銅排的載流量如何確定?
關(guān)于矩形銅排的載流量,國內(nèi)中低壓成套廠一直都是各自有各自的算法,因為行業(yè)內(nèi)沒有相關(guān)的GB或者IEC標(biāo)準(zhǔn)可以參考。
作為一個職場新人,如何去理解銅排的載流量呢?
一、配四設(shè)計手冊中的銅排載流量
設(shè)計院工程師在繪制低壓成套一次系統(tǒng)圖時,主母線的規(guī)格和載流量經(jīng)常會參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第四版(簡稱配四)第9章的表9.3-35 ,如下表。
比如,單根涂漆矩形銅排100*10,在環(huán)境溫度25℃、銅排允許運(yùn)行溫度70℃時,平放時載流量為2174A,豎放時載流量為2265.A。
豎放比平放載流量高,是因為豎放時母排散熱更好,如下圖:
實際上這張表格對低壓成套廠的意義不大,因為配四表格9.3-35中銅排載流量是基于:環(huán)境溫度25℃,銅排zui高運(yùn)行溫度是70℃,銅排的溫升是45K。
低壓柜的設(shè)計和制造標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 7251.1和GB/T 7251.12,在驗證銅排載流量試驗(即溫升試驗)時是基于:環(huán)境平均溫度35℃,銅排的zui高運(yùn)行溫度是105℃,銅排的溫升是70K。
我在之前的文章:低壓電器的端子為何要鍍銀或者鍍錫?中提到,福州大學(xué)張冠生教授的《電器學(xué)》和GB/T25840-2010 規(guī)定電氣設(shè)備部件
(特別是接線端子)允許溫升的導(dǎo)則等材料中,關(guān)于導(dǎo)體載流量與溫升的關(guān)系是:
溫升與電流的p次方成正比,溫升允許值越高,說明導(dǎo)體允許流過的電流越大。
p值取決于導(dǎo)體的表面散熱系數(shù),通常在1.5到2之間,一般取平均值1.76。
低壓柜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB/T7251.1中的環(huán)境溫度是柜外環(huán)境溫度,如果要考慮銅排周圍的環(huán)境溫度,依據(jù)GB∕T 24276-2017
通過計算進(jìn)行低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備溫升驗證的一種方法中的經(jīng)驗,
柜內(nèi)的溫度一般比柜外溫度高20℃,所以低壓柜內(nèi)溫度一般按55℃考慮,即:低壓柜內(nèi)銅排周圍環(huán)境溫度按55℃考慮。
基于上述分析,我們才說《工業(yè)與民用配電手冊》第四版中銅排載流量對于指導(dǎo)低壓柜廠母排選型意義不大,甚至?xí)霈F(xiàn)按配四選型后,銅排規(guī)格與低壓柜CCC證書不符的情況。
既然GB和IEC沒有權(quán)威的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以指導(dǎo)銅排載流量選型,那么是否有其他標(biāo)準(zhǔn)可以參考呢?其實還是有的,它就是接下來我們要討論的德國標(biāo)準(zhǔn)DIN43671。
二、DIN43671-1975 銅排載流量標(biāo)準(zhǔn)
銅排載流量比較權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)是DIN43671-1975,該標(biāo)準(zhǔn)定義了矩形銅排在環(huán)境溫度35℃,銅排運(yùn)行溫度65℃時的載流量,如下表。
例如豎直擺放,單根涂漆的銅排100*10的載流量為1810A,而單根裸銅排100*10的載流量為1490A。
涂漆銅排與裸銅排載流能力不一樣,主要是因為二者熱輻射散熱時的發(fā)射率不一樣,發(fā)射率與發(fā)熱體表面狀況以及顏色有關(guān)。
涂漆銅排的發(fā)射率為0.9,而裸銅排的發(fā)射率為0.4。
DIN43671-1975同時還給出了不同環(huán)境溫度和不同銅排運(yùn)行溫度下的載流量換算方法。
表格中橫軸為銅排允許溫度,曲線簇為環(huán)境溫度,縱軸為換算系數(shù)K2,如果環(huán)溫35℃、銅排允許溫度是65℃,則系數(shù)K2=1。
在DIN43671中,當(dāng)環(huán)境溫度35℃、銅排允許溫度65℃、豎放時,單根涂漆的銅排100*10的載流量為1810A。
如果要換算成《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第四版中的環(huán)境溫度25℃、銅排允許溫度70℃時載流量,則需要查表得到K2=1.25。
經(jīng)過計算,銅排載流量為1810*1.25=2262A,與配四給出的載流量2265.A相差無幾。
同樣的道理,如果要換算成GB/T7251.1低壓柜內(nèi)環(huán)境溫度55℃、銅排允許溫度105℃時的載流量,則需要查表得到K2=1.3。
經(jīng)過計算,銅排載流量為1810*1.3=2353A。
低壓柜內(nèi)的銅排一般都為裸銅排,所以如果按照柜內(nèi)溫度55℃,銅排運(yùn)行溫度105℃,則豎放情況下,100*10的銅排載流量為1490*1.3=1937A。
將DIN43671-1975的銅排載流量作為參考,工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊、GB/T7251.1標(biāo)準(zhǔn)中銅排載流量理論計算的系數(shù)如下表。
三、總結(jié)
1、銅排的載流量除了要考慮擺放方式和表面處理方式之外,更重要是考慮其環(huán)境溫度和允許運(yùn)行溫度的影響;
2、DIN43671-1975給出了環(huán)境溫度35 ℃、運(yùn)行溫度65℃下銅排的載流量,其他環(huán)境溫度和運(yùn)行溫度下銅排載流量,可以通過查表乘以相應(yīng)的系數(shù);
3、工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊中銅排載流量,是基于環(huán)境溫度25℃和運(yùn)行溫度70℃,而低壓柜設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)GB/T7251.1-2013,要求柜內(nèi)環(huán)境溫度55℃(柜外平均環(huán)境溫度35℃)、運(yùn)行溫度105℃下的載流量,所以配四中的數(shù)據(jù)不能直接采用;
4、DIN43671-1975中銅排載流量可以作為參考基準(zhǔn),低壓柜內(nèi)或其他場合銅排載流量的計算,只要能確定環(huán)境溫度和運(yùn)行溫度,都可以得到相應(yīng)的載流量