低壓成套開關(guān)設(shè)備中低壓電器元件之間連接導(dǎo)體尺寸的分析與計算精

1、標(biāo)題：低壓成套開關(guān)設(shè)備中低壓電器元件之間連接導(dǎo)體尺寸的分析與計算詳細內(nèi)容：劉炳彰 上海電器科學(xué)研究所（200063）林李杰 樂清市飛躍開關(guān)廠（325604）摘 要 低壓電器元件溫升試驗用的連接導(dǎo)體在試驗過程中是起著散熱作用的，而在成套設(shè)備中電器元件之間的連接導(dǎo)體的長度要比元件溫升試驗用的短，故成套設(shè)備中電器元件接線端的溫升會比元件溫升試驗時的高。本文通過熱交換分析與計算，提出低壓成套開關(guān)設(shè)備中連接導(dǎo)體截面和長度的選用方法，以確保電器元件在成套設(shè)備中的運行溫升不會超過極限值。文中還計算出與電器元件連接負載電纜的安全長度。1 引 言低壓電器元件溫升試驗時采用銅連接導(dǎo)體（絕緣電纜或母排），連接導(dǎo)體本

2、體的溫升要比電器元件出線端的極限溫升低，故對電器元件而言，連接導(dǎo)體是起著散熱的作用。低壓電器元件裝入低壓電器成套設(shè)備中，電器元件之間的連接導(dǎo)體要比電器元件溫升試驗時的短，在此情況下，若成套設(shè)備中的電器元件在額定電流下長期工作，即使成套設(shè)備中采用與電器元件溫升試驗用的截面尺寸完全相同的連接導(dǎo)體，電器元件也會因連接導(dǎo)體太短而致使其出線端超過溫升極限值，還會影響到具有熱保護電器元件的保護特性。本文通過電器元件和連接導(dǎo)體之間的熱交換分析和計算，介紹成套設(shè)備中連接導(dǎo)體的選擇方法，以確保電器件在成套設(shè)備中安全和可靠地運行。2 電器元件和成套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中溫升及其試驗的有關(guān)規(guī)定GB/T14048.1-2000低

3、壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備總則中規(guī)定的低壓電器元件接線端子的溫升極限值見表1。GB7251.1-1997低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第一部分：型式試驗和部分型式試驗成套設(shè)備中規(guī)定的成套設(shè)備部件的溫升見表2GB/T14048.1-2000和GB7251.1-1997兩份標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的溫升試驗用銅連接導(dǎo)體尺寸完全相同（見表3和表4）。GB7251.1-1997還給出試驗電流400 A連接導(dǎo)體的溫升估計值（參見表4注（1）。3電器元件連接導(dǎo)體的溫升分布及其熱交換3.1電器元件溫升試驗連接導(dǎo)體的溫升分布及其熱交換電器元件溫升試驗時，連接導(dǎo)體的長度是足夠長的（參見表3和表4），可以為和無限長相等效（見圖1）。注

4、：（1）括號內(nèi)的數(shù)值為GB7251.1-1997 試驗連接導(dǎo)體的溫升估計值；（2）銅母排應(yīng)涂成無光的黑色；（3）如果連接線的電源端溫升低于連接中點的溫升，5K，則連接線可減少到2m在距離電器元件接線端為x處取一微元長度dx，在x處的溫升為，x+dx處為+d(見圖1)，電流I在dx導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱功率為4電器元件之間連接導(dǎo)體尺寸的計算兩電器元件之間連接導(dǎo)體的截面積和長度直接決定其出線端的溫升值，也即決定電器元件是否能用足其額定容量。應(yīng)當(dāng)指出，電器元件的保護特性是在采用與溫升試驗導(dǎo)體尺寸完全相同的條件下試驗得出的。如果電器元件由連接導(dǎo)體傳出熱功率明顯減少，將對電器元件（如斷路器、熔斷器、熱過載繼電器

5、和電動機起動器等）的保護性產(chǎn)生不可忽視的影響，故應(yīng)當(dāng)盡量使成套設(shè)備中電器元件連接導(dǎo)體的熱交換與電器元件溫升試驗、保護特性試驗時的情況相一致。4.1成套設(shè)備中連接導(dǎo)體截面積相同時的長度計算成套設(shè)備中兩串聯(lián)電器元件的連接母排的截面積若與電器元件發(fā)熱試驗時的相同，母排表面也一樣涂黑色無光漆，則式（4）和式（6）中的t0、t g、A、a、s也都相等。在此情況下，若要求兩種情況下傳出熱功率相等（即q1=q2）,顯然，只有成套設(shè)備中連接母排的長度等于無限長才能滿足。故近似地取q2=0.98q1，由式（4）和式（6）可求得：即成套設(shè)備中連接兩電器元件的母排長度滿足式（10）時，就可近似地認為兩電器元件的接線

6、端的溫升為T0，由連接母排傳出的熱功率和相同條件的電器元件溫升試驗時從（無限長）連接母排傳出的熱功率大致相等效。母排的a的數(shù)值是一般技術(shù)資料中給出一個較寬的范圍，實際計算中難以選用。況且母排溫度、截面積大小和放置方式等條件不同時，a值也不同，通過銅母排的模擬試驗和參考IEC提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，得出常用矩型銅母排本體溫在15-250C，豎放、涂漆時的a與母排截面積關(guān)系如圖4所示由式（10）計算出表4中各種規(guī)格銅母排的長度L2 列于表5。銅的熱傳導(dǎo)體系數(shù)01cu=3.86W/(cm2C)。4.2成套設(shè)備中連接導(dǎo)體截面積放大后的長度計算成套設(shè)備中的實際情況是：兩電器元件之間的連接導(dǎo)體長度要比表5的L2短

7、些，故需要放大連接導(dǎo)體的截面積，才能滿足溫升和熱交換基本上與電器元件溫升試驗時相同的要求。設(shè)電器元件溫升試驗用的銅母排截面積為A1，成套設(shè)備中兩電器元件的連接銅母排截面積為A2，令01=02,q1=q2由式（4）和式（6）得：（11）給出了能滿足電器元件溫升試驗的溫升和熱交換均相同要求的兩電器元件之間連接母排長度與截面積的關(guān)系式。以額定電流為630A為例，電器元件溫升試驗的銅母排截面尺寸為24cm0.5cm,即A1=4cm2。取0=650C，成套設(shè)備中連接母排的寬度通常受到電器元件相同距離等的限制，當(dāng)母排截面積需要放大時，寬度方向加大有困難，故較多情況下是采用加大母排厚度的方法。當(dāng)2根并聯(lián)母排

8、寬度不變（為4cm）而厚度分別放大至0.6、0.7和0.8cm時；或厚度不變（0.5cm）,寬度分別放大至4.5和5cm時，按式（11）計算L2的結(jié)果列于表6中。L2和A的關(guān)系曲線見圖5可以看出，加大母排寬度的效果要比加大厚度的效果顯著得多。因為在相同的截面積下，加大寬度能更有效地增大散熱面積，即降低了母排本體的溫升，又加大了散熱效果，故對于相同額定電流值，在相同截面積下，加大寬度的銅排長度比加大厚度的短些?？梢詫Σ煌~定的電流的銅母排分別按加大寬度或厚度計算和繪出如圖5L2=(A)曲線簇，供成套設(shè)備確定連接母排的長度時方便地選用。應(yīng)當(dāng)指出，銅母排表面涂漆的散熱效果要比不涂漆的好得多，通常綜合

9、散熱系數(shù)可增大30%左右，故成套設(shè)備中的銅連接母排必須涂漆。此外，電器元件溫升試驗時，當(dāng)溫升穩(wěn)定后，由連接母排傳出的熱功率是相當(dāng)可觀的。帶熱過載保護裝置的斷路器和電動機器的實測和計算結(jié)果表明，按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，溫升和熱過載保護特性試驗均采用相同的連接導(dǎo)體，而試驗時，由連接導(dǎo)體傳出熱功率要超過斷路器或起動器本體發(fā)熱總功率的30%，有時甚至于接近50%。以上分析和計算是基于成套設(shè)備中和電器元件溫升試驗中所用連接銅母排，無論是并聯(lián)數(shù)、載面積、連接方式和表面涂漆均相同的條件下得出的。有些成套設(shè)備廠所用的連接銅母排尺寸有所不同時，可按本文的有關(guān)公式計算，務(wù)必要確保電器元件出線端的溫升及由銅母排的傳出的熱功率

10、與電器元件溫升試驗的相近。如果電器元件可提供接線端的溫升比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定極限值低的試驗報告，則成套設(shè)備中的連接導(dǎo)體也可按公式計算取得更短些。5電器元件連接負載電纜的安全長度計算在成套設(shè)備中，電器元件和負載之間的連接導(dǎo)體較長，在小電流時，通常采用絕緣電纜經(jīng)過電纜套管或電纜溝。在電纜或套管入口處，各相電纜要并攏在一起（見圖6）。如并攏處的溫升超過絕緣電纜的溫升允許值，就會損壞絕緣而產(chǎn)生事故。在成套設(shè)備中，電器元件和負載之間的連接導(dǎo)體較長，在小電流時，通常采用絕緣電纜經(jīng)過電纜套管或電纜溝。在電纜或套管入口處，各相電纜要并攏在一起（見圖6）。如并攏處的溫升超過絕緣電纜的溫升允許值，就會損壞絕緣而產(chǎn)生事故。 結(jié) 論（1）低壓電器元件溫升試驗和過載保護特性試驗采用的連接導(dǎo)體的熱作用相同，對電器元件而言都起到較大的散熱作用。在成套電器元件中選擇兩串聯(lián)電器元件之間連接導(dǎo)體的截面積和長度，必須滿足電器元件出線端溫升和由導(dǎo)體傳出的熱功率與電器元件溫升試驗時的相當(dāng),電器元件才能用足其額定容量和可靠地起到過截保護作用。（2）文中推導(dǎo)的連接導(dǎo)體截面積和長度計算公式，可用作常用各種規(guī)格銅母排和計算繪成選用曲線簇，供成套電器選擇連接母排時方便地查用。（3）電器元件接至負載的絕緣電纜，當(dāng)截面積與溫升試驗相同時，由電器元件接線端到各相并攏處的安全長度，100AI e200 A為0.35m, I