شرح تفصيلي لاختيار قضبان التوصيل النحاسية، وحساب سعة الحمل الحالية، وعملية الانحناء لمجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي

تشير القدرة الاستيعابية الحالية لقضيب ناقل النحاس الكهربائي إلى الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يحمله بشكل مستمر دون تجاوز درجة الحرارة المسموح بها في ظل ظروف محددة. في الهندسة العملية، لا تعد القدرة الاستيعابية الحالية لقضيب التوصيل النحاسي المنحني قيمة ثابتة، ولكنها معلمة ديناميكية تتأثر بعوامل مختلفة مثل طريقة التثبيت، ودرجة الحرارة المحيطة، وشكل المقطع العرضي-، وعدد الطبقات.

أولا، طريقة التثبيت لها تأثير كبير على تبديد الحرارة. تنقسم طرق التثبيت داخل الخزانة بشكل أساسي إلى الوضع الأفقي والرأسي. نظرًا لأن الوضع الرأسي يستخدم مساحة سطح تبديد الحرارة بشكل كامل ويحقق حملًا حراريًا أفضل للهواء، فإن القدرة الاستيعابية الحالية للوضع الرأسي عادة ما تكون أكبر قليلاً من الوضع الأفقي. هذا هو السبب في أن قضبان التوزيع الرئيسية في خزانات التوزيع الكبيرة يتم تركيبها بشكل عمودي في الغالب.

ثانياً، تعتبر درجة الحرارة المحيطة متغيراً حاسماً يجب أخذه بعين الاعتبار. درجة الحرارة المحيطة المرجعية للتصميم عادة ما تكون 35 درجة أو 40 درجة. عندما تكون درجة الحرارة المحيطة الفعلية أعلى من هذا المرجع، ستنخفض القدرة الاستيعابية الحالية لشريط الناقل الأرضي تشاتسوورث، ويجب ضربها بعامل تصحيح درجة الحرارة المقابل؛ على العكس من ذلك، كلما انخفضت درجة الحرارة، كلما أمكن زيادة القدرة الاستيعابية الحالية بشكل مناسب.

في التقدير الهندسي، يمكننا استخدام الصيغ التجريبية لإجراء عمليات حسابية سريعة. بالنسبة لثني قضيب نحاسي واحد، فإن قدرته الاستيعابية الحالية تساوي تقريبًا عرض قضيب التوصيل (مم) مضروبًا في معامل السمك. يرتبط معامل السماكة بسمك قضيب التوصيل الأرضي النحاسي؛ على سبيل المثال، قضيب بسمك 10 مم له معامل حوالي 18، وقضيب بسمك 12 مم له معامل حوالي 20.

بالنسبة للهياكل متعددة-الطبقات، نظرًا لضعف تبديد الحرارة، فإن القدرة الاستيعابية الحالية ليست إضافة متعددة بسيطة. تبلغ القدرة الاستيعابية الحالية لقضيب التوصيل ذو الطبقة-المزدوجة حوالي 1.56 إلى 1.58 مرة تقريبًا من قضيب التوصيل ذو الطبقة الواحدة-، وثلاث طبقات حوالي مرتين، وأربع طبقات حوالي 2.45 مرة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه لا يوصى باستخدام أربع طبقات وما فوق في التطبيقات الهندسية بسبب الصعوبات في تبديد الحرارة وتأثير الجلد الكبير؛ يُقترح استخدام أشرطة توصيل غير منتظمة الشكل أو أشرطة توصيل ذات طبقة واحدة-ذات مقاطع عرضية أكبر-بدلاً من ذلك.

في تصميم المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي-، فإن مجرد تلبية متطلبات قدرة الحمل الحالية المقدرة ليس كافيًا على الإطلاق. يجب أن يكون قضيب الناقل الأرضي الكهربائي قادرًا على تحمل تأثير تيار الدائرة القصيرة-للنظام، أي تلبية متطلبات "تيار التحمل القصير-". يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية لضمان عدم ذوبان قضيب التوصيل النحاسي المُحلل كهربائيًا بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو التسبب في تلف المعدات في حالة حدوث عطل في الدائرة-.

وفقًا للصيغة الواردة في الملحق D لمعيار GB3906، يمكننا حساب الحد الأدنى لمساحة المقطع العرضي - لشريط الناقل الأرضي المعزول بناءً على ظروف الاستقرار الحراري. الصيغة هي: S=(I / a) × √(t / Δθ). حيث S هي مساحة المقطع العرضي للموصل -، I هي تيار التحمل القصير - المقدر (تيار الدائرة القصيرة -)، a هو معامل المادة (13 للنحاس)، t هي مدة الدائرة القصيرة - (عادة 4 ثوانٍ لأنظمة الجهد العالي-)، و Δθ هو ارتفاع درجة الحرارة (عادة 215K للموصلات العارية).

يمكن استخدام هذه الصيغة لاشتقاق الحد الأدنى من متطلبات مساحة المقطع-العرضي لتصنيفات الدوائر القصيرة- المختلفة. على سبيل المثال، بالنسبة لنظام 25 كيلو أمبير/4S، يجب أن تكون مساحة المقطع العرضي الأدنى -لشريط الناقل الأرضي للاتصالات 260 مم²؛ بالنسبة لنظام 31.5 كيلو أمبير/4S، يجب أن يكون الحد الأدنى لمساحة المقطع -330 مم²؛ وبالنسبة لنظام 63 كيلو أمبير/4S، يجب أن تكون مساحتها 660 مم². في التحديد الفعلي، يحتاج المصممون إلى حساب-مساحة المقطع العرضي المطلوبة للتيار المقنن ومساحة المقطع العرضي-المطلوبة لمقاومة الدائرة القصيرة-، واتخاذ القيمة القصوى للاثنين كأساس للاختيار النهائي. على سبيل المثال، تتطلب الدائرة ذات التيار المقنن 630 أمبير فقط مقطعًا عرضيًا 40×6-، ولكن إذا كان تيار الدائرة القصيرة-بالنظام هو 31.5 كيلو أمبير، فيجب تحديد مقطع عرضي لا يقل عن 330 مم² (مثل 60×6) لضمان سلامة النظام.

تؤثر دقة تصنيع BusBar لشركة Siemens بشكل مباشر على سهولة التركيب داخل الخزانة والامتثال للتراخيص الكهربائية. أثناء عملية الثني والتقطيع، يجب حساب "طول المادة"، أي الطول غير المطوي، بدقة. نظرًا لأن BusBar الخاص بـ Weidmuller يتعرض لتشوه لدن عند نقطة الانحناء -يتم تمديد الجانب الخارجي واستطالته، بينما يتم ضغط الجانب الداخلي وتقصيره-يجب إدخال معامل التعويض في الحساب.

بالنسبة للانحناءات المسطحة الشائعة (انحناءات الزاوية اليمنى-)، يتم استخدام "طريقة الحساب الخارجي" أو "طريقة الحساب الداخلي" بشكل شائع في الهندسة. الصيغة العامة لطريقة الحساب الخارجي هي: الطول الإجمالي=مجموع الأبعاد الخارجية لكل قطعة + قيمة التعويض - المعامل × عدد انحناءات الزاوية اليمنى-. يرتبط معامل التعويض المحدد بسمك الشركات المصنعة لعازل BusBar؛ على سبيل المثال، بالنسبة للمواد التي يبلغ سمكها 3 مم، قد يتطلب كل انحناء للزاوية اليمنى-سماحًا إضافيًا يبلغ حوالي 0.3 مم، بينما تتطلب المواد التي يبلغ سمكها 10 مم أكثر من ذلك. عند معالجة الانحناءات- المتعددة الطبقات أو الأشكال المعقدة، يجب أيضًا مراعاة تأثيرات نصف قطر الانحناء وزاوية الزنبرك.

علاوة على ذلك، لمنع تفريغ الطرف، تتطلب قضبان التوصيل الخاصة بـ Mersen Ferraz الموجودة داخل مجموعة المفاتيح الكهربائية عالية الجهد- عادةً شطبًا أو مستطيلات مستديرة. وهذا لا يحسن توزيع المجال الكهربائي فحسب، بل يعزز أيضًا أداء العزل. أثناء التصنيع، يجب التحكم بشكل صارم في زوايا الانحناء وتفاوتات الأبعاد لضمان الحد الأدنى من الضغط أثناء تركيب شريط الناقل الأرضي النحاسي، مما يمنع تلف مكونات العزل أو الضغط غير المتساوي على أسطح التلامس بسبب التثبيت القسري.

باختصار، يعد اختيار Distribution BusBars وتصميمه مشروعًا هندسيًا معقدًا يدمج الحسابات الكهربائية والعمليات الميكانيكية. فقط من خلال النظر بشكل شامل في القدرة الاستيعابية الحالية، والاستقرار الحراري، وظروف التصنيع والتركيب الفعلية، يمكن تصميم نظام توزيع الطاقة الاقتصادي والآمن.