Bagaimana anda mengira saiz palang pengagih tembaga?

1. Pengenalan kepada Pemilihan Saiz Busbar

Tepat palang konduktor tembaga Saiz adalah penting untuk pengedaran elektrik yang selamat, boleh dipercayai, dan berkesan. Busbar menyalurkan arus tinggi dalam suis dan papan panel. Saiz yang tidak sesuai menyebabkan haba berlebihan, kerugian kuasa, penurunan voltan, dan kemungkinan kerosakan seperti kerosakan penebat atau kebakaran. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi dan kaedah penentuan saiz adalah penting.

2. Sekatan Saiz Asas

Keupayaan busbar sedia ada (ampasiti) terhad terutamanya oleh kecekapan terma (peningkatan paras suhu), kapasiti arus, dan penurunan voltan. Peningkatan suhu biasanya merupakan salah satu faktor paling penting, terutamanya di dalam bilik. Panas daripada kerugian $I ^ 2R$ perlu disalurkan untuk mengekalkan paras suhu dalam had.

Formula ΔT yang dipermudahkan adalah simetri dengan kehilangan kuasa dan berkebalikan dengan lokasi penyebaran haba. ΔT≈1000×Kerugian kuasa¹.1×luasan dalam cm² ΔT≈1.1×luasan dalam cm²1000×Kerugian kuasa. Ini adalah anggaran dan tidak merangkumi semua pemindahan haba.

Penghantaran haba melalui pautan mengurangkan lonjakan paras suhu di kawasan anda. Kaedah rangkaian haba menilai peredaran haba dengan mengambil kira pekali pemindahan (α), kawasan (A), rintangan terma (R), dan ΔT. ΔT yang diukur tinggi mungkin menunjukkan kehadiran haba luaran atau pengurangan pelepasan haba.

Untuk litar ringkas, ΔT menganggap haba diserap oleh konduktor dengan pemindahan yang boleh diabaikan sepanjang tempoh ringkas tersebut. Pembolehubah trik ialah masa (T), suhu awal (Θ1) dan suhu maksimum dibenarkan (Θ2), kawasan (A), dan arus puncak (I).

Versi komprehensif menilai tabiat terma keadaan pegun, merangkumi arus semasa, keratan rentas, panjang, variasi rintangan produk, dan rintangan sentuhan. Sifat produk seperti rintangan (ρa), kekonduksian terma (λ), dan pekali suhu (α0) adalah penting. ΔT adalah berkebalikan dengan kawasan rentas.

Penurunan voltan bergantung pada arus dan ketahanan bar pengagih. Impedans AC lebih tinggi daripada DC akibat kesan peraturan seperti kesan kulit dan kesan kehadiran.

3. Kriteria Reka Bentuk yang Diperlukan

Penentuan saiz yang tepat memerlukan maklumat penting yang menentukan masalah elektrik dan persekitaran:

• Arus terus optimum: Arus operasi tegangan tetap.
• Peringkat suhu persekitaran optimum: Penting untuk pengiraan terma. Suhu persekitaran yang lebih tinggi mengurangkan kapasiti pemindahan haba. Spesifikasi seperti IEC 61439-1 menetapkan sekatan (contohnya, maksimum +40 °C, purata 24 jam +35 °C).
• Kenaikan suhu yang dibenarkan: Suhu maksimum yang boleh diterima melebihi suhu persekitaran, ditakrifkan oleh kriteria (IEC, UL, ANSI) dan skor penebat. Contohnya: ANSI C37.20 membenarkan lonjakan 65 °C melebihi suhu persekitaran 40 °C dengan pelapisan perak, 30 °C tanpa pelapisan perak. BS 159 membenarkan peningkatan 50 °C melebihi purata suhu persekitaran 35 °C. Peringkat sedia ada ditetapkan oleh ujian peningkatan tahap suhu.

Pelbagai spesifikasi lain:

• Jenis sedia ada (AC/DC) dan keteraturan (A/C): Menjejaskan peredaran sedia ada.
• Konfigurasi ansuran: Ruang, aliran udara, bar selari, jarak, penjajaran, kesan hentakan, penyebaran haba dan pengedaran semasa.
• Produk palang busbar untuk hartanah kediaman atau komersial: Rintangan, kekonduksian, pekali paras suhu.
• Terapi kawasan permukaan: Menjejaskan pengagihan haba sinaran.
• Ketinggian: Mungkin memerlukan pengurangan penarafan.
• Litar pintas sedia ada dan tempoh: Untuk kesilapan, bangun untuk pengesahan.

Spesifikasi ini membimbing pilihan kaedah dan pengurangan beban bagi menentukan dimensi yang diperlukan.

4. Kesan Tetapan Tetapan

Susun atur fizikal dan persekitaran sangat mempengaruhi keupayaan dan kecekapan terma.

Pembungkusan/Pengudaraan: Busbar tertutup mempunyai ampaciti yang lebih rendah berbanding yang terdedah kerana aliran udara yang terhad. Ampaciti dalam unit kebanyakannya ditentukan melalui ujian kenaikan suhu (UL, ANSI). Peraturan mudah mengenai ketebalan arus tidak boleh dipercayai untuk sistem tertutup. Penetapan pembuangan haba perlu berada dalam kapasiti ruang tertutup. Penyejukan paksa meningkatkan kebolehan berbanding konveksi semula jadi.

Bar Paralel/Penurunan Penarafan: Bar yang identik meningkatkan kapasiti, namun perkongsian sedia ada yang tidak sekata berlaku akibat toleransi, sambungan, dan reaktansi. Ini memerlukan pengurangan ampaciti keseluruhan di bawah jumlah bar tertentu. Pembolehubah pengurangan meningkat dengan lebih banyak bar yang identik. Keupayaan bar $n$ jauh lebih rendah daripada $n$ kali keupayaan satu bar.

Penjarakan/Orientasi: Jarak mempengaruhi pemindahan haba dan kedekatan memberi kesan. Menambah jarak meningkatkan pengagihan haba dan keupayaan. Susunan bersebelahan menjadi sejuk dengan kurang berkesan berbanding susunan bertindan. Memaksimumkan jarak rusuk/lubang meningkatkan pemindahan haba. Penyaman udara dengan kawasan permukaan bawah mendatar kurang boleh dipercayai.

Peralatan Padat/Sandwich: Pengapungan membenarkan reka bentuk yang kecil. Penjarian rapat mengurangkan induktans, rintangan, kejatuhan voltan, dan kerugian menarik.

Pelbagai Pembolehubah Lain: Unit logam (aluminium) mengurangkan kesan kehadiran dan pemanasan unit. Peningkatan memerlukan pengurangan penarafan. Sambungan yang buruk mencetuskan pemanasan rumah; tegangan sentuhan yang mencukupi adalah penting.

Faktor keadaan gabungan (K) mengambil kira pengaruh: kepelbagaian bar (k1), kawasan permukaan (k2), lokasi (k3, k4), aliran udara ($k5), jenis sedia ada (k6). Cat meningkatkan pengagihan (k2= 1.15). Faktor penempatan berbeza (pasang pada tepi k3= 1, pasang pada asas k3= 0.95 bagi satu).

5. Pengaruh Aplikasi AC vs. DC

Arus jenis, terutamanya kekerapan penyaman udara, mempengaruhi peredaran arus melalui kesan kulit dan kesan kehadiran, meningkatkan rintangan AC yang cekap dan kerugian.

Kesan Kulit: Penyejukan udara sedia ada berkonsentrasi berhampiran permukaan, mengurangkan kawasan berkesan. Lebih ketara pada kekerapan yang lebih tinggi. Kedalaman kulit (ketebalan semasa turun kepada ~ 37%) adalah kira-kira 8.5 mm untuk tembaga pada 50 Hz. Ini mengehadkan kepadatan bar bus yang cekap kepada kurang daripada 10 mm. Faktor-faktor (ys) dan formula empirik menganggarkan kerugian tambahan.

Impak Proksimiti: Medan elektromagnetik daripada konduktor berdekatan menjana arus eddy, terkumpul di kawasan tersebut. Ia meningkatkan rintangan AC dan kerugian secara berkesan, terutamanya apabila jaraknya rapat. Kerugian kuasa boleh meningkat lebih pantas daripada lokasi.

Faktor jarak (K=RAC/RDC) menilai peningkatan rintangan. Penurunan jarak meningkatkan hasil jarak dan kerugian.

Impak/Mitigasi Bersepadu: Kedua-dua kesan meningkatkan rintangan penyaman udara, kerugian I2R, dan penurunan voltan. Signifikan untuk arus tinggi (> 2000A) dan sistem yang panjang. Peningkatan kerugian kecil memberi kesan kewangan. Reaktansi tidak seimbang mencetuskan ketidaksamaan voltan dan daya elektrodinamik.

Teknik pengurangan:

• Tingkatkan Jarak: Mengurangkan pengaruh medan magnet.
• Pengselipan/Transposisi: Melaraskan yang wujud di kalangan bar yang sama.
• Geometri bar pemanduBeberapa bar yang lebih nipis mengatasi kesan pada kulit dengan jauh lebih baik daripada satu bar yang tebal.
• Lampiran: Bilik logam (aluminium) mengurangkan kesan keintiman.

Kesan campuran diambil kira oleh faktor pembetulan (S) = aspek kulit (Sk) * aspek keakraban (Sp).

6. Kaedah Pengiraan dan Keperluan

Penentuan saiz melibatkan metodologi yang disokong oleh piawaian keselamatan dan kebolehpercayaan. Teknik-teknik mengira kawasan yang diperlukan berdasarkan peningkatan suhu yang dibenarkan untuk arus berterusan, mengambil kira persekitaran dan kesan penyaman udara. Ini sering kali berulang [15].

Kriteria utama:

• IEC 61439 (Peralatan suis voltan rendah): Penting untuk busbar semasa pemasangan. IEC 61439-2 merangkumi PSC-Assemblies, yang memerlukan skor sedia ada memenuhi helaian maklumat pada suhu persekitaran yang ditetapkan. Penarafan sedia ada hendaklah berterusan selepas pengurangan penarafan; busbar utama dinilai untuk beban kecil melebihi saiz.

1. Pengesahan Peningkatan Suhu: Teknik termasuk ujian jenis, kontras, atau pengiraan.
2. Pengesahan Anggaran: Dibenarkan untuk pemasangan ≤1600 A menggunakan kriteria seperti IEC TR 60890. Memerlukan arus penarafan litar ≥ arus gaya. Had anggaran terpakai (≤1600 A, komponen dinilai semula kepada 80%). Bagi kompartmen tunggal ≤ 630 A bekalan lengkap, anggaran dibenarkan jika data kerugian disediakan, kerugian adalah sekata, dan arus litar ≤ 80 daripada penarafan udara bebas.
3. Faktor Kepelbagaian Terperingkat (RDF): 1.0 untuk palang pengagih arus lurus primer dalam ujian/kiraan IEC 61439-2.
   Lintasan Rentas Minimum: Spesifikasi mungkin menetapkan kawasan minimum (contohnya, 125% bagi skor semasa yang diperlukan).
4. Penyebaran kuasa: Secara keseluruhan, kerugian penubuhan mestilah dalam kapasiti unit.
5. Standard UL dan ANSI: Digunakan di Amerika Syarikat dan Kanada. Penentuan saiz biasanya berdasarkan ujian kenaikan suhu. Eaton menggunakan kenaikan UL/ANSI 65 °C berbanding suhu persekitaran 40 °C.

• Kriteria NEMA: Garis panduan untuk reka bentuk/pengujian.
• Organisasi Pertumbuhan Tembaga (CDA): Sumber termasuk penyelesaian yang diperkemas, kaedah visual, dan jadual keupayaan arus.
• Data/Formula Empirik: Digunakan apabila simulasi tidak dapat dilaksanakan. Gunakan dengan berhati-hati dan sahkan.
• Pengiraan Litar Pendek: Spesifikasi menawarkan pendekatan untuk ketahanan terma/mekanikal.

Pilihan teknik bergantung kepada kerumitan sistem, ketepatan yang diperlukan, jadual maklumat, dan piawaian pengawalseliaan. Sistem fasiliti atau sistem yang melebihi had pengkomputeran memerlukan ujian fizikal.

7. Memilih Dimensi Fizikal

Selepas menentukan kawasan rentas yang diperlukan, pilih saiz dan ketumpatan yang sesuai. Pertimbangkan saiz asas, ketahanan mekanikal, prestasi terma, dan aliran arus.

Busbar tembaga tersedia dalam dimensi segi empat sama piawai. Pilih ukuran yang memberikan lokasi yang dikira (contohnya, bagi dua lokasi berjarak 500 mm, boleh menggunakan 50×10 mm atau beberapa bar selari).

Faktor-faktor untuk pilihan dimensi:

• Dimensi Asas: Mempermudah pembelian, meminimumkan kos.
• Ketahanan mekanikal: Perlu menahan beban, pemasangan, dan daya elektrodinamik litar pintas. Pengukuran dan jarak mempengaruhi kekakuan.
• Kecekapan Terma: Luas permukaan adalah penting untuk penyingkiran haba. Bar yang lebih lebar dan lebih nipis mempunyai luas permukaan yang lebih besar untuk penyejukan yang jauh lebih baik dan
• keupayaan arus yang lebih tinggi.
• Sirkulasi sedia ada (AC): Kesan kulit/keberdekatan mempengaruhi pengedaran. Beberapa bar nipis boleh meningkatkan kecekapan AC. Menjarakkan bar selari menguruskan kesan keakraban.
• Keperluan Sambungan: Dimensi mesti sesuai dengan terminal peranti. Kawasan yang luas untuk sambungan bolt memastikan rintangan panggilan yang rendah.
• Sekatan Kawasan: Ukuran hendaklah muat dalam petak/bilik pemasangan. Sistem mudah alih mengurangkan ruang.

Ketumpatan sedia ada adalah pemeriksaan yang ketat. Ketebalan yang dibenarkan lebih tinggi untuk bar yang lebih kecil. Anggaran kasar untuk tembaga dalam udara tenang ialah kira-kira 2 A/mm².

Pilihan dimensi akhir mengimbangkan kecekapan elektrik/terma, keperluan mekanikal, ruang, harga, dan kebolehmembuatan.

8. Peranti Penilaian dan Pemilihan Saiz Lanjutan

Perisian lanjutan menyediakan analisis dan pengoptimuman menyeluruh untuk sistem kemudahan, arus tinggi, dan transient menggunakan FEA dan CFD.

CENOS BBH: Analisis terkuppul elektomagnetik, terma dan seni bina untuk palang pengagih AC/DC. Meniru pengagihan sedia ada, pemanasan rumah Joule, titik panas, penurunan voltan, tegasan terma. Membolehkan pengubahsuaian reka bentuk dan pengoptimuman. Menyokong analisis keadaan pegun dan jangka pendek.

Ansys: Simulasi elektromagnetik (Maxwell) dan termal (Icepak) secara berpasangan. Berfaedah untuk bar bus inverter. Penyelesai jangka pendek Maxwell mengesan peredaran kerugian ohmik (termasuk kesan penyejukan), yang dipetakan ke Icepak untuk penilaian termal. .

EMWorks: Simulasi elektrotermal yang menumpukan pada rintangan penjanaan haba. Penyelesai Transmisi Elektrik yang digabungkan dengan analisis termal mensimulasikan kawasan, ketumpatan semasa, kemungkinan, suhu, dan perubahan haba. Memerlukan model produk, input (konveksi, persekitaran), dan pemesaan.

JMAG-Designer: Terdiri daripada analisis tegasan terma busbar. Meramalkan peningkatan paras suhu dan variasi berdasarkan penilaian penjanaan haba medan magnet.

Peranti-peranti ini membolehkan analisis mendalam melangkaui pendekatan yang dikendalikan secara manual:

• Reka geometri/susun atur yang rumit.
• Buat pengedaran penyaman udara tidak sekata yang ada.
• Meniru transient (litar ringkas, pelbagai pengubahsuaian).
• Nilai pendekatan penyejukan.
• Jangka pengagihan suhu/titik panas.
• Kaji semula kebimbangan mekanikal (pembesaran terma, daya elektromagnet).
• Optimumkan dimensi, jarak dan bahan.

Mereka memerlukan pengetahuan khusus, namun memperhalusi reka bentuk, menjamin pematuhan, dan menolak had kapasiti. CFD menilai peningkatan suhu di bawah pelbagai keadaan. Formula analitik mengautomasikan pengiraan keupayaan arus dan pekali pemindahan haba. Simulasi boleh melengkapi atau menggantikan ujian fizikal semasa proses reka bentuk.