Doğru bakır barası Boyutlandırma, güvenli, güvenilir ve verimli elektrik akışı için hayati önem taşır. Baralar, şalt cihazlarında ve dağıtım panolarında yüksek akımları dağıtır. Uygun olmayan boyutlandırma, aşırı ısınmaya, güç kaybına, gerilim düşüşüne ve yalıtım hasarı veya yangın gibi olası arızalara neden olur. Etkileyen faktörleri ve boyutlandırma yöntemlerini anlamak çok önemlidir.
Busbarın mevcut taşıma kapasitesi (ampacity), çoğunlukla termal verimlilik (sıcaklık artışı), akım kapasitesi ve gerilim düşüşü ile sınırlıdır. Sıcaklık artışı, özellikle odalarda genellikle en önemli faktörlerden biridir. Sıcaklığı sınırlar içinde tutmak için $I ^ 2R$ kayıplarından kaynaklanan ısı, ortamdan uzaklaştırılmalıdır.
Basitleştirilmiş bir ΔT formülü, güç kaybına simetriktir ve ısı yayılımının gerçekleştiği alana ters orantılıdır. ΔT ≈ 1000 × güç kaybı / (1,1 × cm² cinsinden alan) ΔT ≈ 1,1 × cm² cinsinden alan / (1000 × güç kaybı). Bu değer yaklaşık bir değerdir ve tüm ısı transferini kapsamaz.
Bağlantılar yoluyla ısı iletimi, bölgenizdeki sıcaklık artışını azaltır. Sıcaklık ağı yöntemi, ısı transfer katsayısı (α), alan (A), termal direnç (R) ve ΔT değerlerini dikkate alarak ısı dolaşımını değerlendirir. Ölçülen ΔT değerinin yüksek olması, dışarıdan gelen ısıya veya ısı kaybının azalmasına işaret edebilir.
Kısa devreler söz konusu olduğunda, ΔT değeri, bu kısa süre boyunca ihmal edilebilir düzeyde bir ısı transferi ile ısının iletken tarafından emildiğini varsayar. Etkili değişkenler şunlardır: zaman (T), başlangıç (Θ1) ve izin verilen maksimum (Θ2) sıcaklık seviyeleri, alan (A) ve RMS akım (I)
Kapsamlı versiyonlar, sabit durum termal davranışlarını değerlendirir; akım, kesit alanı, uzunluk, ürün direnci değişimi ve temas direncini hesaba katar. Dirençlilik (ρa), termal iletkenlik (λ) ve sıcaklık katsayısı (α0) gibi malzeme özellikleri önemlidir. ΔT, kesit alanıyla ters orantılıdır.
Gerilim düşüşü, akım ve baraların bağışıklığına bağlıdır. Deri etkisi ve yakınlık etkisi gibi düzenlilik etkilerinin sonucu olarak, alternatif akım empedansı doğru akım empedansından daha yüksektir.
Doğru boyutlandırma için, elektriksel ve çevresel sorunları belirten önemli veriler gereklidir:
Diğer çeşitli teknik özellikler:
Bu teknik özellikler, gerekli boyutların belirlenmesinde yöntem seçimi ve güç azaltma konusunda kılavuz niteliğindedir.
Fiziksel düzen ve ortam, akım taşıma kapasitesini ve termal verimliliği büyük ölçüde etkiler.
Muhafaza/Havalandırma: Kapalı baralar, hava akışının sınırlı olması nedeniyle açık hava baralarına göre daha düşük akım taşıma kapasitesine sahiptir. Birimler cinsinden akım taşıma kapasitesi, esas olarak sıcaklık artışı testleri (UL, ANSI) ile belirlenir. Basit akım yoğunluğu kuralları, kapalı sistemler için güvenilir değildir. Güç kaybı ayarları, muhafaza kapasitesi sınırları içinde kalmalıdır. Zorunlu soğutma, doğal konveksiyona kıyasla kapasiteyi artırır.
Paralel Çubuklar/Güç Azaltma: Aynı tip şineler kapasiteyi artırır; ancak toleranslar, bağlantılar ve reaktans nedeniyle mevcut yük paylaşımı eşit olmayan bir şekilde gerçekleşir. Bu durum, belirli şinelerin sayısından daha az bir değerde toplam akım taşıma kapasitesinin belirlenmesini gerektirir. Azaltma faktörleri, aynı tip şinelerin sayısı arttıkça artar. $n$ çubuklarındaki mevcut kapasite, bir çubuğun kapasitesinin $n$ katından çok daha azdır.
Boşluk/Yönlendirme: Aralık, ısı transferini etkiler; yakınlık ise etkileri belirler. Aralığın artırılması, ısı dağılımını ve akım taşıma kapasitesini artırır. Yan yana dizili düzenlemeler, üst üste dizili düzenlemelere kıyasla daha az etkili bir şekilde soğutma sağlar.] Kanat aralıklarının ve deliklerin en üst düzeye çıkarılması, ısı transferini artırır. Yatay alt yüzey alanındaki hava sirkülasyonu daha az güvenilirdir.
Kompakt/Sandviç Makinaları: Kaplama, kompakt tasarımlara olanak tanır. Parçalar arasındaki mesafenin daraltılması, endüktansı, direnci, gerilim düşüşünü ve kayıpları azaltır.
Çeşitli Diğer Değişkenler: Metalik üniteler (alüminyum), yakınlık kaynaklı etkileri ve ünitenin ısınmasını azaltır. Yükseklik nedeniyle güç derecesinin düşürülmesi gerekir. Zayıf bağlantılar ünitenin ısınmasına neden olur; yeterli temas gerilimi şarttır.
Birleşik durum faktörü (K), şu etkenleri hesaba katar: çubuk çeşitliliği (k1), yüzey alanı (k2), konum (k3, k4), hava akışı ($k5), mevcut tip (k6). Boya, ısı dağılımını artırır (k2 = 1,15). Yer faktörleri farklılık gösterir (örneğin, kenara monte edilmiş k3 = 1, tabana monte edilmiş k3 = 0,95).
Akım türü, özellikle de alternatif akım frekansı, deri ve yakınlık etkileri yoluyla akım dolaşımını etkileyerek, alternatif akım direncini ve kayıpları artırır.
Cilt Etkisi: Mevcut klima sistemi yüzeye yakın bölgelerde yoğunlaşarak etkin alanı azaltmaktadır. Bu durum, daha yüksek frekanslarda daha belirgin hale gelir. 50 Hz'de bakır için cilt derinliği (akım kalınlığı ~ 37%'ye kadar azalır) ~ 8,5 mm'dir. Bu, 10 mm'nin altındaki verimli barası yoğunluğunu sınırlar. Faktörler (ys) ve ampirik formüller, ek kayıpları tahmin eder.
Yakınlık Etkisi: Yakındaki iletkenlerden kaynaklanan elektromanyetik alanlar, belirli bölgelerde girdap akımlarının yoğunlaşmasına neden olur. Bu durum, özellikle aralıkların dar olduğu durumlarda, alternatif akım direncini ve kayıpları artırır. Güç kaybı, konuma göre daha hızlı artabilir.
Mesafe faktörü (K=RAC/RDC), direnç artışını değerlendirir. Mesafenin azalması, mesafe sonucunu ve kayıpları artırır.
Entegre Etki/Azaltma: Her iki etki de klimanın direncini, I2R kayıplarını ve gerilim düşüşünü artırır. Yüksek akımlar (> 2000 A) ve uzun sistemler için önemlidir.] Küçük kayıp artışları bile mali açıdan etkiye sahiptir. Dengesiz reaktans, gerilim dengesizliklerine ve elektrodinamik kuvvetlere yol açar.
Azaltma teknikleri:
Karışık etki, bir düzeltme faktörü (S) = cilt özelliği (Sk) * yakınlık özelliği (Sp) ile hesaba katılır.
Boyutlandırma, güvenlik ve güvenilirlik standartlarının desteklediği yöntemleri içerir. Bu teknikler, çevre koşullarını ve iklimlendirme sistemlerinin etkilerini göz önünde bulundurarak, sürekli akım için izin verilen sıcaklık artışına dayalı olarak gerekli alanı hesaplar. Bu işlem genellikle tekrarlayıcı niteliktedir [15]
Temel kriterler:
Teknik seçimi, sistemin karmaşıklığına, gerekli hassasiyete, bilgi akış planına ve ilgili standartlara bağlıdır. Tesis sistemleri veya hesaplama sınırlarının ötesine geçen sistemler için fiziksel tip testi gereklidir.
Gerekli kesit alanını belirledikten sonra, uygun boyut ve yoğunluğu seçin. Temel boyutları, mekanik dayanıklılığı, termal performansı ve akım dağılımını göz önünde bulundurun.
Bakır baralar standart dikdörtgen boyutlarda mevcuttur. Hesaplanan konuma uygun ölçüleri seçin (örneğin, 500 mm’lik bir konum için 50×10 mm’lik bir bar veya çok sayıda paralel bar kullanılabilir).
Mevcut yoğunluk, zorlu bir kriterdir. Daha küçük çubuklar için izin verilen kalınlık daha yüksektir. Hareketsiz havada bakır için kabaca yapılan bir tahmin, ~ 2 A/mm²'dir.
Nihai boyut seçeneği, elektriksel/termal verimlilik, mekanik gereksinimler, yer, fiyat ve üretilebilirlik unsurları arasında bir denge sağlar.
Gelişmiş yazılım, FEA ve CFD yöntemlerini kullanarak tesis sistemleri, yüksek akımlar ve geçici durumlar için kapsamlı analiz ve optimizasyon sağlar.
CENOS BBH: AC/DC baralar için birleşik elektromanyetik, termal ve mimari analiz. Mevcut dağıtım sistemini, Joule ısı kaybını, sıcak noktaları, gerilim düşüşünü ve termal gerilimi simüle eder. Tasarım değişikliği ve optimizasyonuna olanak tanır. Kararlı durum ve kısa süreli analizleri destekler.
Ansys: Elektromanyetik (Maxwell) ve termal (Icepak) simülasyonları birleştirir. İnvertör baraları için faydalıdır. Maxwell’in kısa vadeli çözücüsü, (klima etkilerinden oluşan) ohmik kayıp akışını belirler ve bu veriler termal değerlendirme için Icepak’a aktarılır. .
EMWorks: Isı oluşumunun önlenmesine odaklanan elektrotermal simülasyon. Termal analize entegre edilmiş elektrik iletim çözücüsü, alanı, akım yoğunluğunu, akımı, sıcaklığı ve ısı değişimini simüle eder. Ürün özellikleri, giriş verileri (konveksiyon, ortam) ve ağ oluşturma gereklidir.
JMAG-Designer: Baralar üzerinde yapılan termal gerilme analizinden oluşur. Manyetik alan değerlendirmesinden kaynaklanan ısı oluşumuna bağlı olarak sıcaklık artışını ve değişimini tahmin eder.
Bu cihazlar, manuel yöntemlerin ötesinde derinlemesine analizler yapılmasına olanak tanır:
Bu işlemler özel bilgi gerektirir; ancak tasarımları iyileştirir, uygunluğu garanti eder ve kapasite sınırlarını zorlar. CFD, çeşitli koşullar altında sıcaklık artışını değerlendirir. Analitik formüller, akım taşıma kapasitesi ve ısı transfer katsayısını otomatik olarak hesaplar. Simülasyon, tasarım aşamasında fiziksel testleri tamamlayabilir veya bunların yerini alabilir.
