Hướng dẫn tính toán lựa chọn thanh cái đồng cho tủ điện

3CELECTRIC > Tin tức > Giải pháp kỹ thuật > Hướng dẫn tính toán lựa chọn thanh cái đồng cho tủ điện

TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THANH CÁI ĐỒNG CHO TỦ ĐIỆN


Tiêu chuẩn tính toán được dựa trên các cơ sở:
- Nhiệt độ phát nóng cho phép của thanh cái đồng là 900C
- Nhiệt độ môi trường của thanh cái là 400C
- Các thanh cái cách nhau >=6.3mm (áp dụng cho trường hợp 2, 3 thanh cái)
- International Copper Associations (Hiệp hội đồng Quốc tế)
- http://www.copper.org/applications/busbar/homepage.html
- Tiêu chuẩn IEC 60439-1 về độ dẫn điện theo diện tích và chu vi bề mặt







TRÍCH DẪN:
-Yêu cầu thiết kế:
Khả năng mang dòng của một thanh cái thường được xác định bởi nhiệt độ tối đa mà thanh được phép hoạt động, theo quy định của tiêu chuẩn quốc tế cũng như tiêu chuẩn Anh BS 159, American Standard ANSI C37.20, vv Các tiêu chuẩn cho quốc gia và nhiệt độ tối đa tăng lên cũng như nhiệt độ môi trường xung quanh tối đa.
BS 159 quy định một sự gia tăng nhiệt độ tối đa là 50°C trên 24 giờ có nghĩa là nhiệt độ môi trường lên đến 35°C và nhiệt độ môi trường xung quanh cao nhất là 40°C.
Tiêu chuẩn ANSI C37.20 có cách tính khác cho phép sự gia tăng nhiệt độ 65°C so với một môi trường xung quanh tối đa 400C, với điều kiện là mạ bạc (hoặc vật liệu thay thế chấp nhận được), các điểm nối sử dụng bu lông. Nếu không, sự gia tăng nhiệt độ khoảng 30°C mới được cho phép.

Những giới hạn nhiệt độ trên đã được lựa chọn bởi vì ở nhiệt độ hoạt động tối đa, quá trình oxy hóa bề mặt trong không khí của vật liệu dẫn điện tăng lên nhanh chóng và có thể làm phát sinh trong thời gian dài quá mức ở các điểm nối. Giới hạn nhiệt độ này cho nhôm là quan trọng hơn nhiều so với đồng bởi vì nhôm Oxi hóa rất nhiều và dễ dàng hơn đồng. Sự gia tăng định mức ở 60°C hoặc lớn hơn môi trường xung quanh là 40°C được cho phép bởi BS EN 60439-1:1994 với điều kiện là biện pháp phòng ngừa thích hợp được thực hiện (ví dụ như làm mát cưỡng bức). BS EN 60439-1:1994 (tương đương tiêu chuẩn IEC 439) cho rằng sự gia tăng nhiệt độ của thanh cái và dây dẫn bị hạn chế bởi độ bền cơ học của vật liệu thanh cái, có hiệu lực trên các thiết bị lân cận, sự gia tăng nhiệt độ cho phép của vật liệu cách nhiệt tiếp xúc với thanh cái, và các hiệu ứng trên thiết bị kết nối với thanh cái…

Tính khả năng mang dòng điện:
Một phương pháp gần đúng ước tính khả năng mang dòng hiện tại của một thanh cái đồng là giả định một mật độ dòng điện 2A/mm2 (1250 A/in2) trong không khí tĩnh lặng. Phương pháp này chỉ nên được sử dụng để ước tính kích thước khả năng của thanh cái, kích thước cuối cùng được lựa chọn sau khi xem xét đã được lựa chọn qua các phương pháp tính toán và kết quả thực nghiệm được đưa ra trong các phần sau.

Phương pháp tản nhiệt:
Dòng điện sẽ làm phát sinh một trạng thái cân bằng nhiệt độ tăng lên đặc biệt trong các dây dẫn phụ thuộc vào sự cân bằng giữa tốc độ mà nhiệt được phát sinh từ thanh cái và tốc độ làm mát cho thanh cái. Nhiệt sinh ra trong một thanh cái chỉ có thể tiêu tan trong các cách sau:
(a) đối lưu
(b) bức xạ
(c) Truyền nhiệt
Trong hầu hết các trường hợp đối lưu và bức xạ sẽ được dùng để tản nhiệt và xác định khả năng mang dòng của một hệ thống thanh cái. Truyền nhiệt chỉ có thể được sử dụng khi nhiệt độ có thể dẫn vào một hệ thống tản nhiệt bên ngoài hệ thống thanh cái hoặc nơi các bộ phận lân cận của hệ thống khác nhau có khả năng làm mát (PS: Cái này chắc dẫn nhiệt xuống thùng nước đá là hay nhất he he).

Dòng điện được ước tính cho thanh Phẳng và tròn:
Các phương trình sau đây có thể được sử dụng để tính được gần đúng dòng điện dc cho thanh cái đồng phẳng và tròn mang một dòng điện trực tiếp. Các phương trình cũng xấp xỉ đúng cho dòng điện AC với điều kiện là hiệu ứng và tỷ lệ gần ở gần 1.0, nó đúng cho đa số ứng dụng có dòng điện bé. Phương pháp tính toán cho các cấu hình và các điều kiện khác có thể được tìm thấy trong các phần tiếp theo.
(a) Thanh cái phẳng
Với I = dòng điện (A)
A = diện tích mặt cắt ngang, mm2
p = chu vi của dây dẫn, mm
 = hệ số giãn nở nhiệt của đồng ở nhiệt độ môi trường xung quanh, mỗi ° C
 = điện trở suất của đồng ở nhiệt độ môi trường xung quanh, cm
Nếu sự gia tăng nhiệt độ của dây dẫn là 50°C với nhiệt độ môi trường xung quanh là 40°C và điện trở suất của đồng ở 20°C là 1.724 cm, thì công thức trên trở thành:
(a) Thanh cái phẳng
A = diện tích mặt cắt ngang, mm2
p = chu vi của dây dẫn, mm

Vậy từ những dẫn chứng cụ thể trên, ta tính toán dòng điện cho thanh cái như sau:
1.a) Đối với thanh cái 150x10mm
+ Chu vi của 1 thanh cái (P) = (150+10)x2 = 320mm
+ Diện tích của 1 thanh cái (A) = 150 x 10 = 1500mm2
Theo công thức I = 7.73xA0.5xP0.39 = 7.73x15000.5x3200.39 = 2837A
Vậy khi 1 thanh cái Cu 150x10mm đứng độc lập có thể dẫn được dòng điện 2837A nhưng khi ghép nhiều thanh trên cùng 1 pha với khoảng cách 2 thanh  ≥ 6.3mm sẽ phải tính đến hệ số phát nhiệt giữa 2 thanh, cụ thể là:
Hệ số cho 2 thanh ghép với nhau ước tính: 1.7
Hệ số cho 3 thanh ghép với nhau ước tính: 2.25
Vậy nếu ghép 2 thanh 150x10 sẽ dẫn được dòng điện là:
I2 = 2837 x 1.7 = 4823A với các điều kiện về nhiệt độ và phương pháp làm mát đã nêu ở trên

1.b) Đối với thanh cái 4x60x10mm với mỗi 2 thanh xếp chồng lên nhau tương đương với 2 bản thanh cái 120x10
+ Chu vi của 1 thanh cái (P) = (120+10)x2 = 260mm
+ Diện tích của 1 thanh cái (A) = 120 x 10 = 1200mm2
Theo công thức I = 7.73xA0.5xP0.39 = 7.73x12000.5x2600.39 = 2337.5A
Vậy khi 1 thanh cái tương đương Cu 120x10mm đứng độc lập có thể dẫn được dòng điện 2337.5A nhưng khi ghép nhiều thanh trên cùng 1 pha với khoảng cách 2 thanh ≥ 6.3mm sẽ phải tính đến hệ số phát nhiệt giữa 2 thanh, cụ thể là:
Hệ số cho 2 thanh ghép với nhau ước tính: 1.7
Hệ số cho 3 thanh ghép với nhau ước tính: 2.25
Vậy nếu ghép 2 thanh 120x10 sẽ dẫn được dòng điện là:
I2 = 2337.5 x 1.7 = 3974A với các điều kiện về nhiệt độ và phương pháp làm mát đã nêu ở trên

Dưới đây là bảng khả năng dẫn dòng của một số bản đồng theo cách tính như trên:



(Phúc ND – 3CElectric)

Một số bài viết liên quan: