铜排的载流量如何确定?

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关于矩形铜排的载流量,国内中低压成套厂一直都是各自有各自的算法,因为行业内没有相关的GB或者IEC标准可以参考。

我毕业后的第一份工作,是在国内一家比较大型的中压成套厂从事结构设计,几年后又转到另一家低压成套厂从事相同的工作。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

两家公司都有一个共同的特点,就是铜排的载流量几乎都是参考同一张A4表格,但是不知道其出处,甚至和网上的搜索到材料很相似。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

作为一个职场新人,如何去理解铜排的载流量呢?文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

一、配四设计手册中的铜排载流量

设计院工程师在绘制低压成套一次系统图时,主母线的规格和载流量经常会参照《工业与民用配电设计手册》第四版(简称配四)第9章的表9.3-35 ,如下表。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

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比如,单根涂漆矩形铜排100*10,在环境温度25℃、铜排允许运行温度70℃时,平放时载流量为2174A,竖放时载流量为2265A。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

竖放比平放载流量高,是因为竖放时母排散热更好,如下图:文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

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实际上这张表格对低压成套厂的意义不大,因为配四表格9.3-35中铜排载流量是基于:环境温度25℃,铜排最高运行温度是70℃,铜排的温升是45K。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/how-to-determine-the-current-carrying-capacity-of-copper-bars/

低压柜的设计和制造标准是GB/T 7251.1和GB/T 7251.12,在验证铜排载流量试验(即温升试验)时是基于:环境平均温度35℃,铜排的最高运行温度是105℃,铜排的温升是70K。

铜排的载流量如何确定?

我在之前的文章:低压电器的端子为何要镀银或者镀锡?中提到,福州大学张冠生教授的《电器学》和GB/T25840-2010 规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则等材料中,关于导体载流量与温升的关系是:温升与电流的p次方成正比,温升允许值越高,说明导体允许流过的电流越大。

p值取决于导体的表面散热系数,通常在1.5到2之间,一般取平均值1.76。

低压柜设计标准GB/T7251.1中的环境温度是柜外环境温度,如果要考虑铜排周围的环境温度,依据GB∕T 24276-2017 通过计算进行低压成套开关设备和控制设备温升验证的一种方法中的经验,柜内的温度一般比柜外温度高20℃,所以低压柜内温度一般按55℃考虑,即:低压柜内铜排周围环境温度按55℃考虑。

基于上述分析,我们才说《工业与民用配电手册》第四版中铜排载流量对于指导低压柜厂母排选型意义不大,甚至会出现按配四选型后,铜排规格与低压柜CCC证书不符的情况。

既然GB和IEC没有权威的相关标准可以指导铜排载流量选型,那么是否有其他标准可以参考呢?其实还是有的,它就是接下来我们要讨论的德国标准DIN43671。

二、DIN43671-1975 铜排载流量标准

铜排载流量比较权威的标准是DIN43671-1975,该标准定义了矩形铜排在环境温度35℃,铜排运行温度65℃时的载流量,如下表。

铜排的载流量如何确定?

铜排的载流量如何确定?

例如竖直摆放,单根涂漆的铜排100*10的载流量为1810A,而单根裸铜排100*10的载流量为1490A。

涂漆铜排与裸铜排载流能力不一样,主要是因为二者热辐射散热时的发射率不一样,发射率与发热体表面状况以及颜色有关。

铜排的载流量如何确定?

涂漆铜排的发射率为0.9,而裸铜排的发射率为0.4。

DIN43671-1975同时还给出了不同环境温度和不同铜排运行温度下的载流量换算方法。

表格中横轴为铜排允许温度,曲线簇为环境温度,纵轴为换算系数K2,如果环温35℃、铜排允许温度是65℃,则系数K2=1。

铜排的载流量如何确定?

在DIN43671中,当环境温度35℃、铜排允许温度65℃、竖放时,单根涂漆的铜排100*10的载流量为1810A。

如果要换算成《工业与民用配电设计手册》第四版中的环境温度25℃、铜排允许温度70℃时载流量,则需要查表得到K2=1.25。

经过计算,铜排载流量为1810*1.25=2262A,与配四给出的载流量2265A相差无几。

铜排的载流量如何确定?

同样的道理,如果要换算成GB/T7251.1低压柜内环境温度55℃、铜排允许温度105℃时的载流量,则需要查表得到K2=1.3。

经过计算,铜排载流量为1810*1.3=2353A。

低压柜内的铜排一般都为裸铜排,所以如果按照柜内温度55℃,铜排运行温度105℃,则竖放情况下,100*10的铜排载流量为1490*1.3=1937A。

将DIN43671-1975的铜排载流量作为参考,工业与民用配电设计手册、GB/T7251.1标准中铜排载流量理论计算的系数如下表。

铜排的载流量如何确定?

三、总结

1、铜排的载流量除了要考虑摆放方式和表面处理方式之外,更重要是考虑其环境温度和允许运行温度的影响;

2、DIN43671-1975给出了环境温度35 ℃、运行温度65℃下铜排的载流量,其他环境温度和运行温度下铜排载流量,可以通过查表乘以相应的系数;

3、工业与民用配电设计手册中铜排载流量,是基于环境温度25℃和运行温度70℃,而低压柜设计制造标准GB/T7251.1-2013,要求柜内环境温度55℃(柜外平均环境温度35℃)、运行温度105℃下的载流量,所以配四中的数据不能直接采用;

4、DIN43671-1975中铜排载流量可以作为参考基准,低压柜内或其他场合铜排载流量的计算,只要能确定环境温度和运行温度,都可以得到相应的载流量;

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