关于母线接头电流密度问题,一些用户要求母线接头中电流密度的特定最大值,或全面搭接,但该设计标准可能与母线系统由此产生的温升没有任何关系。
流线效果
在两个导体之间的重叠接头处电流线的变形会影响接头的电阻。当电流从一个峰到另一个峰从一个表面流到另一个表面时,这种效应也必须发生,尽管总体效应是通过接头。
在两根扁平铜条之间的搭接接头的情况下,流线效果仅取决于搭接长度与铜条厚度之比,而不取决于宽度,前提是两根铜条的尺寸相同。理论和实验都表明,即使在两个具有均匀接触电阻的较薄扁平导体之间的完美重叠接头中,电流在接触区域上的分布也不均匀。实际上,流过接触表面的所有电流都集中在接头的末端,导体末端的接触密度可能是接头中心的许多倍。
从下图可以明显看出,重叠接头的效率不会随着重叠长度的增加而增加,并且从纯电气的角度来看,采用过长的重叠不会获得任何好处。
两者之间重叠接头的流线效应引起的阻力之间的关系,扁平铜导体和重叠长度与厚度的比率如图 所示。还发现 T 形接头中的变形效应与直接头大致相同。
下图显示,根据重叠距离L与铜排厚度B的比,电阻比的变化,可以看出,重叠距离与厚度的比在5以后,电阻比的变化很小,也就是说对温升的影响微乎其微,即过多的搭接面积不会减少电阻,反而增加成本,对温升没有好处,因此施耐德的设计标准是铜排搭接厚度的5倍,即5mm厚的铜排连接,搭接距离是25mm。
母线接头中的大部分实际电流传输发生在螺栓头下方和螺母下方使用的重型平垫圈限定的区域下方,在由垫圈限定的区域外的接头区域承载很少的电流。
它们对接头的温升也没有显着影响。因此, 增加母线连接接头的面积本身 对降低母线系统的温升作用不大。
我们还可以尝试通过添加更多螺栓来提高母线接头的性能(换句话说,降低其温升)。然而,与电气工程的许多其他方面一样,“收益递减规律”适用。通常,母线接头由单排螺栓(一个、两个或三个螺栓,取决于母线宽度尺寸)构成,位于母线的整个宽度上。如果我们再加上第二排螺栓,我们发现第二排对接头温升的影响很小。其原因是 大部分电流传输发生在最靠近母线末端的螺栓排中 。
多年来,我们了解到接头中的电流密度不一定与接头的温升性能相关。更重要的是将螺栓的夹紧压力分布在尽可能宽的母线接头区域上的方式。
出于这些原因,只要有可能,我们将母线接头设计为在 母线的宽度上有一排螺栓 ,螺栓的数量由母线的宽度和接头的配置决定。我们的母线接头配置已通过连续电流测试,以验证母线系统在标准的 65 °C 温升限制范围内运行。他们也通过了短路测试,包括短时耐受电流和瞬时耐受电流测试,以验证设计能够承受与短路任务相关的热应力和机械应力。
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