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母线加工机新闻:低压开关柜铜母线载流量的核算和母线规范选型
发布时间:2019/6/3 9:47:31 发布人:admin 点击:230


母线加工机新闻:低压开关柜铜母线载流量的核算和母线规范选型



 在2018年第11期《电气技术》杂志上撰文指出,柜内铜母线载流量的确认和母线规范的挑选是低压开关柜规划和制作的重要环节,是设备安全运转的重要保障。但目前国内没有清晰的规范,影响载流量的要素又比较多,铜母线规范挑选相对困难且没有说服力。

本文经过对导体温度和柜内环境温度的定性、定量分析,确认导体温度,并预设导体环境温度,批改通用载流量数据;然后按照规范推荐办法进行验算;从而取得契合低压开关柜运用环境的铜母线载流量数据,为低压开关柜铜母线载流量的核算和母线规范选型供给了一种新的思路。

 

铜排载流量是低压开关柜产品规划、制作过程中挑选母线规范的分量根据。低压开关柜执行的产品规范GB/T 7251。12—2013《低压成套开关设备和操控设备 第2部分:成套电力开关和操控设备》,及其基础规范GB/T 7251。1—2013《低压成套开关设备和操控设备 第1部分:总则》中都没有清晰的铜排载流量数据。行业内的其他相关国家规范中,对此类数据亦鲜有描述。

因为没有清晰、统一的数据支撑,所以在产品的规划和制作过程中,常常因母线选型不正确而导致事故发作[1],或因产品规划方、制作方、用户方在载流量问题上出现分歧而发生合同争端,给行业的开展带来晦气影响。

目前国内95%以上的低压开关柜运用矩形铜排作为载流导体,少数产品运用异型铜排或铝排。因而,本文以矩形铜排笔直放置作为基础条件,对母线载流量进行研讨。

1 载流量的实质

导体载流量是指导体经过持续电流的能力。载流量的实质是,导体经过电流时,其内部发生的热量一部分使导体本身的温度升高,另一部分散失到周围介质中,它们之间呈动态分配,直至导体发热到达稳态[2]停止。

 

济南宏顺数控机械有限公司 此时经过的电流便是该环境条件下,该导体温升下的导体载流量。导体载流量不考虑热惯性时刻[3]的影响。

影响母线载流量的要素很多,包括母线截面积和截面的形状、母线布置办法、母线根数、母线温度以及开关柜内温度等,甚至与天气有关[4]。其间最重要的要素有两个:①环境温度,②导体答应温升,即导体温度[5]。关于一些影响较小的要素,在工程应用中能够疏忽。

确认铜排在低压开关柜内的载流量,首要要取得铜排的通用载流量数据;其次要确认适宜的导体温度和导体环境温度;最终对通用载流量进行批改,得到本文需求的低压开关柜内母线载流量数据,从而确认各额定电流的对应铜母线规范。

2 通用载流量数据的确认

DIN 43671—1975《铜汇流排;持续电流的核算》,是铜排载流量方面较威望的国际规范。规范中的表1给出了海拨1000m以下,交流至60Hz,环境温度35℃,导体温度65℃条件下;笔直放置,每相单根或每相多根其距离为铜排厚度的矩形裸铜排的载流量[6];其规范接近于国内牌号为TMY的矩形母排。

济南宏顺数控机械有限公司 疏忽较小规范铜排的部分数据,得到本文的常用铜排载流量数据,见表1。

表1 常用铜排载流量表

关于不同环境温度、不同导体温度下的铜排载流量,可根据DIN 43671—1975图2的批改系数进行核算取得。

3 铜排导体温度确认

GB/T 7251.1—2013的表6规则了低压开关柜内不同部件的温升限值。开关柜内用于连接外部绝缘导线的端子温升应不超越70K。柜内不作为外接端子的铜排在任何情况下温升应不超越105K;在此条件下,可由制作商自行确认温升限值[7-8]。

行业内通常会在产品型式实验时,按柜内一切母线温升不超越70K操控。上述温升限值要求的正常运用条件(GB/T 7251.1—2013 7.1.1条)规则,开关柜周围空气温度在24h的平均温度不超越35℃[7-8]。因而将铜排在柜内的最终工作温度确认为105℃,在技术规范上是答应的。

从产品性能方面来说,温升越小越有利。较小的柜内温升,可减小电能传输的损耗,提高传输功率,也可延长产品运用寿命。

考虑到铜排长时间发热时的软化温度约为100℃~200℃[9],铜排最终工作温度应低于软化温度。综上所述,将铜排最终工作温度即导体温度确认为90℃是合理的。

4 低压开关柜内部空气温度确认

要确认低压开关柜铜母线的载流量,还需求确认母线的环境温度。GB/T 7251。1—2013 7。1。1条规则的环境条件是对低压开关柜而言的,不是对柜内母线而言的,在规划阶段挑选铜排规范时,不能直接按环境温度为35℃时的铜排载流量取值。

关于母线而言,开关柜内部的空气温度才是母线的环境温度。柜内空气温度跟设备装置地海拔高度、外部环境温度、开关柜的结构、柜内各元件的发热量、导体的发热量、各元件和导体的装置方位等很多要素有关,精确核算内部环境温度难度较大。

本文在现有条件下,参考低压开关柜型式实验有关柜内空气温度的记录,先设定一个柜内空气温度预期值,然后根据导体温度确认铜排载流量,再根据载流量选定母线规范,最终经过理论核算的办法对预期空气温度值进行验证,是一种可行的办法。

低压开关柜按防护等级分类,可分为通风型和非通风型两类;防护等级IP42及以下的产品为通风型;防护等级IP54及以上的产品为非通风型。通风型产品能够经过外壳的散热装置完成开关柜内外的空气对流,完成与外界的热量交流;比不通风型产品更简单散热,因而外壳内空气温度相对较低。非通风型产品运用量较小,本文不作论说。

查阅我公司13份低压开关柜第三方型式实验报告的记录,以进线柜的主母线周围空气温升数据作为柜内空气温升数据,以进线柜分支母线与主母线搭接处的温升近似视为主母线温升数据,核算相关温升实验数据见表2。

由表2数据可知,主母线周围空气温升平均值为14.1K,主母线铜排温升平均值为35.5K,其最高温升为47.1K;当环境温度为35℃时,对应最高温升的母线最终温度为82.1℃,低于前文确认的铜排导体温度90℃。根据实验数据,本文暂将通风型低压开关柜内空气温升预设为不高于20K。

表2 型式实验报告部分温升数据核算

5 低压开关柜铜母线规范的初定

济南宏顺数控机械有限公司 按前文确认的铜排导体温度为90℃;柜内空气温度为预期环境温度35℃,加上通风型低压开关柜的预期温升20K,即55℃。查DIN 43671—1975的图2,取得批改系数K2=1。057[6]。用K2批改表1中的数据,得到新的载流量数据表,见表3。

按照表3的数据,开始选定常用电流对应母线规范,见表4。表中还推荐了相应进线断路器规范和适用变压器的容量。

6 低压开关柜内部空气温度的核算验证

为进一步确认上述初定母线规范的适用性,能够对各电流规范的常规装备低压柜计划,经过理论核算得到柜内空气温度,当环境温度为35℃时,若柜内空气温升不大于20K,即柜内温度不高于55℃,则可验证该母线规范是适宜的;若高于55℃,则阐明初定的母线规范不适用,需求加大母线截面,重新验证其适用性。

表3 常用铜排规范批改载流量表

 

表4 初定低压开关柜常用电流铜母线规范

下面根据GB/T 24276—2017《经过核算进行低压成套开关设备和操控设备温升验证的一种办法》,试算柜内空气温度。

GB/T 24276—2017等同于IEC/TR 60890—2014《低压开关设备和操控设备经过核算温升验证的办法》规范。该规范在导言中指出,相关的因数和系数来自大量成套设备的丈量数据,且由核算办法得出的定论已与实验成果进行过比较和验证[10];因而经过该规范的核算办法所得到的开关柜内部空气温升数据,具有广泛的指导意义。

GB/T 24276—2017规则了核算办法的适用条件,主要内容有:内部元件的功耗数据能够取得;总供电电流不大于3150A;如外壳带通风口,排气口的截面积至少是进气口截面积的1.1倍;柜内水平隔板不超越3层等。这些条件是能够经过对产品规划的操控加以确保的。

开关柜按功能类型能够分为:进线和联络柜、馈线柜、无功补偿柜、变频和软起动柜等。进线柜内装置进线断路器等元件,回路电流是进线电流,元件损耗和导体损耗最大。馈线柜的主母线电流一般小于进线电流,每个馈线回路的电流较小,元件损耗和导体损耗小于进线柜。部分无功补偿柜中装备有电抗器,变频、软起动柜内含有电力电子元件;因而发热量较大。

但这几种柜型一般都装备强制排风装置,柜内温升较低,不具有代表性。考虑到本文的研讨对象是主母线的载流量,本文以进线柜为数据核算柜型。

首要需求把握以下数据:开关柜的宽度、高度、深度;外壳的装置类型;外壳是否带通风口;内部水平隔板的数量;外壳内装置元件的功率损耗;外壳内导体的功率损耗等。

以一台外形尺寸为1000mm(宽)×1000mm (深)×2200mm(高)的常规装备的2500A进线柜为例,其内部元件和导体的损耗功率见表5。其间导体的功耗按GB/T 24276—2017附录B的铜母线功耗核算公式核算,导体周围环境温度按55℃计,导体最终温度按90℃计。核算所需的相关参数列举在表6,核算的成果见表7。

表5 典型计划功耗核算表

表6 典型计划相关参数表

表7 外壳内空气温升核算表

该柜外壳内空气温升的特性曲线如图1所示。

图1 外壳内空气温升特性曲线

用相同办法核算2500A电流以下各电流等级进线柜外壳内的空气温升成果见表8。按主母线装置方位,取开关柜高度90%方位的空气温度是适宜的,因而取t0.9数据作为外壳内空气温增值。表8中t0.9都小于20K,契合前文的预设值,所选2500A及以下电流对应母排规范经过了外壳内空气温增值的验证。

因GB/T 24276—2017未给出三排、四排规范的母线功耗和电流数据,所以2500A以上电流规范暂不进行上述核算验证。

定论

本文在威望国际规范中给出的通用载流量数据基础上,经过对导体温度和柜内环境温度的定性、定量分析,取得批改后的低压开关柜内母线载流量数据。该办法是针对低压开关柜母线选型资料缺少的现状,提出的一种新的柜内铜母线载流量核算办法,能够推广应用于低压开关柜的热规划、母线规范选型验证及3C认证的温升规划验证等工作中,具有较高的应用价值。

表8 额定电流2500A及以下进线柜温升计

本文中表4所给出的低压开关柜常用电流铜母线规范,是在上述核算办法基础上提出的母线规范选型计划,其理论根据充沛,说服力强,具有较高的实用价值。能够作为低压开关柜规划和制作过程中的母线选型根据;也可作为产品规划方、制作方、运用方争议处理的根据。济南宏顺数控机械有限公司www.cnshenhao.com

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