关于母排载流量
风速fl
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2023年12月08日 13:34:34
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母排载流量是一个复杂的问题,这是一个系统工程,需要在开关柜系统内考虑这个问题,设计到柜体尺寸,柜体通风等等因素。 载流量计算有几个公式,都是基于发热和散热平衡来计算的。 单根铜排空气中载流量的计算公式:       其中I为额定电流, R是铜排的电阻值,铜排宽度b,高度是a,  

母排载流量是一个复杂的问题,这是一个系统工程,需要在开关柜系统内考虑这个问题,设计到柜体尺寸,柜体通风等等因素。


载流量计算有几个公式,都是基于发热和散热平衡来计算的。

单根铜排空气中载流量的计算公式:

   

 

其中I为额定电流,

R是铜排的电阻值,铜排宽度b,高度是a,  

A是铜排散热表面积(m 2 ),

ΔT是温升,即铜排表面温度与环境温度之差;ρ

Kt是铜排表面的综合散热系数(W/m 2 ·K),它表明铜排表面的散热能力,与铜排的表面状况和所处环境有关,综合表面散热系数Kt通常取6~9W/m 2 ·K。

整理后载流量计算公式如下:

 

   

 

以一根80x10mm竖直安装的铜排为例, Kt取9W/m 2 ·K

   

通过计算 =1397.8A

   

  计算公式还有

 
 

I载流量,单位A

(Θ-Θn)环境温度≤40,单位 O C

S母线截面积 cm2

P母线周长 cm

ρ导体20度时电阻,铜为1.83μΩcm

α电阻温度系数 0,04

K 条件系数,计算单根铜排载流量取 1

同样以单根80x10铜母线计算得出载流量是  1713A。



综合条件系数 K由k1到k6乘积组成

1根母线(k1=1)

2或3根母线,见下表:



这个系数两个关键点,一是e/a,同等截面积,还有就是根数,可以看出相互关系。

裸露:k2=1

涂漆:k2=1.15 涂漆有利于散热,增大载流量,BTW,热缩套管也有利于散热。

边缘安装母线:k3=1

1根安装在底座上的母线:k3=0.95

几个底座安装的母线:k3=0.75

平静的室内空气:k4=1

平静的室外空气:k4=1.2

非通风管道中的母线:k4=0.80

无人工通风:k5=1

通风应根据具体情况进行处理,然后通过测试验证。

对于频率≤60 Hz的交流电流,k6是由每相的根数n及其间距决定的。

间距等于母线厚度的k6值:n=1,k6=1;n=2,k6=1;n=3,k=0.98  

 

6根10x80铜排的载流量可以计算得出:

I=1397.8xK1...K6=1397.8X4.4X0.98=6027.3A


上述计算是采用直流电阻率。对于国内一般的开关柜来说,上述电流应该是偏大,基本上不能通过温升试验,那是由于国内开关柜铜排布置比较紧密,导致交流电阻显著升高,一般达到直流电阻的1.2到1.5倍,导致发热严重。


交流电阻是在交流电情况下集肤效应邻近效应影响产生的,首先集肤效应,和铜排的形状关系密切。导体的电阻在交流时总是比在直流时高。交流电流产生的交变磁通量与导体相互作用,产生一个反电势,该反电势倾向于减少导体中的电流。导体的中心部分受到最大数量的磁力线的影响,线连接的数量随着边缘的接近而减少。通过这种方式由自感产生的电动势在大小和相位上都不同,因为在导体横截面的中心较大,在外部较小。因此,电流倾向于流入导体中对向电动势最小的部分;也就是说,进入矩形导体的外表面或边缘,产生所谓的“红色”效应。由此产生的不均匀电流密度会增加导体的电阻,并导致损耗增加。效应的大小和重要性随着频率、导体的大小、形状和厚度的增加而增加 ,但与流动电流的大小无关 。应注意的是,随着导体温度的升高,趋肤效应减小,从而在高温下产生低于预期的交流电阻。由于铜导体的电阻率较低,因此铜导体的这种影响比等截面积的铝导体更明显。这种差异在大母线截面中尤为明显。


而邻近效应则是受到流动电流相互作用的影响,导致电流偏向远离相对面的方向,从而电流密度不均衡,总体电流密度下降。


因此载流量不是简单的可以套用的,与母排布置,柜体结构等息息相关。而开关柜的温升不只是母线的问题,元器件的发热量,局部发热过高、涡流等等都是导致温升超标的原因,需要通过系统设计是解决开关柜温升超标的问题。


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