Как да се изчисли точно токопроводната способност на шината при проектирането

Подборът на правилния размер на шината започва с точно изчисляване на нейната токова капацитетност. Ако шината е с недостатъчно голямо напречно сечение, тя ще се прегрява, ще има загуби на енергия и в крайна сметка може да доведе до отказ на системата. Твърде голямата шина също не е желателна, тъй като води до загуба на материали, добавя ненужна тежест и увеличава производствените разходи. При определяне на оптималния размер на медна или алуминиева шина, която да пренася зададен ток безопасно, трябва да се вземат предвид няколко фактора. Това ръководство обобщава четири ключови фактора в изчисляване на номиналния ток на шината и практически насоки за създава точни и надеждни инженерни решения.

Разбиране на връзката между напречното сечение и номиналния ток

Напречното сечение на шината е най-основният параметър за определяне на номиналния ток. По-голямото напречно сечение позволява преминаването на по-голям ток към поток ,поради увеличения брой електронни пътища и по-голямата повърхност за разсейване на топлината ион . Връзката обаче между напречното сечение и номиналния ток не е линейна. Удвояването на напречното сечение не удвоява номиналния ток, тъй като генерирането на топлина ион е пропорционално на квадрата от тока (загуби I²R). На практика инженерите често консултират стандартни таблици за допустим ток които предоставя справочни стойности за номиналния ток за често използваните шини. Например при типични условия на свободно охлаждане във въздух малка медна шина с напречено сечение от около 10 mm² може да пренася десетки ампера, докато медна шина с напречно сечение 100 mm² обикновено може да пренася няколко стотици ампера. Всъщност точната стойност на номиналния ток зависи не само от напречното сечение, но и от размерите на шината, температурата на околната среда, допустимото повишаване на температурата, начина на монтаж, разстоянието между шините и условията за охлаждане. Проводимостта на алуминия е приблизително 60 % от тази на медта, поради което напречното сечение на алуминиевия проводник, който пренася същия ток, е по-голямо. За персонализирани шини Kinto сътрудничи с клиентите си, за да определи оптималното напречно сечение които среща s изисквания към електрическата производителност, като се вземат предвид ограниченията по отношение на пространството и теглото.

Вземете предвид повишаването на температурата и условията на околната среда

Номиналният ток не е фиксирана стойност. Той варира в зависимост от максималното допустимо повишаване на температурата на шината и температурата на заобикалящата среда около шината. Всяка шина има загуби на съпротивление, които водят до генериране на топлина. Тази топлина трябва да се отвежда към заобикалящата среда, без да се надвишава класът на изолация или да се създават опасности за безопасността. Обичайното проектно повишаване на температурата е 30–65 °C над температурата на заобикалящата среда. Ако температурата на заобикалящата среда вътре в корпуса вече е 50 °C, номиналният ток трябва значително да се намали. По-високите температури на заобикалящата среда обикновено намаляват допустимата пропускателна способност по ток, докато подобрени условия за охлаждане могат значително да я увеличат. От друга страна, пропускателната способност може да се увеличи, ако охлаждането се подобри чрез принудително подаване на въздух или директно отвеждане на топлината. На етапа на проектиране Kinto препоръчва на клиентите да определят очакваната работна среда и максимално допустимата температура за шината, за да се гарантира, че крайният продукт шина е базиран на реални, а не идеални условия.

Вземете предвид ефекта на повърхностно проникване и ефектите на близост за приложения с променлив ток

В много проекти се взема предвид само постоянен ток или променлив ток с ниска честота, при който токът е равномерно разпределен по цялото напречно сечение на шината. При по-високи честоти или с по-големи размери на проводниците обаче ефектът на повърхностно проникване кара тока към да тече по-близо до повърхността ,намаляване на ефективната напречна площ, достъпна за проводимост. Това увеличава променливотоковото съпротивление и намалява ефективната способност за пренасяне на ток. За меден шинопровод дебелината на повърхностния слой е приблизително 8,5 мм при честота 60 Hz. Ако шинопроводът е по-дебел от два пъти дебелината на повърхностния слой, вътрешната част на проводника допринася малко за проводимостта на тока. Решението е да се използват множество по-тънки шини, свързани успоредно, или да се използват ламинирани шини. Способността за пренасяне на ток може да бъде допълнително намалена поради ефекта на близостта, който се дължи на преоразпределение на тока под влияние на магнитните полета в съседни проводници. При разпределение на електроенергия или инверторни приложения Kinto помага на клиентите да разберат как тези ефекти влияят върху променливотоковите шинопроводи и препоръчва конфигурации с ламинирани шинопроводи, които максим изе номинални токове при минимизиране на променливотоковите загуби.

Прилагане на корекционни коефициенти за форма, обвивка и начин на монтиране

Отводът на топлината силно зависи от физическата конфигурация на шината и начина ѝ на монтиране. Плоска шина, монтирана вертикално, обикновено отвежда топлината по-ефективно в сравнение с хоризонтално монтирана шина поради подобрената естествена конвекция. Формата на шината, разстоянието между проводниците и повърхностната ѝ площ също влияят върху характеристиките на топлопреминаването.

Шината, използвана в открито пространство, има предимството на неограничено охлаждане, докато същата шина, инсталирана в затворен корпус, може да изпита значително намаляване на номиналния си ток поради ограничения отвод на топлината. По същия начин, няколко шини, инсталирани близо една до друга, водят до взаимно нагряване, което допълнително намалява допустимия ток.

Стандартните корекционни коефициенти, публикувани от IEC, IEEE или от насоките на производителя, трябва да се прилагат според конкретната конфигурация на инсталацията. При определяне на окончателния номинален ток трябва да се вземат предвид фактори като типа на корпуса, разстоянието между проводниците, въздушния поток и ориентацията при монтиране.

В Kinto , нашата инженерна група прилага тези принципи за корекция при всеки индивидуален проект на шинопровод, за да се гарантира, че изчислената токопроводимост точно отразява реалните работни условия след монтажа.