วิธีการคำนวณคะแนนปัจจุบันของบัสบาร์: สูตรเชิงปฏิบัติและคู่มือการลดอันดับ

ในการอัพเกรดสวิตช์บอร์ด 400 V ล่าสุด ผู้รับเหมาคนหนึ่งถามว่าทำไมบัสบาร์ทองแดงขนาด 50 × 10 มม. ที่ดูดีบนแบบร่าง 1000 A จึงทำงานที่อุณหภูมิ 78°C ภายในห้องปิด สูตรพื้นฐานไม่ได้กำหนดบัสบาร์ให้เล็กเกินไป แต่การคำนวณไม่ได้คำนึงถึงอุณหภูมิแวดล้อม ประเภทกรอบหุ้ม และความใกล้ชิดของแท่งขนาน คำตอบสั้น ๆ : คะแนนปัจจุบันของบัสบาร์ไม่ใช่ตัวเลขเดียวที่คุณอ่านจากตาราง ซึ่งเป็นผลลัพธ์ของการคำนวณทางความร้อนที่เริ่มต้นด้วยวัสดุ หน้าตัด และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต จากนั้นจึงปรับให้เข้ากับสภาวะการติดตั้งจริง หากคุณต้องการคะแนนที่สามารถป้องกันได้สำหรับการจัดซื้อจัดจ้างหรือการทดสอบประเภท ให้ถือว่าทุกปัจจัยที่ลดลงเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบ ไม่ใช่สิ่งที่ต้องคำนึงถึงในภายหลัง

สูตรหลัก: เริ่มต้นด้วยภาพตัดขวาง จากนั้นจึงลดอัตรา

การคำนวณตาม IEC และ DIN ส่วนใหญ่เริ่มต้นด้วยความสัมพันธ์ระหว่างกฎหมายกำลัง สำหรับแท่งสี่เหลี่ยม สามารถประมาณพิกัดกระแสในสภาวะคงตัวได้เป็น I = K × A^0.62 × ΔT^0.5 โดยที่ A คือพื้นที่หน้าตัดในหน่วย mm² ΔT คืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ยอมรับได้เหนือสภาพแวดล้อมในหน่วยเคลวิน และ K คือค่าคงที่ของวัสดุและพื้นผิว นี่คือแบบฟอร์ม DIN 43671 อาจไม่แม่นยำสำหรับทุกรูปทรง แต่ใกล้เคียงเพียงพอสำหรับการกำหนดขนาดตั้งแต่เนิ่นๆ และสำหรับการตรวจสอบข้อมูลผู้ขาย

ตัวอย่างเช่น แท่งทองแดงที่มี A = 500 มม.² (50 × 10 มม.) และ ΔT = 55 K อาจคำนวณได้ประมาณ 1250 A ในอากาศนิ่ง หน้าตัดเดียวกันในอะลูมิเนียมจะลดลงประมาณ 20–25% เนื่องจากอะลูมิเนียมมีความต้านทานสูงกว่าและมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า ความแตกต่างนั้นสำคัญเมื่อโครงการเปลี่ยนจากทองแดงเป็นอะลูมิเนียมในช่วงปลายการออกแบบ คุณไม่สามารถสลับวัสดุและรักษาระดับเดิมไว้ได้

สูตรยังถือว่าแถบนั้นแยกออกจากกัน ในระบบบัสบาร์จริง แท่งจะถูกติดตั้งในกรอบหุ้มซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยฉนวน และมักจะทำงานแบบขนาน สภาวะเหล่านั้นเปลี่ยนแปลงทั้งการสร้างความร้อนและการกระจายความร้อน การคำนวณที่หยุดที่ A และ ΔT เป็นจุดเริ่มต้น ไม่ใช่คำตอบสุดท้าย

บัสบาร์ท่อโลหะผสมแมกนีเซียมแรงดันสูงพิเศษ ตรวจสอบตัวเลือกบัสบาร์แบบท่อ UHV ซึ่งโลหะผสม โปรไฟล์ และเงื่อนไขการติดตั้งจริงส่งผลต่อพิกัดกระแสเกินพื้นที่หน้าตัดเพียงอย่างเดียว ดูผลิตภัณฑ์ →

วัสดุและรูปทรงมีความสำคัญมากกว่าตัวเลข

บัสบาร์สองตัวที่มีหน้าตัดเดียวกันสามารถมีพิกัดกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับรูปร่าง อัตราส่วนภาพ และการตกแต่งพื้นผิว แท่งแบนมีพื้นที่ผิวต่อหน่วยความยาวมากกว่าท่อกลม ดังนั้นจึงกระจายความร้อนได้แตกต่างกัน บัสบาร์แบบท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าอาจมีกระแสไฟฟ้ามากกว่าที่พื้นที่หน้าตัดเดียวกันเนื่องจากเส้นรอบวงมีขนาดใหญ่กว่า นี่คือเหตุผลว่าทำไมการเปรียบเทียบเฉพาะ mm² จึงทำให้เข้าใจผิด

ทองแดงกับอลูมิเนียม: การเปลี่ยนแปลงอะไรในการคำนวณ

ทองแดงมีความต้านทานประมาณ 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m ที่ 20°C ในขณะที่อะลูมิเนียมมีค่าประมาณ 2.82 × 10⁻⁸ Ω·m นั่นคือความแตกต่าง 64% สำหรับกระแสไฟฟ้าเท่าเดิม อลูมิเนียมจะทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น เพื่อรักษาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเท่าเดิม คุณต้องมีหน้าตัดอะลูมิเนียมเพิ่มขึ้นประมาณ 25–30% หรืออุณหภูมิแวดล้อมลดลง หรือการระบายอากาศที่ดีขึ้น ในส่วนประกอบ IEC 61439 การตรวจสอบการออกแบบต้องคำนึงถึงวัสดุตัวนำจริงและขีดจำกัดอุณหภูมิของฉนวนด้วย

ผลกระทบทางผิวหนังและผลกระทบใกล้เคียงที่ความถี่ที่สูงขึ้น

ที่ 50 Hz เอฟเฟกต์สกินในแถบขนาด 50 มม. จะเล็กน้อย แต่ก็ไม่เป็นศูนย์ สำหรับแท่งขนาดใหญ่หรือความถี่ที่สูงกว่า กระแสฝูงชนเข้าหาผิวน้ำ ส่งผลให้มีแนวต้านที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น ผลกระทบจากความใกล้ชิดระหว่างแท่งขนานทำให้แย่ลง กฎทั่วไปสำหรับแท่งคู่ขนานคือแท่งสองแท่งไม่ได้ให้คะแนนเป็นสองเท่า คาดหวังอัตราแถบเดี่ยว 1.6 ถึง 1.8 เท่า ขึ้นอยู่กับระยะห่าง สามแท่งอาจให้ 2.2 ถึง 2.5 เท่า ตัวคูณเหล่านี้ใช้แทนการคำนวณไม่ได้ แต่อธิบายว่าทำไมการให้คะแนนป้ายชื่อจึงดูอนุรักษ์นิยม

อีพอกซีเรซินหล่อท่อบัสบาร์ พิจารณาบัสบาร์แบบท่อหล่ออีพ็อกซี่นี้สำหรับการทำงานที่มีฉนวนไฟฟ้าแรงปานกลาง/แรงสูง โดยคำนึงถึงการลดค่าจากอุณหภูมิแวดล้อม ประเภทตู้ และระดับความสูง ดูผลิตภัณฑ์ →

ปัจจัยที่ทำให้เรตติ้งลดลง: โดยที่เรตติ้งที่แท้จริงลดลง

ช่องว่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างคะแนนที่คำนวณได้กับการติดตั้งจริงกำลังลดลง อุณหภูมิแวดล้อมเป็นปัจจัยแรก แท่งพิกัดที่อุณหภูมิแวดล้อม 40°C สามารถส่งกระแสไฟได้เพียง 80–85% ของกระแสนั้นที่ 55°C ประเภทของตู้ก็มีความสำคัญเช่นกัน: ตู้ที่มีการระบายอากาศอาจปล่อยให้อากาศเปิดได้ถึง 90% ในขณะที่ตู้ที่ปิดสนิทสามารถลดลงเหลือ 70% หรือน้อยกว่าได้ ระดับความสูงที่สูงกว่า 2000 ม. จะช่วยลดความหนาแน่นของอากาศและการทำความเย็น ดังนั้นอาจจำเป็นต้องลดพิกัดเพิ่มเติม

ตารางด้านล่างสรุปการปรับเปลี่ยนทั่วไป ใช้เพื่อตรวจสอบสุขอนามัย ไม่ใช่ทดแทนการทดสอบประเภทของผู้ผลิตหรือการศึกษาความร้อนเฉพาะโครงการ

โปรดสังเกตว่าตารางให้ช่วง ไม่ใช่ค่าที่แน่นอน เหตุผลก็คือ การจัดอันดับบัสบาร์ขึ้นอยู่กับตู้เฉพาะ ระยะห่างของแท่ง ช่องเปิดระบายอากาศ และไม่ว่าแท่งจะทาสีหรือเปลือยเปล่า แท่งทาสีดำสามารถทำงานได้เย็นกว่าแท่งเปล่าเนื่องจากจะแผ่ความร้อนได้ดีกว่า แต่สีก็อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพอิเล็กทริกได้เช่นกัน นั่นเป็นการแลกเปลี่ยนกับระบบฉนวน ไม่ใช่แค่ตัวนำเท่านั้น

ตัวอย่างการคำนวณทีละขั้นตอน

สมมติว่าคุณต้องตรวจสอบบัสบาร์แรงดันต่ำ 1,000 A ในแผงสวิตช์ 400 V อุณหภูมิโดยรอบคือ 35°C ตู้มีการระบายอากาศ และการออกแบบช่วยให้อุณหภูมิตัวนำสูงสุดอยู่ที่ 105°C นั่นให้ ΔT = 70 K คุณวางแผนที่จะใช้แท่งทองแดงเส้นเดียว 50 × 10 มม.

1. คำนวณพื้นที่หน้าตัด: A = 50 × 10 = 500 มม.²
2. ประมาณคะแนนฐานจาก I = K × A^0.62 × ΔT^0.5 สำหรับทองแดงในอากาศนิ่ง K จะอยู่ที่ประมาณ 7.5 เมื่อ A อยู่ในหน่วย mm² และ ΔT อยู่ใน K โดย I = 7.5 × 500^0.62 × 70^0.5 500^0.62 พฤติกรรม 45.5, 70^0.5 พฤติกรรม 8.37 I µ 7.5 × 45.5 × 8.37 µm 2850 A ซึ่งสูงกว่าข้อกำหนด 1,000 A ซึ่งเป็นเรื่องปกติเนื่องจากสูตรถือว่าเปิดโล่งและมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 70 K
3. ใช้กรอบหุ้มและการระบายอากาศ สำหรับตู้ที่มีการระบายอากาศให้ใช้ 0.85 ฉัน data 2850 × 0.85 data 2420 ก.
4. ใช้การแก้ไขสภาพแวดล้อม หากสภาพแวดล้อมพื้นฐานอยู่ที่ 40°C และตามจริงคือ 35°C การแก้ไขจะมีน้อย: (105-35)/(105-40) = 70/65 = 1.08 แต่หากอุณหภูมิโดยรอบจริงอยู่ที่ 45°C ค่าที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาตจะเป็น 60 K และค่าพิกัดจะลดลงประมาณ (60/70)^0.5 anta 0.93 ฉัน 2250 ก.
5. ตรวจสอบความทนทานต่อไฟฟ้าลัดวงจร เรตติ้งปัจจุบันเป็นเพียงครึ่งเรื่องเท่านั้น แท่งจะต้องทนต่อกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดไว้เป็นเวลา 1 วินาที โดยไม่เกินอุณหภูมิที่อนุญาต สำหรับทองแดง การตรวจสอบอะเดียแบติกมักจะเป็น S ≥ I_sc × √t / k โดยที่ k มีค่าประมาณ 143 สำหรับทองแดง แท่งขนาด 1,000 A อาจต้องมีหน้าตัดที่ใหญ่กว่าสำหรับฟอลต์ 50 kA มากกว่ากระแสไฟฟ้าปกติ

ในตัวอย่างนี้ แท่งมีอุณหภูมิเพียงพอสำหรับ 1,000 A แต่การเลือกสุดท้ายยังคงขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าตก ระยะห่างรองรับ และแรงลัดวงจร ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการปรับขนาดแท่งสำหรับกระแสไฟฟ้าปกติแล้วพบว่าฉนวนรองรับไม่สามารถรับมือกับแรงฟอลต์สูงสุดได้ นั่นเป็นความเสี่ยงในการจัดซื้อจัดจ้าง: การเปลี่ยนขนาดแท่งในภายหลังอาจส่งผลต่อเค้าโครงบัสเวย์ทั้งหมด

บัสเวย์ขนาดกะทัดรัดความหนาแน่นสูงสำหรับการกระจายแรงดันต่ำ สำหรับการกระจาย 0.4 kV บัสเวย์หล่อเรซินขนาดกะทัดรัดนี้รองรับกระแสไฟฟ้าสูงด้วยขนาดที่กะทัดรัดและฉนวน ในขณะที่การตรวจสอบแรงฟอลต์และแรงดันตกยังคงควบคุมการเลือก ดูผลิตภัณฑ์ →

การตรวจสอบภาคสนามก่อนที่คุณจะสรุปผลการจัดอันดับ

จำเป็นต้องมีการคำนวณ แต่ยังไม่เพียงพอ ก่อนที่คุณจะอนุมัติการจัดอันดับบัสบาร์ ให้ตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้:

• แรงบิดและแรงกดสัมผัสที่ข้อต่อ ข้อต่อที่หลวมสามารถเพิ่มอุณหภูมิเฉพาะจุดได้ 10-20 K แม้ว่าแท่งเหล็กจะมีขนาดถูกต้องก็ตาม
• รองรับระยะห่าง ช่วงยาวที่ไม่ได้รับการสนับสนุนสามารถสั่นสะเทือนที่ 50 Hz และทำให้ตัวนำหรือฉนวนล้า
• การถ่ายภาพความร้อนหลังการทดสอบโหลด ข้อต่อร้อนหรือจุดร้อนใกล้ฉนวนบ่งบอกถึงปัญหาที่คำนวณไม่ได้
• ระยะกวาดล้างและระยะตามผิวฉนวน พิกัดไม่ถูกต้องหากระบบฉนวนไม่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้
• เอกสารประกอบ เก็บสมมติฐานการคำนวณ ปัจจัยที่ลดลง และรายงานการทดสอบ หากที่ปรึกษาหรือผู้ตรวจสอบถามถึงพื้นฐานของการให้คะแนน คุณจะต้องแสดงข้อมูลดังกล่าว

สำหรับบัสเวย์แรงดันปานกลางและแรงดันต่ำ มาตรฐานการประกอบ IEC 61439-1 และ IEC 61439-6 (บัสเวย์) กำหนดให้ต้องมีการตรวจสอบการออกแบบโดยการทดสอบหรือโดยการคำนวณ การออกแบบที่กำหนดเองอาจยอมรับการคำนวณเพียงอย่างเดียว แต่ความรับผิดชอบต่อผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับผู้ผลิต หากคุณกำลังเปรียบเทียบซัพพลายเออร์ ให้ขอรายงานการทดสอบประเภทและสมมติฐานการลดพิกัด ไม่ใช่แค่ความครอบคลุมของแค็ตตาล็อก คุณยังสามารถอ่านคำแนะนำของเราได้ที่ การเลือกบัสบาร์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าปานกลางและต่ำ เพื่อดูเกณฑ์การคัดเลือกเพิ่มเติม

คำถามที่พบบ่อย

ฉันสามารถใช้สูตรเดียวกันสำหรับทองแดงและอลูมิเนียมได้หรือไม่?

คุณสามารถใช้รูปแบบเดียวกันได้ แต่ K และความต้านทานต่างกัน อลูมิเนียมต้องการพื้นที่ตัดขวางเพิ่มขึ้นประมาณ 25–30% เพื่อให้กระแสและอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่าเดิม ตรวจสอบข้อมูลของผู้ผลิตเสมอสำหรับโลหะผสมและความแข็งเฉพาะ

การเพิ่มขึ้น 10°C จะลดความแน่นของบัสบาร์ได้เท่าใด

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิฐาน หากคุณอยู่ใกล้ขีดจำกัดของฉนวนอยู่แล้ว การเพิ่ม 10 K สามารถลดพิกัดลงได้ 5–10% หากโหลดแท่งไม้เพียงเล็กน้อย เอฟเฟกต์ก็จะน้อยลง วิธีที่ปลอดภัยที่สุดคือการคำนวณโดยใช้อุณหภูมิแวดล้อมในกรณีที่แย่ที่สุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย

เหตุใดแท่งขนานจึงไม่ให้คะแนนเป็นสองเท่า

เนื่องจากผลกระทบที่ใกล้เคียง การแบ่งปันกระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ และพื้นที่ผิวที่ลดลงสำหรับการระบายความร้อนระหว่างแท่ง โดยปกติแล้ว แท่งสองแท่งจะให้พิกัดของแท่งเดี่ยว 1.6–1.8 เท่า และแท่งสามแท่งจะให้ประมาณ 2.2–2.5 เท่า ใช้สิ่งเหล่านี้เป็นค่าประมาณเท่านั้น

ฉันควรอ้างอิงมาตรฐานใด

สำหรับการคำนวณความหนาแน่นของบัสบาร์ DIN 43671 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยุโรป สำหรับชุดประกอบ ให้ใช้ IEC 61439-1 และ IEC 61439-6 ในอเมริกาเหนือ IEEE 605 และ NEC Article 368 เป็นข้อมูลอ้างอิงทั่วไป หากโครงการอยู่ในประเทศใดประเทศหนึ่ง ให้ตรวจสอบรหัสท้องถิ่น เนื่องจากขีดจำกัดอุณหภูมิที่ยอมรับได้และกฎการลดพิกัดอาจแตกต่างกัน

ดังนั้นคุณจะคำนวณคะแนนปัจจุบันของบัสบาร์ได้อย่างไร? เริ่มต้นด้วยวัสดุและหน้าตัด ใช้สูตรกฎกำลัง จากนั้นลบปัจจัยในโลกแห่งความเป็นจริงทั้งหมดออก: อุณหภูมิโดยรอบ กรอบหุ้ม ระดับความสูง ฮาร์โมนิค และเอฟเฟกต์แถบขนาน ตรวจสอบผลลัพธ์ด้วยการตรวจสอบการลัดวงจร และการทดสอบประเภทหรือการถ่ายภาพความร้อน หากเป็นไปได้ หากคุณยังคงไม่แน่ใจเกี่ยวกับแถบที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณ ติดต่อวิศวกรของเรา พร้อมอุณหภูมิแวดล้อม ระดับความผิดปกติ และรายละเอียดตู้ของคุณ พวกเขาสามารถช่วยคุณเปลี่ยนการคำนวณคร่าวๆ ให้เป็นคะแนนที่จะผ่านการทบทวนและดำเนินการในภาคสนาม