多片铜排载流量计算

1. 0.      母线载流量的理论计算      

有些设计规范给出了根据电流密度确定母线大小的标准，一般铜母线的要求是每平方毫米载流量 1.55A ，但只可以作为设计“自由空气中的单导体母线”的参考，不可以作为实际设备中选择母线截面积的方法。也有些设计手册里给出了不同规格母线的载流量表，基于环境温度 40 ℃、温升 35K 、导体间距等于导体厚度，不考虑邻近效应的计算结果，实际使用还是会有些偏差。由于决定温升的因素很多，且和其他因素之间存在复杂的相互作用，使得计算温升几乎不可能，并导致所有适用标准都要求进行连续电流试验以确定设计的母线的温升。

一般来说，发热功率和电流的平方成正比， 4000A 开关柜的发热比 3000A 明显大得多；而开关柜额定电流的设计值越大，使用的母线截面积就越大，触头片数就越多，电阻越小。因此不能简单的估算，而应该根据实际电流、母线数量、母线布置等进行计算。

1. 单根母线空气中载流量的计算公式：

 

按照 GB/T5581.1 《电工用铜、铝及其合金母线第 1 部分：铜和铜合金母线》 5.9 电性能规定，铜和铜合金母线 20 ℃时的电阻率 (0) ≤ 0.01777 ·Ω mm ² /m ，电阻温度系数 a=0.00381 ℃ ^-1 。

L —母线长度， S —母线截面积，     b —母线宽度， a —母线厚度。

A —母线散热表面积（ m ² ） , ；

Δ T —温升，即母线表面温度与环境温度之差；

Kt —母线表面的综合散热系数（ W/m ² · K ），它表明母线表面的散热能力，与母线的表面状况和所处环境有关 , 综合表面散热系数 Kt 通常取 6~9W/m ² · K 。

以一根 120x10mm 竖直安装的母线为例， Kt 取 8W/m ² ·K

通过计算 =1895.4A

1. 2   母线的载流量还受到条件系数的决定，条件系数 k 等于系数 k1 至 k6 的乘积。      

1）系数k1是每相母线数量的系数，如表1所示，当多根导体并联使用时，总载流容量小于单根母线的额定值乘以所用母线的根数，这是由于多根母线之间相互作用，阻碍了内部导体的对流和辐射散热。

表1 母线数量系数k1

每相根数	1	2	3	4	5	6	8	10
K1	1	1.8	2.5	3.2	3.9	4.4	5.5	6. 5

2 ）系数 k2 是母线表面条件的系数

裸排： k2=1 ；

涂漆： k2=1.15 涂漆有利于散热，采用包覆热缩套管也有利于散热。

3 ）系数 k3 是母线位置的系数

边缘安装的母线： k3=1 ；

底座安装的 1 根母线： k3=0.95 ；

底座安装的多根母线： k3=0.75 。

4 ）系数 k4 是母线安装位置的系数

平静的室内空气： k4=1 ；

平静的室外空气： k4=1.2 ；

非通风管道中的母线： k4=0.80 。

5 ）系数 k5 是强制通风的系数

无强制通风： k5=1 。

通风应根据具体情况进行处理，然后通过试验验证。

6 ）系数 k6 是电流类型的系数

对于频率≤ 60 Hz 的交流电流，母线间距等于母线厚度的 k6 值如表 2 所示。

表 2 铜排根数对应的电流类型系数

n	1	2	≥ 3
k6	1	1	0.98

根据上述条件系数，每相 4 根铜母线的载流量计算如式：

 

3 集肤效应、邻近效应的影响

如果单根薄母线或母线之间距离较大，则交流电阻和直流电阻接近，上述母线载流量计算可以作为设计依据。在交流电电磁力作用下，电流会集中在趋于导体表面的区域，如一根圆棒导体，电流密度沿着半径逐步增大，在靠近圆柱外表面处最大，而圆棒中心区域几乎没有电流。邻近效应，两相或三相电流，由于交流电的电磁效应，电子受到电磁力的作用就会往相反方向偏移，这是电磁力导致的电流密度变化，载流量降低。因此采用一根截面积较大的母线作为大电流开关柜的电流载体是不经济的，如一根 10 × 100 的铜母线载流量是 1600A ，而同样截面积两根 10 × 50 或两根 5 × 100 的母线其载流量就要明显提高，如 2 根 10 × 50 载流量达 1800A ， 2 根 5 × 100 的载流量就要达到 2000A 。