسب با فضای موجود است و افزایش دمای آن در شرایط محفظه واقعی در محدوده عایق یا پوشش باقی می ماند. اگر جریان خطا زیاد است، یک بررسی مقاومت حرارتی اتصال کوتاه جداگانه با استفاده از مقدار I²t انجام دهید.

بار 1000 A را در محیط 40 درجه سانتیگراد در نظر بگیرید که در داخل یک اتوبوس محصور نصب شده است. با شروع از جدول هوای آزاد، یک نوار 100 × 6 میلی‌متر در افزایش 50 درجه سانتی‌گراد، 1290 A درجه‌بندی می‌شود. یک ضریب کاهش گذرگاه معمولی برای این پیکربندی تقریباً 0.8 است که 1032 A را به دست می‌آورد. حاشیه بیش از 1000 A، بنابراین با اضافه کردن بار 8 میلی‌متر، 1 میلی‌متر حاشیه ایمنی حداقل 0 است. (1470 A × 0.8 = 1176 A) یا یک میله 120 × 5 میلی متر (1360 A × 0.8 = 1088 A) نقطه شروع مطمئن تری خواهد بود. این نوع تنظیم دقیقا به همین دلیل است که ارزش نمودار خام به ندرت برای انتخاب نهایی کافی است.

مس در مقابل شینه آلومینیومی: چه زمانی مس را انتخاب کنیم

مس همیشه پاسخ خودکار برای هر کاربرد باسبار نیست. تصمیم بین مس و آلومینیوم به رتبه فعلی، فضا، هزینه و قرار گرفتن در معرض محیطی بستگی دارد. مس تقریباً 100٪ رسانایی IACS و مقاومت در برابر خوردگی عالی دارد، به این معنی که یک میله مسی می تواند برای همان جریان کوچکتر از یک نوار آلومینیومی باشد. آلومینیوم، در حدود 61 درصد IACS، به سطح مقطع بزرگتری - تقریباً 1.6 برابر - برای حمل جریان مشابه نیاز دارد، به علاوه وزن آن حدود یک سوم مس است.

برای کاربردهایی که فضا محدود است و قابلیت اطمینان اتصال حیاتی است، مس برنده است. لایه اکسید پایدار مس رسانا باقی می ماند، در حالی که اکسید آلومینیوم یک عایق است و به آماده سازی سطح دقیق و اتصال دهنده های تخصصی برای جلوگیری از نقاط داغ نیاز دارد. در محیط های ساحلی یا صنعتی با اتمسفر تهاجمی، مقاومت در برابر خوردگی طبیعی مس باعث کاهش تعمیر و نگهداری می شود. از سوی دیگر، وزن سبک‌تر آلومینیوم، آن را برای شینه‌های طولانی و سازه‌هایی مانند برج‌های توربین بادی که وزن یک محدودیت طراحی است، جذاب می‌کند. زمانی که رتبه فعلی متوسط باشد و فضا در دسترس باشد، هزینه کمتر آن نیز تعیین کننده است.

اگر به یک شینه لوله ای عایق شده با مزایای مکانیکی و حرارتی سطح مقطع گرد نیاز دارید، هم مس و هم آلومینیوم مواد هادی قابل دوام هستند. انتخاب سیستم عایق - مانند شینه لوله ای ریخته گری رزین اپوکسی - اغلب برای عملکرد دی الکتریک و قابلیت اطمینان طولانی مدت در محیط های خشن بیشتر از فلز رسانا اهمیت دارد.

اخبار

نمودار ظرفیت مس: نحوه خواندن و اندازه گذرگاه ها | کارخانه اتوبوسرانی

Ampacity چیست و چرا برای هادی های مسی اهمیت دارد