Ako presne vypočítať nosnú schopnosť prúdového vodiča pri návrhu

Výber správnej veľkosti sběrnice začína presným výpočtom jej prúdovej zaťažiteľnosti. Ak je sběrnica príliš malá, prehrieva sa, spôsobuje straty energie a môže nakoniec viesť k zlyhaniu celého systému. Príliš veľká sběrnica je rovnako nežiaduca, pretože plýtvá materiálom, pridáva zbytočnú hmotnosť a zvyšuje výrobné náklady. Pri určovaní optimálnej veľkosti medenej alebo hliníkovej sběrnice na bezpečné vedenie daného prúdu sa musia zohľadniť niekoľko faktorov. Táto príručka sumarizuje štyri kľúčové faktory v výpočet prúdového zaťaženia sběrnice a praktické pokyny pre robiť prímesi presné a spoľahlivé inžinierske rozhodnutia.

Pochopte vzťah medzi prierezom a prúdovým zaťažením

Prierezová plocha sběrnice je najzákladnejším parametrom na určenie prúdovej zaťažiteľnosti. Väčší prierez umožňuje prenášať väčší prúd voči priebeh ,v dôsledku zvýšenia počtu dráh pre elektróny a väčšej povrchovej plochy na odvod tepla ion . Vzťah medzi prierezovou plochou a prúdovým zaťažením však nie je lineárny. Dvojnásobný prierez neposkytuje dvojnásobné prúdové zaťaženie, pretože výroba tepla ion je úmerná štvorcu prúdu (straty I²R). V praxi sa inžinieri často konzultujú so štandardnými tabuľkami prípustných prúdov ktoré uviesť referenčné prúdové hodnoty pre bežne používané lišty. Napríklad za typických podmienok voľného vzduchu môže malá medená sběrnica s plochou prierezu približne 10 mm² prenášať desiatky ampérov, zatiaľ čo medená sběrnica s prierezom 100 mm² často prenáša niekoľko stoviek ampérov. Presná prúdová výdrž však závisí nielen od plochy prierezu, ale aj od rozmerov sběrnice, teploty okolia, povolenej teplotnej prírastku, spôsobu inštalácie, vzdialenosti medzi sběrnicami a podmienok chladenia. Vodivosť hliníka je približne 60 % vodivosti medi, preto musí mať hliníkový vodič, ktorý prenáša rovnaký prúd, väčší prierez. Pre špeciálne sběrnice spolupracuje Kinto so svojimi zákazníkmi pri určovaní optimálneho prierezu ktoré splňujú s požiadavky na elektrický výkon pri zohľadnení obmedzení priestoru a hmotnosti.

Zohľadniť teplotný nárast a podmienky prostredia

Nosná schopnosť prúdu nie je pevná hodnota. Mení sa v závislosti od maximálneho povoleného nárastu teploty lišty a okolitej teploty okolo lišty. Každá lišta vykazuje odporové straty, ktoré spôsobujú vznik tepla. Toto teplo sa musí odvádzať do okolia tak, aby sa neprekročila trieda izolácie ani nevytvorili bezpečnostné riziká. Typický nárast teploty pri návrhu je 30–65 °C nad okolitou teplotou. Ak je okolitá teplota vo vnútri uzavretého priestoru už 50 °C, musí sa prúdové zaťaženie významne znížiť. Vyššie okolité teploty zvyčajne znižujú povolenú nosnú schopnosť prúdu, zatiaľ čo zlepšené podmienky chladenia ju môžu významne zvýšiť. Na druhej strane sa nosná schopnosť prúdu môže zvýšiť, ak sa chladenie zlepší pomocou núteného prúdenia vzduchu alebo priameho odvádzania tepla cez tepelný výmenník. V fáze návrhu Kinto odporúča zákazníkom stanoviť očakávané prevádzkové prostredie lišty a maximálnu povolenú teplotu, aby sa zabezpečilo, že konečný výrobok lišty je navrhnutý na základe reálnych podmienok, nie ideálnych podmienok.

Zvážte skinový efekt a blízkostné efekty pre striedavé prúdy

V mnohých návrhoch sa berie do úvahy iba jednosmerný prúd alebo striedavý prúd nízkej frekvencie, pri ktorom je prúd rovnomerne rozložený po celom priereze sběrnice. Pri vyšších frekvenciách alebo s väčších rozmeroch vodičov však skinový efekt spôsobuje, že sa prúd voči pohybuje bližšie k povrchu ,znižuje efektívnu prierezovú plochu dostupnú na vedenie prúdu. Tým sa zvyšuje striedavý odpor a zníži sa efektívna schopnosť viesť prúd. Pri medi je hĺbka prieniku približne 8,5 mm pri frekvencii 60 Hz. Ak je prierezový vodič hrubší než dvojnásobok hĺbky prieniku, vnútorná časť vodiča prispieva len veľmi málo k vedeniu prúdu. Riešením je použitie viacerých tenších vodičov paralelne alebo laminovaných vodičov. Schopnosť viesť prúd sa môže ešte viac znížiť vplyvom blízkostného javu, ktorý vzniká preusmerovaním prúdu magnetickými poľami v susedných vodičoch. V aplikáciách rozvodu energie alebo invertorov pomáha Kinto zákazníkom pochopiť, ako tieto javy ovplyvňujú striedavé prierezové vodiče, a odporúča konfigurácie laminovaných prierezových vodičov, ktoré maxim - Nie. hodnoty prúdových zaťažení pri minimalizácii striedavých strat.

Použite korekčné faktory pre tvar, ochranu a spôsob montáže

Odvod tepla závisí vysoko od fyzickej konfigurácie sběrnice a spôsobu jej upevnenia. Plochá sběrnica namontovaná vertikálne sa zvyčajne ochladzuje účinnejšie ako tá istá sběrnica namontovaná horizontálne, čo je spôsobené lepšou prirodzenou konvekciou. Tvar sběrnice, vzdialenosť vodičov a plocha povrchu tiež ovplyvňujú charakteristiky prenosu tepla.

Sběrnica vo voľnom priestore profituje z neobmedzeného chladenia, zatiaľ čo tá istá sběrnica nainštalovaná vo vnútri uzavretej skrinky môže zažiť výrazné zníženie svojej prúdovej zaťažiteľnosti kvôli obmedzenému odvodu tepla. Rovnako viaceré sběrnice inštalované blízko seba navzájom vyvolávajú vzájomné ohrievanie, čo ďalej zníži povolený prúd.

Štandardné korekčné faktory publikované IEC, IEEE alebo výrobcom by mali byť uplatnené podľa konkrétnej konfigurácie inštalácie. Pri určovaní konečného prúdového zaťaženia by mali byť zohľadnené faktory, ako je typ skrinky, vzdialenosť vodičov, prúdenie vzduchu a orientácia montáže.

V Kinto , náš inžiniersky tím uplatňuje tieto princípy korekcie pri každom individuálnom návrhu sběrnice, aby vypočítaná nosná schopnosť prúdu presne odrážala skutočné prevádzkové podmienky po inštalácii.