Подробное объяснение выбора медных шин, расчета допустимой нагрузки по току и процесса гибки распределительных устройств высокого напряжения

Допустимая нагрузка по току электрической медной шины — это максимальный ток, который она может непрерывно пропускать, не превышая допустимую температуру в определенных условиях. В практическом проектировании допустимая нагрузка по току изгибаемой медной шины — это не фиксированная величина, а динамический параметр, на который влияют различные факторы, такие как метод установки, температура окружающей среды, форма поперечного-сечения и количество слоев.

Во-первых, способ установки оказывает существенное влияние на рассеивание тепла. Способы установки внутри шкафа в основном делятся на горизонтальное и вертикальное размещение. Поскольку при вертикальном размещении более полно используется площадь поверхности рассеивания тепла и достигается лучшая конвекция воздуха, текущая пропускная способность при вертикальном размещении обычно немного больше, чем при горизонтальном размещении. Поэтому главные шины в больших распределительных шкафах чаще всего устанавливаются вертикально.

Во-вторых, температура окружающей среды является важной переменной, которую необходимо учитывать. Расчетная температура окружающей среды обычно составляет 35 или 40 градусов. Когда фактическая температура окружающей среды выше этого значения, допустимая нагрузка по току заземляющей шины Чатсуорта уменьшится, и ее необходимо умножить на соответствующий температурный поправочный коэффициент; и наоборот, чем ниже температура, тем больше пропускная способность по току может быть соответствующим образом увеличена.

В инженерных оценках мы можем использовать эмпирические формулы для быстрого расчета. При одиночном изгибе медной шины ее допустимая нагрузка по току примерно равна ширине шины (мм), умноженной на коэффициент толщины. Коэффициент толщины связан с толщиной медной заземляющей шины; например, шина толщиной 10 мм имеет коэффициент примерно 18, а шина толщиной 12 мм имеет коэффициент примерно 20.

Для многослойных конструкций из-за худшего рассеивания тепла пропускная способность по току не является простым кратным сложением. Допустимая нагрузка по току двух-слойной шины обычно примерно в 1,56–1,58 раза выше, чем у однослойной-шины, трехслойной — примерно в 2 раза, четырехслойной — примерно в 2,45 раза. Однако стоит отметить, что четыре слоя и выше не рекомендуются для инженерных применений из-за трудностей с отводом тепла и значительного скин-эффекта; вместо этого рекомендуется использовать шины неправильной формы или однослойные шины-с большим поперечным-сечением.

При проектировании распределительных устройств высокого-напряжения простого соблюдения требований по номинальной допустимой нагрузке по току недостаточно. Электрическая заземляющая шина должна быть способна выдерживать воздействие тока короткого-замыкания системы, т. е. соответствовать требованию «кратковременно выдерживаемого тока». Это крайне важно для обеспечения того, чтобы электролитическая медная шина не расплавилась из-за перегрева и не вызвала повреждение оборудования в случае короткого-замыкания.

По формуле, приведенной в Приложении D стандарта GB3906, мы можем рассчитать минимальную площадь поперечного сечения изолированной заземляющей шины исходя из условий термической стабильности. Формула: S=(I/a) × √(t/Δθ). где S — площадь поперечного-сечения проводника, I — номинальный кратковременный-выдерживаемый ток (ток короткого-замыкания), a — коэффициент материала (13 для меди), t — продолжительность короткого-замыкания (обычно 4 секунды для систем высокого-напряжения), а Δθ — превышение температуры (обычно 215 К для неизолированных проводников).

Эту формулу можно использовать для определения требований к минимальной-площади поперечного сечения для различных номиналов короткого-замыкания. Например, для системы 25 кА/4S минимальная площадь поперечного-сечения заземляющей шины телекоммуникаций должна составлять 260 мм²; для системы 31,5 кА/4S минимальная площадь поперечного-сечения должна составлять 330 мм²; а для системы 63 кА/4S она должна составлять 660 мм². При фактическом выборе проектировщикам необходимо рассчитать площадь поперечного-сечения, необходимую для номинального тока, и площадь поперечного-сечения, необходимую для стойкости к короткому-замыканию, и принять максимальное значение этих двух значений в качестве окончательной основы выбора. Например, для цепи с номинальным током 630 А требуется только поперечное-сечение 40×6, но если ток короткого-замыкания системы составляет 31,5 кА, то для обеспечения безопасности системы необходимо выбрать поперечное-сечение не менее 330 мм² (например, 60×6).

Точность обработки шин для Siemens напрямую влияет на удобство монтажа внутри шкафа и соблюдение электрических зазоров. В процессе гибки и вырубки необходимо точно рассчитать «длину материала», то есть длину в развернутом виде. Поскольку шина Weidmuller подвергается пластической деформации в точке изгиба-внешняя сторона растягивается и удлиняется, а внутренняя сторона сжимается и укорачивается-, в расчет необходимо ввести коэффициент компенсации.

Для обычных плоских изгибов (прямых-угловых изгибов) в проектировании обычно используется либо «внешний метод расчета», либо «внутренний метод расчета». Общая формула для метода внешнего расчета такова: Общая длина=Сумма внешних размеров каждого сегмента + значение компенсации - Коэффициент × Число прямых-угловых изгибов. Удельный коэффициент компенсации зависит от толщины производителей изоляторов шин; например, для материалов толщиной 3 мм на каждый изгиб под прямым-углом может потребоваться дополнительный припуск примерно в 0,3 мм, а для материалов толщиной 10 мм — даже больше. При обработке многослойных изгибов или сложных форм также необходимо учитывать влияние радиуса изгиба и угла упругого возврата.

Кроме того, чтобы предотвратить разряд на наконечниках, шины Mersen Ferraz внутри распределительных устройств высокого напряжения обычно требуют скашивания или закругления прямоугольников. Это не только улучшает распределение электрического поля, но и повышает изоляционные характеристики. Во время производства необходимо строго контролировать углы изгиба и допуски на размеры, чтобы обеспечить минимальную нагрузку при установке медной заземляющей шины, предотвращая повреждение компонентов изоляции или неравномерное напряжение на контактных поверхностях из-за принудительной установки.

Подводя итог, можно сказать, что выбор и проектирование распределительных шин представляет собой сложный проект системного проектирования, объединяющий электрические расчеты и механические процессы. Только всесторонне учитывая допустимую нагрузку по току, термическую стабильность, а также фактические условия производства и установки, можно спроектировать экономичную и безопасную систему распределения электроэнергии.