วิธีการคำนวณความสามารถในการนำกระแสของบัสบาร์อย่างแม่นยำในขั้นตอนการออกแบบ

การเลือกขนาดบัสบาร์ที่เหมาะสมเริ่มต้นจากการคำนวณความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าอย่างแม่นยำ หากบัสบาร์มีขนาดเล็กเกินไป จะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป สูญเสียพลังงาน และอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบในที่สุด ในทางกลับกัน บัสบาร์ที่มีขนาดใหญ่เกินไปก็ไม่พึงประสงค์เช่นกัน เพราะจะสิ้นเปลืองวัสดุ เพิ่มน้ำหนักโดยไม่จำเป็น และเพิ่มต้นทุนการผลิต มีหลายปัจจัยที่มีผลต่อการกำหนดขนาดที่เหมาะสมของบัสบาร์ทองแดงหรืออะลูมิเนียม เพื่อให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าที่กำหนดได้อย่างปลอดภัย คู่มือนี้สรุปปัจจัยหลัก 4 ประการ ใน การคำนวณค่ากระแสไฟฟ้าที่บัสบาร์สามารถรองรับได้ และให้คำแนะนำเชิงปฏิบัติ สำหรับ แมค กำลัง การตัดสินใจด้านวิศวกรรมที่แม่นยำและเชื่อถือได้

เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่หน้าตัดกับค่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถรองรับได้

พื้นที่หน้าตัดของบัสบาร์เป็นพารามิเตอร์พื้นฐานที่สุดในการกำหนดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า พื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่ขึ้นจะสามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น ต่อ การไหล ,เนื่องจากจำนวนเส้นทางที่อิเล็กตรอนสามารถไหลผ่านเพิ่มขึ้น และพื้นที่ผิวที่ใช้ในการกระจายความร้อนมีขนาดใหญ่ขึ้น ion อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่หน้าตัดกับค่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถรองรับได้ไม่เป็นเชิงเส้น การเพิ่มพื้นที่หน้าตัดเป็นสองเท่าไม่ได้ทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถรองรับได้เพิ่มเป็นสองเท่า เนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้น ion สัมพันธ์โดยตรงกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้า (การสูญเสียพลังงานจากความต้านทาน I²R) ในทางปฏิบัติ วิศวกรมักอ้างอิงตารางค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดมาตรฐาน ที่ ให้ค่ากระแสอ้างอิงสำหรับบัสบาร์ที่ใช้กันทั่วไป ตัวอย่างเช่น ในสภาวะการระบายความร้อนในอากาศทั่วไป บัสบาร์ทองแดงขนาดเล็กที่มีพื้นที่หน้าตัดประมาณ 10 มม.² อาจสามารถรองรับกระแสได้หลายสิบแอมแปร์ ในขณะที่บัสบาร์ทองแดงขนาด 100 มม.² มักจะสามารถรองรับกระแสได้หลายร้อยแอมแปร์ อย่างไรก็ตาม ค่ากระแสสูงสุดที่แน่นอนนั้นขึ้นอยู่ไม่เพียงแต่กับพื้นที่หน้าตัดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับมิติของบัสบาร์ อุณหภูมิแวดล้อม การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ยอมรับได้ วิธีการติดตั้ง ระยะห่างระหว่างบัสบาร์ และสภาวะการระบายความร้อนด้วย ความสามารถในการนำไฟฟ้าของอลูมิเนียมมีค่าประมาณร้อยละ 60 ของทองแดง ดังนั้น ตัวนำอลูมิเนียมที่ต้องการส่งผ่านกระแสไฟฟ้าในปริมาณเดียวกันจึงจำเป็นต้องมีพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่กว่า สำหรับบัสบาร์แบบพิเศษ Kinto จะร่วมมือกับลูกค้าเพื่อกำหนดพื้นที่หน้าตัดที่เหมาะสมที่สุด ที่ พบกัน s ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้า โดยพิจารณาข้อจำกัดด้านพื้นที่และน้ำหนัก

พิจารณาการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและสภาวะแวดล้อม

ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าไม่ใช่ค่าคงที่ แต่จะแปรผันตามอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมรับได้ของการเพิ่มขึ้นของบัสบาร์ และอุณหภูมิแวดล้อมรอบบัสบาร์ บัสบาร์แต่ละตัวมีการสูญเสียพลังงานจากความต้านทานซึ่งก่อให้เกิดความร้อน ความร้อนนี้จำเป็นต้องถูกถ่ายเทออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยไม่ทำให้อุณหภูมิเกินค่าการทนแรงดันฉนวนหรือก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัย โดยทั่วไปแล้วการออกแบบจะกำหนดค่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไว้ที่ 30–65 °C เหนืออุณหภูมิแวดล้อม หากอุณหภูมิแวดล้อมภายในตู้บรรจุอยู่ที่ 50 °C แล้ว ค่ากระแสไฟฟ้าที่ระบุไว้จะต้องลดลงอย่างมีนัยสำคัญ อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะลดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าที่ยอมรับได้ ขณะที่สภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้นสามารถเพิ่มความสามารถนี้ได้อย่างมาก ทั้งนี้ ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าสามารถเพิ่มขึ้นได้หากปรับปรุงระบบระบายความร้อนด้วยอากาศไหลเวียนบังคับหรือการถ่ายเทความร้อนโดยตรงผ่านฮีตซิงก์ ดังนั้น ในขั้นตอนการออกแบบ Kinto ขอแนะนำให้ลูกค้าระบุสภาพแวดล้อมการใช้งานจริงที่คาดว่าบัสบาร์จะทำงาน และอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมรับได้ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์บัสบาร์สุดท้ายนั้นออกแบบมาบนพื้นฐานของเงื่อนไขการใช้งานจริง ไม่ใช่เงื่อนไขในอุดมคติ

พิจารณาผลกระทบของผิวหนัง (Skin Effect) และผลกระทบจากความใกล้เคียง (Proximity Effects) สำหรับการใช้งานกระแสสลับ

ในการออกแบบหลายแบบ มักพิจารณาเฉพาะกระแสตรงหรือกระแสสลับความถี่ต่ำ ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่หน้าตัดของบัสบาร์ อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่สูงขึ้นหรือ ด้วย ขนาดตัวนำที่ใหญ่ขึ้น ผลกระทบของผิวหนังจะทำให้กระแสไฟฟ้า ต่อ ไหลอยู่บริเวณผิวหน้ามากขึ้น ,การลดพื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้สำหรับการนำกระแสไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้ความต้านทานกระแสสลับเพิ่มขึ้น และลดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพลง สำหรับบัสบาร์ทองแดง ความลึกของผิว (skin depth) จะอยู่ที่ประมาณ 8.5 มม. ที่ความถี่ 60 เฮิร์ตซ์ หากความหนาของบัสบาร์มากกว่าสองเท่าของความลึกของผิว ส่วนกลางของตัวนำจะมีส่วนร่วมในการนำกระแสไฟฟ้าน้อยมาก วิธีแก้คือการใช้บัสบาร์ที่บางกว่าหลายเส้นแบบขนานกัน หรือใช้บัสบาร์แบบแผ่นชั้น (laminated bars) ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้ายังอาจลดลงอีกจากผลของความใกล้เคียง (proximity effect) ซึ่งเกิดจากการที่สนามแม่เหล็กจากตัวนำข้างเคียงทำให้กระแสไฟฟ้ากระจายตัวใหม่ ในแอปพลิเคชันด้านการจ่ายพลังงานหรืออินเวอร์เตอร์ Kinto ช่วยลูกค้าเข้าใจว่าผลกระทบเหล่านี้มีผลต่อบัสบาร์กระแสสลับอย่างไร และแนะนำโครงสร้างบัสบาร์แบบแผ่นชั้นที่เหมาะสม ขนาด ค่ากระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ในขณะเดียวกันก็ลดการสูญเสียกระแสสลับให้น้อยที่สุด

ใช้ปัจจัยปรับค่าสำหรับรูปร่าง ตู้ครอบ และวิธีการยึดติด

การกระจายความร้อนขึ้นอยู่กับรูปร่างทางกายภาพของบัสบาร์และวิธีการยึดติดเป็นหลัก บัสบาร์แบบแบนที่ติดตั้งในแนวตั้งมักจะกระจายความร้อนได้มีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเทียบกับการติดตั้งในแนวนอน เนื่องจากช่วยส่งเสริมการพาความร้อนตามธรรมชาติให้ดีขึ้น ทั้งรูปร่างของบัสบาร์ ระยะห่างระหว่างตัวนำ และพื้นที่ผิว ล้วนมีผลต่อคุณสมบัติการถ่ายโอนความร้อน

บัสบาร์ที่ติดตั้งในอากาศเปิดจะได้รับประโยชน์จากการระบายความร้อนโดยไม่มีข้อจำกัด ในขณะที่บัสบาร์ชนิดเดียวกันนี้หากติดตั้งภายในตู้ปิดสนิทอาจทำให้ความสามารถในการรับกระแสลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากการระบายความร้อนมีข้อจำกัด นอกจากนี้ บัสบาร์หลายเส้นที่ติดตั้งใกล้กันจะเกิดปรากฏการณ์ความร้อนร่วมกัน (mutual heating) ซึ่งส่งผลให้กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ยอมให้ใช้งานได้ลดลงอีกด้วย

ควรนำปัจจัยการปรับค่ามาตรฐานที่เผยแพร่โดย IEC, IEEE หรือแนวทางจากผู้ผลิตมาประยุกต์ใช้ตามลักษณะการติดตั้ง โดยปัจจัยต่าง ๆ เช่น ประเภทของตู้ครอบ ระยะห่างระหว่างตัวนำ การไหลเวียนของอากาศ และทิศทางการยึดติด ล้วนต้องนำมาพิจารณาเมื่อกำหนดค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้งานได้จริง

ที่ Kinto , ทีมวิศวกรของเราใช้หลักการแก้ไขเหล่านี้ในการออกแบบบัสบาร์แบบพิเศษทุกครั้ง เพื่อให้มั่นใจว่าความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าที่คำนวณไว้นั้นสอดคล้องกับสภาวะการใช้งานจริงหลังจากการติดตั้ง