نحوه محاسبه رتبه‌بندی جریان گذرگاه: راهنمای عملی فرمول و کاهش نرخ

در ارتقای تابلو برق 400 ولت اخیر، یک پیمانکار پرسید که چرا یک شینه مسی 50 × 10 میلی‌متری که در نقشه 1000 آمپر به نظر می‌رسد در دمای 78 درجه سانتی‌گراد در داخل یک اتاقک بسته کار می‌کند. باسبار با فرمول اصلی کمتر از اندازه نبود، اما محاسبه دمای محیط، نوع محفظه و نزدیکی میله‌های موازی را نادیده گرفت. پاسخ کوتاه: رتبه بندی جریان باسبار یک عدد واحد نیست که شما از جدول بخوانید. این نتیجه یک محاسبه حرارتی است که با مواد، سطح مقطع و افزایش دمای مجاز شروع می شود، سپس برای شرایط نصب واقعی تنظیم می شود. اگر برای خرید یا آزمایش نوع نیاز به رتبه‌بندی قابل دفاع دارید، هر عامل کاهش‌دهنده را به‌عنوان بخشی از طراحی در نظر بگیرید، نه یک فکر بعدی.

فرمول اصلی: با مقطع شروع کنید، سپس Derate کنید

اکثر محاسبات مبتنی بر IEC و DIN با یک رابطه قدرت-قانون شروع می شوند. برای یک میله مستطیلی، درجه جریان حالت پایدار را می توان به صورت I = K × A^0.62 × ΔT^0.5 تخمین زد، که در آن A سطح مقطع بر حسب میلی متر مربع، ΔT افزایش دمای مجاز بالاتر از محیط در کلوین، و K یک ماده و سطح ثابت است. این فرم DIN 43671 است. برای هر هندسه دقیق نیست، اما برای اندازه‌گیری اولیه و بررسی داده‌های فروشنده به اندازه کافی نزدیک است.

به عنوان مثال، یک میله مس با A = 500 mm² (50 × 10 mm) و ΔT = 55 K ممکن است حدود 1250 A در هوای ساکن محاسبه شود. همین سطح مقطع در آلومینیوم تقریباً 20 تا 25 درصد کمتر خواهد بود زیرا آلومینیوم دارای مقاومت بالاتر و هدایت حرارتی کمتری است. این تفاوت زمانی اهمیت دارد که پروژه در اواخر طراحی از مس به آلومینیوم تغییر کند. شما نمی توانید به سادگی مواد را عوض کنید و همان رتبه را حفظ کنید.

فرمول همچنین فرض می کند که نوار جدا شده است. در یک سیستم شینه واقعی، میله ها در محفظه ها نصب می شوند، توسط عایق ها پشتیبانی می شوند و اغلب به صورت موازی اجرا می شوند. این شرایط هم تولید گرما و هم اتلاف گرما را تغییر می دهد. محاسبه ای که در A و ΔT متوقف می شود، یک نقطه شروع است، نه یک پاسخ نهایی.

میله اتوبوس لوله ای منیزیم-آلومینیوم ولتاژ فوق العاده بالا گزینه های شینه لوله ای UHV را بررسی کنید که در آن آلیاژ، پروفیل و شرایط نصب واقعی بر رتبه جریان فراتر از سطح مقطع به تنهایی تأثیر می گذارد. مشاهده محصول →

ماده و هندسه بیشتر از عدد مهم هستند

دو شینه با سطح مقطع یکسان بسته به شکل، نسبت ابعاد و سطح سطح می‌توانند دارای درجه‌بندی جریان متفاوتی باشند. یک نوار مسطح در واحد طول مساحت بیشتری نسبت به یک لوله گرد دارد، بنابراین گرما را به طور متفاوتی دفع می کند. یک شینه لوله ای با قطر بیشتر ممکن است جریان بیشتری را در همان سطح مقطع حمل کند زیرا محیط بزرگتر است. به همین دلیل است که مقایسه تنها mm² گمراه کننده است.

مس در مقابل آلومینیوم: آنچه در محاسبه تغییر می کند

مس مقاومتی در حدود 1.72 × 10-8 Ω·m در 20 درجه سانتی گراد دارد، در حالی که آلومینیوم حدود 2.82 × 10-8 Ω·m است. یعنی 64 درصد تفاوت. برای همین جریان، آلومینیوم گرمای بیشتری تولید می کند. برای حفظ همان افزایش دما، تقریباً به 25 تا 30 درصد سطح مقطع آلومینیومی بیشتر یا دمای محیط کمتر یا تهویه بهتر نیاز دارید. در مجموعه های IEC 61439، تأیید طراحی باید مواد هادی واقعی و حد دمای عایق را در نظر بگیرد.

اثر پوستی و اثر مجاورتی در فرکانس‌های بالاتر

در 50 هرتز، جلوه پوست در نوار 50 میلی‌متری کم است، اما صفر نیست. برای میله های بزرگتر یا فرکانس های بالاتر، ازدحام جریان به سمت سطح، افزایش مقاومت موثر. اثر مجاورت بین میله های موازی آن را بدتر می کند. یک قانون رایج برای میله های موازی این است که دو میله دو برابر امتیاز نمی دهند. انتظار می رود 1.6 تا 1.8 برابر امتیاز تک میله بسته به فاصله. سه میله ممکن است 2.2 تا 2.5 بار بدهد. این ضریب‌ها جایگزینی برای محاسبه نیستند، اما توضیح می‌دهند که چرا رتبه‌بندی پلاک‌ها اغلب محافظه‌کارانه به نظر می‌رسند.

باربری لوله ای ریخته گری رزین اپوکسی این شینه لوله‌ای ریخته‌گری‌شده اپوکسی را برای مسیرهای عایق‌شده با ولتاژ متوسط/بالا در نظر بگیرید، و به تفاوت دمای محیط، نوع محفظه و ارتفاع توجه کنید. مشاهده محصول →

عوامل کاهش دهنده: جایی که رتبه های واقعی کاهش می یابد

بزرگترین شکاف بین رتبه بندی محاسبه شده و نصب واقعی، کاهش قیمت است. دمای محیط اولین عامل است. میله ای که در دمای محیط 40 درجه سانتیگراد قرار دارد، ممکن است تنها 80 تا 85 درصد از آن جریان را در دمای 55 درجه سانتیگراد حمل کند. نوع محفظه نیز مهم است: یک محفظه تهویه شده ممکن است 90٪ امتیاز در هوای آزاد را فراهم کند، در حالی که یک محفظه مهر و موم می تواند آن را تا 70٪ یا کمتر کاهش دهد. ارتفاع بالای 2000 متر چگالی هوا و خنک کننده را کاهش می دهد، بنابراین ممکن است نیاز به کاهش بیشتر باشد.

جدول زیر تنظیمات معمولی را خلاصه می کند. از آن برای بررسی سلامت عقل استفاده کنید، نه به عنوان جایگزینی برای آزمایش نوع سازنده یا یک مطالعه حرارتی خاص پروژه.

توجه داشته باشید که جدول محدوده ها را نشان می دهد، نه مقادیر دقیق. دلیل آن این است که درجه بندی شینه ها به محفظه خاص، فاصله میله ها، دهانه های تهویه و رنگ آمیزی یا لخت بودن میله ها بستگی دارد. میله‌های رنگ‌شده سیاه می‌توانند خنک‌تر از میله‌های لخت کار کنند، زیرا گرما را بهتر منتشر می‌کنند، اما رنگ نیز می‌تواند بر عملکرد دی الکتریک تأثیر بگذارد. این یک معامله برای سیستم عایق است، نه فقط هادی.

یک مثال برای محاسبه گام به گام

فرض کنید باید یک شینه ولتاژ پایین 1000 A را در یک تابلو برق 400 ولت بررسی کنید. دمای محیط 35 درجه سانتیگراد است، محفظه تهویه شده است و طراحی حداکثر دمای رسانا را 105 درجه سانتیگراد می دهد. این به ΔT = 70 K می دهد. شما قصد دارید از یک نوار مسی 50 × 10 میلی متر استفاده کنید.

1. محاسبه سطح مقطع: A = 50 × 10 = 500 mm².
2. رتبه بندی پایه را از I = K × A^0.62 × ΔT^0.5 تخمین بزنید. برای مس در هوای ساکن، K تقریباً 7.5 است وقتی A بر حسب میلی‌متر مربع و ΔT در K است. I = 7.5 × 500^0.62 × 70^0.5. 500^0.62 ≈ 45.5، 70^0.5 ≈ 8.37. I ≈ 7.5 × 45.5 × 8.37 ≈ 2850 A. این بالاتر از نیاز 1000 A است که طبیعی است زیرا فرمول هوای آزاد و افزایش 70 K را فرض می کند.
3. حذف محفظه و تهویه را اعمال کنید. برای یک محفظه تهویه شده، از 0.85 استفاده کنید. I ≈ 2850 × 0.85 ≈ 2420 A.
4. اصلاح محیط را اعمال کنید. اگر محیط پایه 40 درجه سانتیگراد و واقعی 35 درجه سانتیگراد باشد، اصلاح کوچک است: (105-35)/(105-40) = 70/65 = 1.08. اما اگر محیط واقعی 45 درجه سانتیگراد باشد، افزایش مجاز 60 کلوین خواهد بود و درجه بندی حدود (60/70)^0.5 ≈ 0.93 کاهش می یابد. I ≈ 2250 A.
5. مقاومت در برابر اتصال کوتاه را بررسی کنید. رتبه فعلی فقط نیمی از داستان است. میله همچنین باید در جریان اتصال کوتاه احتمالی به مدت 1 ثانیه بدون تجاوز از دمای مجاز دوام بیاورد. برای مس، بررسی آدیاباتیک اغلب S ≥ I_sc × √t / k است، که در آن k برای مس حدود 143 است. یک میله 1000 آمپر ممکن است برای یک خطای 50 کیلو آمپری نسبت به جریان معمولی به مقطع بزرگتری نیاز داشته باشد.

در این مثال، میله از نظر حرارتی برای 1000 A کافی است، اما انتخاب نهایی همچنان به افت ولتاژ، فاصله پشتیبانی و نیروهای اتصال کوتاه بستگی دارد. یک اشتباه رایج این است که میله را برای جریان عادی اندازه می‌گیریم و سپس متوجه می‌شویم که عایق‌های نگهدارنده نمی‌توانند اوج نیروی خطا را تحمل کنند. این یک ریسک خرید است: تغییر اندازه نوار بعداً می تواند کل طرح اتوبوس را تحت تأثیر قرار دهد.

گذرگاه فشرده با چگالی بالا برای توزیع ولتاژ پایین برای توزیع 0.4 کیلوولت، این گذرگاه رزینی فشرده از جریان بالا با ردپای فشرده و عایق پشتیبانی می‌کند، در حالی که بررسی‌های نیروی خطا و افت ولتاژ همچنان بر انتخاب نظارت دارند. مشاهده محصول →

قبل از اینکه رتبه بندی را نهایی کنید بررسی های میدانی انجام دهید

محاسبات لازم است، اما کافی نیستند. قبل از اینکه رتبه بندی باسبار را تأیید کنید، موارد زیر را بررسی کنید:

• گشتاور و فشار تماس در مفاصل. یک اتصال شل می تواند 10 تا 20 کلوین افزایش دمای موضعی را اضافه کند، حتی زمانی که خود میله به درستی اندازه باشد.
• پشتیبانی از فاصله. دهانه های طولانی بدون پشتیبانی می توانند با فرکانس 50 هرتز ارتعاش کنند و هادی یا عایق ها را خسته کنند.
• تصویربرداری حرارتی پس از تست بار. یک اتصال داغ یا یک نقطه داغ در نزدیکی یک عایق نشان دهنده مشکلی است که محاسبه آن را نشان نداده است.
• فاصله های پاکسازی و خزش. اگر سیستم عایق نتواند ولتاژ را تحمل کند، رتبه بندی معتبر نیست.
• مستندات. مفروضات محاسباتی، عوامل درجه بندی و گزارش های آزمون را حفظ کنید. اگر مشاور یا بازرس مبنای رتبه بندی را درخواست کرد، باید آن را نشان دهید.

برای گذرگاه های ولتاژ متوسط ​​و پایین، استاندارد مونتاژ IEC 61439-1 و IEC 61439-6 (گذرگاه ها) نیاز به تأیید طراحی با آزمایش یا محاسبه دارد. ممکن است یک محاسبه به تنهایی برای یک طرح سفارشی پذیرفته شود، اما مسئولیت نتیجه بر عهده سازنده است. اگر تامین کنندگان را با هم مقایسه می کنید، گزارش تست نوع و مفروضات کاهش قیمت را بخواهید، نه فقط ظرفیت کاتالوگ. شما همچنین می توانید راهنمای ما را بخوانید انتخاب باس بار مناسب برای کاربردهای ولتاژ متوسط و پایین برای معیارهای انتخاب بیشتر

سوالات متداول

آیا می توانم از همان فرمول برای مس و آلومینیوم استفاده کنم؟

شما می توانید از همان فرم استفاده کنید، اما K و مقاومت متفاوت هستند. آلومینیوم برای افزایش جریان و دما تقریباً به 25 تا 30 درصد بیشتر سطح مقطع نیاز دارد. همیشه داده های سازنده را برای آلیاژ و مزاج خاص بررسی کنید.

افزایش 10 درجه سانتیگراد چقدر باعث کاهش ampacity باسبار می شود؟

بستگی به دمای پایه دارد. اگر در حال حاضر به حد مجاز عایق نزدیک شده اید، افزایش 10 کیلویی می تواند امتیاز را 5 تا 10٪ کاهش دهد. اگر نوار به آرامی بارگذاری شود، اثر کوچکتر است. ایمن ترین روش محاسبه با بدترین دمای محیط است، نه میانگین.

چرا میله های موازی امتیاز را دو برابر نمی کنند؟

به دلیل اثر مجاورت، اشتراک جریان ناهموار و کاهش سطح برای خنک کردن بین میله‌ها. دو میله معمولاً 1.6-1.8 برابر امتیاز تک میله و سه میله حدود 2.2-2.5 برابر می دهند. از اینها فقط به عنوان تخمین استفاده کنید.

به چه استانداردهایی مراجعه کنم؟

برای محاسبات ampacity باسبار، DIN 43671 به طور گسترده در اروپا استفاده می شود. برای مجموعه ها، IEC 61439-1 و IEC 61439-6 اعمال می شود. در آمریکای شمالی، IEEE 605 و NEC ماده 368 مراجع رایج هستند. اگر پروژه در یک کشور خاص است، کد محلی را بررسی کنید زیرا محدودیت دمای قابل قبول و قوانین درجه بندی ممکن است متفاوت باشد.

بنابراین، چگونه رتبه فعلی باسبار را محاسبه می کنید؟ با مواد و مقطع شروع کنید، فرمول قانون قدرت را اعمال کنید، سپس هر فاکتور دنیای واقعی را کم کنید: دمای محیط، محفظه، ارتفاع، هارمونیک ها و اثرات نوار موازی. نتیجه را با بررسی اتصال کوتاه و در صورت امکان، آزمایش نوع یا تصویربرداری حرارتی بررسی کنید. اگر هنوز در مورد نوار مناسب پروژه خود مطمئن نیستید، با مهندسان ما تماس بگیرید با دمای محیط، سطح خطا، و جزئیات محفظه شما. آنها می توانند به شما کمک کنند یک محاسبه تقریبی را به یک رتبه بندی تبدیل کنید که بررسی شود و در این زمینه عملکرد خوبی داشته باشد.