今天准备探讨的话题是关于铜排开孔对于载流量的影响,原本之前有人咨询过我,一个是觉得这个话题的探讨比较麻烦,再一个觉得不实用。但是最近几天现场出现的问题改变了我的想法,想不到还真有用户因为开孔数量和大小问题会和你较真,甚至还会让你说明,最多可以开多少个,多大的孔才能做到不影响。于是便又拾起了这个话题。
一、铜排开孔大小和数量的规定
首先要说的是铜排开孔的数量和大小是有国家标准规定的,我们先看《GB_T 5273-2016 高压电器端子尺寸标准化》中相关规定:
其规定了不同开孔数量的端子的开孔大小及间距,如下截图。虽然本标准适用于户内及户外电压为3000V及以上系统中的高压电器的高压端子,但是对于其他场合完全可以借鉴、参考。
当然,也有标准更详细,适用范围更广的规范:《GB/T 50149 电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》,其适用于750kV及以下母线装置安装工程的施工及验收。其表3.2.2中明确了矩形母线搭接更详细的规定及相关工艺要求,如下截图:
二、铜排开孔数量及大小对载流量的影响
常规意义上大家对于铜排上开孔数量及大小的理解就是:
当铜排上开孔数量增多时,电流的流通路径会被更多地截断。电流在铜排中流动时,需要绕过这些孔洞,这使得电流的实际流通截面积减小。开孔较大时,大孔会显著减小铜排的有效截面积。与小孔相比,大孔占据的空间更大,使得电流可通过的路径更少。其实虽然螺栓等电阻大,但是也承担了一部分载流功能。
实际上除了载流量我们还需要知道:
在铜排开孔处,电场更密集,电场强度可能会超过周围空气的击穿电场强度。在高电场强度作用下,空气分子会被电离,形成局部放电现象。在电场强度足够高的情况下,会导致电晕现象。
尤其是开孔在铜排上分布不均匀时,可能会造成局部电流密度过大。在电流通过开孔多的区域时,会被迫集中在更小的有效截面积内流动,导致该区域电流密度增大,产生局部过热现象,进一步影响铜排的载流能力,甚至更多的击穿现象。
三、除了按照国标,其他情况下如何评估开孔数量和大小是否合理?
本篇文章铜排载流量的影响因素以及如何计算铜排载流量就不多说了,感兴趣的朋友可以在主页搜索“铜排”,阅读之前写的文章。
前面文章《不谈铜排载流量经验数值,说一说其载流量背后的公式逻辑》说过铜排计算公式:
具体字母含义及解释可以搜索此文章。
我们以100x10的矩形铜排举例,在其他条件一样的前提下,其载流量与√MS成正比:
如果铜排不开孔√MS=469.04;
如果铜排开孔,按照《GB/T 50149 电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》其开孔数量及大小为:在100×100的面积内开两两平行排布的4个直径17的孔。
我们看下开孔处截面的√MS=381.05;
因为有螺栓穿过,弹平垫遮住,我们这里认为铜排的散热周长不变。当然其实因为弹平垫和螺栓的原因,有效载流量也会比以上计算偏大,这里未考虑。
通过以上粗略计算,我们知道,单纯看最小处其载流量降低19%。
如果是像风电产品中铜排上密集的开孔,需要引起注意了,最有效的方法就是做温升来验证,无法计算。如果是开孔符合国家标准的前提下,则可以忽略不计,毕竟100×10铜排的搭接面,开孔的截面积才占整个搭接面积的不到10%。粗略估算,整个载流量的影响可能一个孔1%都不到。如果确实担心,很简单,做温升就可以了,这也是你和用户纠缠开孔大小和数量的底气所在。
好了就说到这里,这里仅仅提供一个估算思路,不可能有明确的算法,有其他更高明思路的,欢迎留言指教!
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