הסבר מפורט על בחירת פסי נחושת, חישוב כושר נשיאת זרם ותהליך כיפוף עבור מתג מתח גבוה

כושר נשיאת הזרם של פס נחושת חשמלי מתייחס לזרם המרבי שהוא יכול לשאת ברציפות מבלי לחרוג מהטמפרטורה המותרת שלו בתנאים שצוינו. בהנדסה מעשית, כושר הנשיאה הנוכחי של פס נחושת מכופף אינו ערך קבוע, אלא פרמטר דינמי המושפע מגורמים שונים כגון שיטת התקנה, טמפרטורת סביבה, צורת חתך ומספר שכבות.

ראשית, לשיטת ההתקנה יש השפעה משמעותית על פיזור החום. שיטות ההתקנה בתוך הארון מחולקות בעיקר למיקום אופקי ואנכי. מכיוון שמיקום אנכי מנצל את שטח פיזור החום בצורה מלאה יותר ומשיג הסעת אוויר טובה יותר, כושר הנשיאה הנוכחי של מיקום אנכי הוא בדרך כלל מעט יותר מזה של מיקום אופקי. זו הסיבה שהפסים הראשיים בארונות הפצה גדולים מותקנים לרוב אנכית.

שנית, טמפרטורת הסביבה היא משתנה מכריע שיש לקחת בחשבון. טמפרטורת הסביבה העיצובית היא בדרך כלל 35 מעלות או 40 מעלות. כאשר טמפרטורת הסביבה בפועל גבוהה מהתייחסות זו, כושר הנשיאה הנוכחי של פס ההארקה של Chatsworth תקטן, ויש להכפיל אותו בגורם תיקון הטמפרטורה המתאים; לעומת זאת, ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, כך ניתן להגדיל את כושר הנשיאה הנוכחי בצורה מתאימה.

באומדן הנדסי, אנו יכולים להשתמש בנוסחאות אמפיריות לחישוב מהיר. עבור כיפוף פס נחושת יחיד, כושר הנשיאה הנוכחי שלו שווה בערך לרוחב פס המסה (מ"מ) כפול מקדם עובי. מקדם העובי קשור לעובי פס המסה קרקע הנחושת; לדוגמה, לפס בעובי 10 מ"מ יש מקדם של כ-18, ולפס עובי של 12 מ"מ יש מקדם של כ-20.

עבור מבנים רב-שכבתיים, עקב פיזור חום גרוע יותר, כושר הנשיאה הנוכחי אינו תוספת מרובה פשוטה. כושר הנשיאה הנוכחי של פס אוטובוס -שכבתי הוא בדרך כלל פי 1.56 עד פי 1.58 מזה של פס אוטובוס- יחיד, שלוש שכבות בערך פי 2 וארבע שכבות בערך פי 2.45. עם זאת, ראוי לציין שארבע שכבות ומעלה אינן מומלצות ליישומים הנדסיים עקב קשיים בפיזור חום והשפעת עור משמעותית; במקום זאת, מומלץ להשתמש במסוטים בעלי צורה לא סדירה או במסוטים-שכבתיים בודדים עם חתכים גדולים יותר{10}.

בתכנון מתג-מתח גבוה, עמידה בדרישת כושר נשיאת הזרם המדורג רחוקה מלהיות מספקת. פס ההארקה החשמלי חייב להיות מסוגל לעמוד בפני ההשפעה של זרם הקצר-של המערכת, כלומר לעמוד בדרישת "עמידה בזרם זמן קצר"-. זה חיוני כדי להבטיח שפס הנחושת האלקטרוליטי לא יימס עקב התחממות יתר או יגרום לנזק לציוד במקרה של תקלת קצר- במעגל.

על פי הנוסחה בנספח D של תקן GB3906, אנו יכולים לחשב את שטח החתך המינימלי- של פס האוטובוס הקרקעי המבודד בהתבסס על תנאי היציבות התרמית. הנוסחה היא: S=(I / a) × √(t / Δθ). כאשר S הוא שטח החתך- של המוליך, I הוא זרם העמידות-הזמן הקצר (זרם מעגל קצר-), a הוא מקדם החומר (13 עבור נחושת), t הוא משך המעגל הקצר- (בדרך כלל 4 שניות עבור מערכות מתח גבוהות-ועליית טמפרטורה (5K) ו- Δ2θ חשופה (5K).

ניתן להשתמש בנוסחה זו כדי להסיק את דרישות -שטח החתך המינימליות עבור דירוגי מעגל קצר- שונים. לדוגמה, עבור מערכת 25kA/4S, שטח החתך המינימלי- של פס ההארקה של הטלקום צריך להיות 260 מ"מ; עבור מערכת 31.5kA/4S, שטח החתך המינימלי- צריך להיות 330mm²; ועבור מערכת 63kA/4S, היא צריכה להיות בגודל 660 מ"מ. בבחירה בפועל, מעצבים צריכים לחשב את שטח החתך-הדרוש לזרם המדורג ואת שטח החתך-הדרוש לעמידה במעגל קצר-, ולקחת את הערך המרבי של השניים כבסיס הבחירה הסופי. לדוגמה, מעגל עם זרם נקוב של 630A דורש רק חתך -40×6, אך אם זרם הקצר- של המערכת הוא 31.5kA, אז יש לבחור חתך רוחב של לא פחות מ-330 מ"מ² (כגון 60×6) כדי להבטיח את בטיחות המערכת.

דיוק העיבוד של ה-BusBar עבור סימנס משפיע ישירות על קלות ההתקנה בתוך הארון ועל התאימות של אישורי חשמל. בתהליך הכיפוף וההסרה יש לחשב במדויק את "אורך החומר", כלומר את האורך הפרוש. מכיוון שה-BusBar עבור Weidmuller עובר דפורמציה פלסטית בנקודת הכיפוף-הצד החיצוני נמתח ומוארך, בעוד שהצד הפנימי דחוס ומקוצר-יש להכניס לחישוב מקדם פיצוי.

עבור עיקולים שטוחים נפוצים (כיפופי זווית- ישרה), "שיטת החישוב החיצונית" או "שיטת החישוב הפנימית" משמשת בדרך כלל בהנדסה. הנוסחה הכללית לשיטת החישוב החיצונית היא: אורך כולל=סכום הממדים החיצוניים של כל קטע + ערך פיצוי - מקדם × מספר כיפופי זווית ישרה-. מקדם הפיצוי הספציפי קשור לעובי של יצרני ה-BusBar Insulator; לדוגמה, עבור חומרים בעובי 3 מ"מ, כל עיקול ישר- עשוי לדרוש תוספת נוספת של כ-0.3 מ"מ, בעוד שחומרים בעובי 10 מ"מ דורשים אפילו יותר. בעת עיבוד כיפופים מרובי{12}}שכבות או צורות מורכבות, יש לקחת בחשבון גם את ההשפעות של רדיוס הכיפוף וזווית הקפיצה.

יתר על כן, כדי למנוע פריקת קצה, ה-BusBars עבור Mersen Ferraz בתוך מתג המתח הגבוה- דורשים בדרך כלל שיפוע או מלבנים מעוגלים. זה לא רק משפר את חלוקת השדה החשמלי אלא גם משפר את ביצועי הבידוד. במהלך הייצור, יש לשלוט בקפדנות על זוויות כיפוף וסובלנות ממדים כדי להבטיח מתח מינימלי במהלך התקנת סרגל נחושת קרקע, מניעת נזק לרכיבי בידוד או לחץ לא אחיד על משטחי מגע עקב התקנה מאולצת.

לסיכום, הבחירה והתכנון של BusBars להפצה הוא פרויקט הנדסת מערכת מורכב המשלב חישובי חשמל ותהליכים מכניים. רק על ידי התחשבות מקיפה ביכולת נשיאת זרם, יציבות תרמית ותנאי הייצור וההתקנה בפועל, ניתן לתכנן מערכת חלוקת חשמל חסכונית ובטוחה.