Yüksek Gerilim Hücresi İçin Bakır Bara Seçimi, Akım Taşıma Kapasitesi Hesabı ve Bükme İşleminin Detaylı Açıklaması

Bir elektrikli bakır baranın akım taşıma kapasitesi, belirtilen koşullar altında izin verilen sıcaklığı aşmadan sürekli olarak taşıyabileceği maksimum akımı ifade eder. Pratik mühendislikte, bükülmüş bir bakır baranın akım taşıma kapasitesi sabit bir değer değildir; kurulum yöntemi, ortam sıcaklığı, kesit şekli ve katman sayısı gibi çeşitli faktörlerden etkilenen dinamik bir parametredir-.

İlk olarak, kurulum yönteminin ısı dağılımı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Kabin içindeki kurulum yöntemleri esas olarak yatay ve dikey yerleştirmeye ayrılmıştır. Dikey yerleştirme, ısı dağıtım yüzey alanını daha iyi kullandığından ve daha iyi hava taşınımı sağladığından, dikey yerleştirmenin mevcut taşıma kapasitesi genellikle yatay yerleştirmeden biraz daha fazladır. Bu nedenle büyük dağıtım panolarındaki ana baralar çoğunlukla dikey olarak monte edilir.

İkincisi, ortam sıcaklığı dikkate alınması gereken çok önemli bir değişkendir. Tasarım referansı ortam sıcaklığı genellikle 35 derece veya 40 derecedir. Gerçek ortam sıcaklığı bu referanstan yüksek olduğunda, Chatsworth yer barasının akım taşıma kapasitesi azalacaktır ve bunun karşılık gelen sıcaklık düzeltme faktörü ile çarpılması gerekir; tersine, sıcaklık ne kadar düşük olursa, akım taşıma kapasitesi de o kadar uygun şekilde artırılabilir.

Mühendislik tahmininde hızlı hesaplama için ampirik formüller kullanabiliriz. Tek bir bakır bara bükümü için, akım taşıma kapasitesi yaklaşık olarak bara genişliğinin (mm) kalınlık katsayısı ile çarpımına eşittir. Kalınlık katsayısı bakır toprak barasının kalınlığı ile ilgilidir; örneğin, 10 mm kalınlığındaki bir baranın katsayısı yaklaşık 18'dir ve 12 mm kalınlığındaki bir baranın katsayısı yaklaşık 20'dir.

Çok-katmanlı yapılar için, daha zayıf ısı dağılımı nedeniyle, mevcut taşıma kapasitesi basit bir çoklu ekleme değildir. Çift-katmanlı bir baranın akım taşıma kapasitesi tipik olarak tek-katmanlı baranın yaklaşık 1,56 ila 1,58 katı, üç katmanlı baranın yaklaşık 2 katı ve dört katmanlı baranın yaklaşık 2,45 katıdır. Ancak, ısı dağıtımındaki zorluklar ve önemli cilt etkisi nedeniyle mühendislik uygulamaları için dört katman ve üzerinin önerilmediğini belirtmekte fayda var; bunun yerine düzensiz şekilli baraların veya daha büyük kesitli tek-katmanlı baraların- kullanılması önerilir.

Yüksek-gerilim şalt donanımı tasarımında, yalnızca nominal akım taşıma kapasitesi gereksinimini karşılamak yeterli olmaktan uzaktır. Elektrik toprak barası, sistemin kısa-devre akımının etkisine dayanabilmeli, yani "kısa-süreli dayanma akımı" gereksinimini karşılamalıdır. Bu, elektrolitik bakır baranın aşırı ısınma nedeniyle erimemesini veya kısa- devre arızası durumunda ekipmanın hasar görmesini önlemek açısından çok önemlidir.

GB3906 standardının Ek D'sindeki formüle göre, termal kararlılık koşullarına göre izole edilmiş toprak barasının minimum kesit-kesit alanını hesaplayabiliriz. Formül şu şekildedir: S=(I / a) × √(t / Δθ). S, iletkenin kesit alanı-burada, I nominal kısa-süreli dayanım akımıdır (kısa-devre akımı), a malzeme katsayısıdır (bakır için 13), t kısa-devre süresidir (yüksek-gerilim sistemleri için genellikle 4 saniye) ve Δθ sıcaklık artışıdır (çıplak iletkenler için genellikle 215K).

Bu formül, farklı kısa devre değerleri için minimum-kesit alanı gereksinimlerini elde etmek için- kullanılabilir. Örneğin, bir 25kA/4S sistemi için telekom yer barasının minimum-kesit alanının 260 mm² olması gerekir; 31,5kA/4S sistemi için minimum kesit alanının-330 mm² olması gerekir; ve 63kA/4S sistemi için 660mm² olması gerekir. Gerçek seçimde tasarımcıların, nominal akım için gerekli kesit alanını ve kısa devre dayanımı için gerekli kesit alanını-hesaplaması ve son seçim temeli olarak ikisinin maksimum değerini alması gerekir. Örneğin, nominal akımı 630A olan bir devre yalnızca 40×6'lık bir kesit gerektirir, ancak sistem kısa-devre akımı 31,5kA ise, sistem güvenliğini sağlamak için 330mm²'den az olmayan bir kesit-(60×6 gibi) seçilmelidir.

Siemens BusBar'ın işleme doğruluğu, kabin içindeki kurulum kolaylığını ve elektriksel açıklıkların uygunluğunu doğrudan etkiler. Bükme ve kesme işlemi sırasında "malzeme uzunluğu" yani katlanmamış uzunluk doğru bir şekilde hesaplanmalıdır. Weidmuller için BusBar bükülme noktasında plastik deformasyona uğradığından-dış taraf gerilir ve uzar, iç taraf ise sıkıştırılır ve kısaltılır-hesaba bir dengeleme katsayısının dahil edilmesi gerekir.

Yaygın düz bükümler (dik-açılı bükümler) için, mühendislikte yaygın olarak "harici hesaplama yöntemi" veya "dahili hesaplama yöntemi" kullanılır. Harici hesaplama yönteminin genel formülü şu şekildedir: Toplam Uzunluk=Her parçanın dış boyutlarının toplamı + Telafi Değeri - Katsayısı × Sağ-Açılı Büküm Sayısı. Spesifik kompanzasyon katsayısı BusBar İzolatör Üreticilerinin kalınlığı ile ilgilidir; örneğin, 3 mm kalınlığındaki malzemeler için, her dik-açılı büküm yaklaşık 0,3 mm'lik ek bir pay gerektirebilirken, 10 mm kalınlığındaki malzemeler daha da fazlasını gerektirir. Çok-katmanlı bükümleri veya karmaşık şekilleri işlerken, bükme yarıçapının ve geri esneme açısının etkileri de dikkate alınmalıdır.

Ayrıca, uç boşalmasını önlemek için, yüksek-voltaj şalt donanımı içindeki Mersen Ferraz Baraları genellikle pah kırma veya yuvarlatılmış dikdörtgenler gerektirir. Bu sadece elektrik alanı dağılımını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda yalıtım performansını da artırır. Üretim sırasında, Bakır Topraklama Barası kurulumu sırasında minimum stres sağlamak, izolasyon bileşenlerinin hasar görmesini veya zorunlu kurulum nedeniyle temas yüzeylerinde eşit olmayan stresi önlemek için bükülme açıları ve boyut toleransları sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.

Özetle Dağıtım Baralarının seçimi ve tasarımı, elektriksel hesaplamaları ve mekanik süreçleri birleştiren karmaşık bir sistem mühendisliği projesidir. Ekonomik ve güvenli bir güç dağıtım sistemi ancak mevcut taşıma kapasitesi, termal kararlılık ve gerçek üretim ve kurulum koşullarının kapsamlı bir şekilde dikkate alınmasıyla tasarlanabilir.