Hoe de stroomdraagcapaciteit van een busbar nauwkeurig te berekenen tijdens het ontwerp

Het selecteren van de juiste afmeting voor een stroomgeleider begint met het nauwkeurig berekenen van zijn stroomcapaciteit. Indien de stroomgeleider te klein is, zal deze oververhitten, energieverliezen veroorzaken en uiteindelijk tot systeemstoring kunnen leiden. Een te grote stroomgeleider is evenmin wenselijk, omdat dit materiaal verspilt, onnodig gewicht toevoegt en de productiekosten verhoogt. Bij het bepalen van de optimale afmeting van een koperen of aluminiumstroomgeleider om een bepaalde stroom veilig te kunnen doorgeven, spelen meerdere factoren een rol. Deze gids vat vier belangrijke factoren samen in berekening van de stroomwaardering van een stroomgeleider en praktische richtlijnen voor - Mak. ing nauwkeurige en betrouwbare technische beslissingen.

Begrijp de relatie tussen doorsnede en stroomwaarde

Het oppervlak van de doorsnede van de busbar is de meest fundamentele parameter om de stroomdraagcapaciteit te bepalen. Een groter doorsnedeoppervlak laat meer stroom toe tot stroom ,vanwege het groter aantal elektronenpaden en het grotere oppervlak voor warmteafvoer ion . De relatie tussen doorsnedeoppervlak en stroomwaarde is echter niet lineair. Verdubbeling van het doorsnedeoppervlak verdubbelt niet automatisch de stroomwaarde, omdat de warmteproductie ion evenredig is met het kwadraat van de stroom (I²R-verliezen). In de praktijk raadplegen ingenieurs vaak standaardampaciteitstabellen dat geef referentie-stroomwaarden voor veelgebruikte stroomgeleiders. Bijvoorbeeld onder typische vrij-luchtomstandigheden kan een kleine koperen stroomgeleider met een doorsnede van ongeveer 10 mm² tientallen amperes vervoeren, terwijl een koperen stroomgeleider van 100 mm² vaak enkele honderden amperes kan vervoeren. De exacte stroomwaarde hangt echter niet alleen af van de doorsnede, maar ook van de afmetingen van de stroomgeleider, de omgevingstemperatuur, de toegestane temperatuurstijging, de installatiemethode, de onderlinge afstand en de koelomstandigheden. De geleidbaarheid van aluminium bedraagt ongeveer 60 procent van die van koper, waardoor de doorsnede van de aluminiumgeleider die dezelfde stroom moet vervoeren groter is. Voor op maat gemaakte stroomgeleiders werkt Kinto samen met zijn klanten om de optimale doorsnede te bepalen dat ontmoeten s elektrische prestatievereisten, rekening houdend met ruimte- en gewichtsbeperkingen.

Rekening houden met temperatuurstijging en omgevingsomstandigheden

De stroomvoerende capaciteit is geen vaste waarde. Deze varieert met de maximaal toegestane temperatuurstijging van de stroomrail en de omgevingstemperatuur rondom de stroomrail. Elke stroomrail heeft weerstandsverliezen die warmteopwekking veroorzaken. Deze warmte moet worden afgevoerd naar de omgeving zonder de isolatieklasse te overschrijden of veiligheidsrisico's te creëren. De typische ontwerptemperatuurstijging bedraagt 30–65 °C boven de omgevingstemperatuur. Als de omgevingstemperatuur binnen een behuizing al 50 °C bedraagt, moet de stroomwaarde aanzienlijk worden gereduceerd. Hogere omgevingstemperaturen verminderen over het algemeen de toegestane stroomvoerende capaciteit, terwijl verbeterde koelomstandigheden deze aanzienlijk kunnen verhogen. Aan de andere kant kan de capaciteit worden vergroot indien de koeling wordt verbeterd via geforceerde lucht of directe warmteafvoer. In het ontwerpstadium adviseert Kinto klanten om het verwachte bedrijfsomgeving en de maximaal toegestane temperatuur van de stroomrail vast te stellen, zodat het eindproduct van de stroomrail gebaseerd is op reële omstandigheden, niet op ideale omstandigheden.

Houd rekening met het huid-effect en de nabijheidseffecten voor wisselstroomtoepassingen

In veel ontwerpen wordt alleen gelijkstroom of wisselstroom met lage frequentie in aanmerking genomen, waarbij de stroom gelijkmatig over de doorsnede van de busbar is verdeeld. Bij hogere frequenties of met grotere geleiderafmetingen veroorzaakt het huid-effect echter dat de stroom tot dichter bij het oppervlak stroomt ,vermindering van het effectieve doorsnede-oppervlak dat beschikbaar is voor geleiding. Dit verhoogt de wisselstroomweerstand en vermindert de effectieve stroomdraagcapaciteit. Voor een koperen busbar bedraagt de huid diepte ongeveer 8,5 mm bij 60 Hz. Indien een busbar dikker is dan tweemaal de huid diepte, draagt het binnenste gedeelte van de geleider weinig bij aan de stroomgeleiding. De oplossing bestaat erin meerdere dunne bars parallel te gebruiken of gelamineerde bars te gebruiken. De stroomdraagcapaciteit kan verder worden verlaagd door het nabijheidseffect, dat wordt veroorzaakt door herverdeling van de stroom onder invloed van magnetische velden in aangrenzende geleiders. Bij stroomverdeling of omvormertoepassingen helpt Kinto klanten begrijpen hoe deze effecten van invloed zijn op wisselstroombusbars en adviseert laminated busbar-configuraties die maximaal maat stroomwaarden bieden terwijl wisselstroomverliezen worden geminimaliseerd.

Pas correctiefactoren toe voor vorm, behuizing en montage methode

De warmteafvoer is sterk afhankelijk van de fysieke configuratie van de stroomrail en de manier waarop deze is gemonteerd. Een platte stroomrail die verticaal is gemonteerd, voert over het algemeen efficiënter warmte af dan een horizontaal gemonteerde stroomrail, dankzij verbeterde natuurlijke convectie. Ook de vorm van de stroomrail, de onderlinge afstand tussen geleiders en het oppervlak beïnvloeden de warmteoverdrachtskenmerken.

Een stroomrail in open lucht profiteert van onbeperkte koeling, terwijl dezelfde stroomrail die binnen een afgesloten behuizing is geïnstalleerd, mogelijk een aanzienlijke vermindering van zijn stroomdraagvermogen ervaart vanwege beperkte warmteafvoer. Evenzo genereren meerdere stroomrails die dicht bij elkaar zijn geïnstalleerd, wederzijdse verwarming, wat het toegestane stroomniveau verder verlaagt.

Standaard correctiefactoren zoals gepubliceerd door de IEC, IEEE of fabrikantengidsen moeten worden toegepast op basis van de installatieconfiguratie. Factoren zoals behuizingstype, onderlinge afstand tussen geleiders, luchtstroom en montage-oriëntatie dienen allemaal te worden meegenomen bij het bepalen van de uiteindelijke stroomwaarde.

Bij Kinto , ons engineeringteam past deze correctieprincipes toe bij elk aangepast busbarontwerp om ervoor te zorgen dat de berekende stroomdraagcapaciteit nauwkeurig weerspiegelt de werkelijke bedrijfsomstandigheden na installatie.