Evaluarea rezistenței la scurtcircuit al barelor de distribuție este explicată: standardele Icw, Ipk și IEC.

Când o bară de distribuție ajunge la fața locului, plăcuța de identificare poartă un grup de valori care par simple, dar ușor de citit greșit: Icw = 50 kA / 1 s, Ipk = 105 kA. Dacă sunteți inginerul responsabil pentru substație sau integratorul de sistem care cumpără calea, acest rating de rezistență la scurtcircuit vă spune dacă conductorul va supraviețui unei defecțiuni sau va defecta în prima jumătate de ciclu. Pe scurt, ratingul definește solicitarea maximă de scurtcircuit pe care o poate suporta bara fără deformare permanentă, defectare a izolației sau deteriorare a îmbinărilor. Odată ce înțelegeți două valori, Icw și Ipk, întregul rating devine un instrument de inginerie în loc de un număr de fișă de date.

Ce măsoară de fapt evaluarea rezistenței la scurtcircuit

Un scurtcircuit trimite un curent prin bara care poate fi de zeci de ori mai mare decât curentul nominal. Bara trebuie să reziste la două efecte diferite în același timp: încălzirea de la curent și forța mecanică dintre conductori. Prin urmare, fiecare evaluare completă conține două valori.

Curent de scurtă durată (Icw)

Icw este valoarea RMS a curentului pe care o poate transporta bara pentru o durată stabilită, în mod normal 1 s, 3 s sau 4 s, fără a depăși temperatura maximă permisă. Efectul termic urmează I²t, ceea ce înseamnă că aceeași creștere a temperaturii poate rezulta dintr-un curent mic pe o perioadă lungă de timp sau un curent mare pe o perioadă scurtă de timp. Pentru achiziții, durata este la fel de importantă ca și curentul în sine.

Curent suportat de vârf (Ipk)

Ipk este cea mai mare valoare instantanee a curentului în prima jumătate de ciclu a defecțiunii. Acest vârf produce forța electrodinamică între fazele barelor colectoare, iar forța este proporțională cu pătratul curentului. O defecțiune de 50 kA RMS la primul vârf se comportă ca o lovitură de ciocan, nu ca o sarcină constantă. Standardele definesc relația dintre Ipk și Icw cu un factor n.

Factorul n din IEC 61439-1 conectează Ipk la Icw la 50 Hz.
Curent nominal de rezistență scurtă Icw	Factorul de vârf n (Ipk / Icw)
10 kA < Icw ≤ 20 kA	2.0
20 kA < Icw ≤ 50 kA	2.1
50 kA < Icw ≤ 100 kA	2.2

Pentru o bară de 50 kA / 1 s, curentul de vârf de rezistență este, prin urmare, de obicei de 105 kA. Dacă instalația are un factor de asimetrie mare, primul vârf real poate fi mai mare, motiv pentru care valoarea de vârf trebuie verificată în raport cu calculul rețelei, mai degrabă decât presupusă.

De ce ratingul decide diferența dintre o greșeală și un dezastru

Selectarea unei bare colectoare cu o rezistență prea mică la scurtcircuit este una dintre cele mai periculoase erori în proiectarea electrică, deoarece defecțiunea apare numai în condiții de defecțiune, când este prea târziu pentru a fi corectată.

Efectul termic este imediat. În timpul unui scurtcircuit, căldura este generată mai repede decât poate fi disipată, astfel încât conductorul se încălzește aproape adiabatic. Într-o secundă, un conductor care începe la 65 °C poate ajunge la 200 °C sau mai mult, în funcție de densitatea curentului. Îmbinările cu șuruburi sunt veriga cea mai slabă: la temperatură ridicată, presiunea șuruburilor se relaxează, rezistența la contact crește, iar îmbinarea se poate defecta chiar și atunci când conductorul vizibil pare intact.

Efectul mecanic este și mai dramatic. Două conductoare de bare paralele la 100 mm unul de celălalt, care transportă un curent de vârf de 100 kA, experimentează o forță de aproximativ 20.000 N pe metru, echivalent cu agățarea unei greutăți de două tone pe fiecare metru al barei colectoare. Îndoirea, fisurarea izolatorului și arcurile fază la fază sunt rezultate tipice atunci când valoarea nominală este depășită. Rezultatul nu este o reparație minoră; este o înlocuire completă a secțiunii și o întrerupere prelungită.

Cerințe tipice ale proiectului pentru curent de rezistență pe timp scurt, în funcție de clasa de tensiune; duratele variază de la 1 s la 4 s.

Cum este verificată evaluarea: standarde, teste de tip și date oneste

Un rating de scurtcircuit are valoare doar atunci când este susținut de dovezi. Referința internațională pentru ansamblurile de joasă tensiune este IEC 61439-1, care definește modul în care trebuie verificate Icw și Ipk. Pentru sistemele de bare colectoare de medie și înaltă tensiune, testele sunt efectuate în conformitate cu standardele relevante pentru comutatoare și magistrale.

Standarde comune utilizate pentru verificarea în scurtcircuit a sistemelor de bare colectoare.
Standard	Domeniul de aplicare	Relevanță pentru bara
IEC 61439-1	Aparatură de joasă tensiune și ansambluri de aparate de control	Definește Icw, Ipk și procesul de verificare a designului
IEC/TR 61641	Ansambluri închise de joasă tensiune	Testul de defectare a arcului intern pentru canalul de transport închis
GB/T 7251.1	Ansambluri de joasă tensiune în China	Implementare națională aliniată cu IEC 61439
IEEE C37.23	Autobuz inchis metalic	Cerințe de scurtcircuit și creștere a temperaturii pentru autobuzul stației

IEC 61439 permite trei căi de verificare: testarea de tip într-un laborator de mare putere, verificarea proiectului prin calcul sau compararea cu un proiect de referință. Într-un test de tip, bara de distribuție transportă curentul de scurtă durată nominal complet pentru durata specificată, iar creșterea temperaturii este măsurată din nou după test. Aranjamentul testat, inclusiv distanța dintre conductori, distanța dintre suport și carcasă, trebuie să se potrivească cu produsul livrat.

Când comparați ofertele competitive, solicitați raportul de testare de tip și verificați trei lucruri: valoarea curentă, durata și configurarea testului. Un raport pentru o distanță diferită dintre conductori sau un interval de suport diferit nu dovedește nimic despre configurația dvs.

Ce determină cât de mult curent de scurtcircuit poate supraviețui o bară

Evaluarea imprimată pe etichetă este rezultatul unor alegeri specifice de design. Patru factori contează cel mai mult.

Material conductor și secțiune transversală. Cuprul are o rezistivitate mai mică și o capacitate termică mai mare, astfel încât absoarbe mai multă căldură pentru aceeași creștere a temperaturii. Aliajul de aluminiu are nevoie de o secțiune transversală mai mare pentru același Icw, motiv pentru care barele tubulare de înaltă tensiune folosesc tuburi cu diametru mare.
Forma conductorului și distanța dintre suporturi. Rezistența electrodinamică depinde de modulul de secțiune al conductorului și de distanța dintre suporturi. Un conductor tubular are un moment mare de inerție și rezistă la îndoire mai bine decât o bară plată de aceeași zonă.
Calitatea îmbinării. Îmbinările cu șuruburi sunt în mod normal punctul limitativ. Zona de contact, placarea și cuplul șuruburilor determină dacă rezistența îmbinării rămâne scăzută după o defecțiune de curent ridicat.
Sistem de izolare. Pentru barele colectoare complet izolate și din rășină turnată, materialul de izolație stabilește temperatura maximă admisă în timpul unei defecțiuni. Turnarea epoxidică oferă o limită termică definită, în timp ce izolația pe bază de cauciuc se comportă diferit la aceeași temperatură.

Creșterea ilustrativă a temperaturii conductorului la densitate de curent constantă; curba mai abruptă din aluminiu explică de ce are nevoie de o secțiune transversală mai mare pentru cerințe Icw ridicate.

Aceasta este ingineria practică din spatele ratingului: un producător nu poate crește ratingul de scurtcircuit pur și simplu schimbând eticheta. Necesită fie mai mult material conductor, un sistem de sprijin mai puternic, un design mai bun al îmbinării sau o combinație a tuturor celor trei.

Cum să specificați evaluarea corectă de rezistență la scurtcircuit

Evaluarea corectă nu este cel mai mare număr de pe piață; este valoarea potrivită cu curentul de scurtcircuit potențial la punctul de instalare, cu setările de protecție și cu tensiunea sistemului. Următorul proces funcționează în majoritatea proiectelor:

Obțineți nivelul de eroare potențial de la utilitate sau de la inginerul de proiectare a rețelei la punctul de conectare.
Alegeți Icw astfel încât să nu fie mai mic decât curentul de defect calculat, cu o marjă suplimentară pentru extinderea viitoare.
Confirmați durata: canalul de joasă tensiune este de obicei evaluat pentru 1 s, deoarece întreruptoarele se eliberează rapid, în timp ce sistemele de medie tensiune folosesc adesea 31,5 kA / 4 s pentru a se potrivi coordonării protecției.
Verificați Ipk față de distanța dintre suporturi: rezistența mecanică depinde de distanța dintre suporturi, nu numai de conductorul în sine.
Comparați rapoartele de testare de tip, mai degrabă decât numerele foilor de date și confirmați că configurația testată se potrivește cu instalația dvs.

Pentru distribuția de joasă tensiune, modelele de cai de bus compacte de înaltă densitate păstrează un Icw ridicat într-o secțiune transversală mică, ceea ce contează în centrele de date și clădirile industriale unde spațiul este redus. Graficul de mai jos arată o combinație tipică de clase Icw observată în proiectele de căi de circulație de joasă tensiune.

50 kA / 1 s — 45%
100 kA / 1 s — 20%
30 kA / 1 s — 15%
65 kA / 1 s — 12%
80 kA / 1 s — 8%

Ponderea ilustrativă a specificațiilor proiectului căilor de circulație de joasă tensiune în funcție de clasa Icw, bazată pe întrebări comune industriale și din centrele de date.

Atunci când proiectul are nevoie de o cale de circulație compactă testată, cu o evaluare mare a erorilor, un sistem de căi de transport compact cu îmbinări verificate merită comparat cu proiectele convenționale.

Compact Cast-Resin Busway for Low-Voltage Distribution

Busway compact din rășină turnată pentru distribuție de joasă tensiune Această cale de circulație din rășină turnată de joasă tensiune folosește un aranjament dens și izolație epoxidică pentru a economisi spațiu în timp ce gestionează curenți de la 400 A la 5000 A. Îmbinările sale verificate o fac o opțiune practică atunci când se compară modelele de cai colectoare cu defecțiuni. Vizualizare produs →

La medie tensiune, o bară tubulară complet izolată cu turnare cu rășină epoxidica reduce distanța dintre faze și oferă o limită de izolație definită în timpul unui scurtcircuit, ceea ce face ca calculul rezistenței să fie mai previzibil.

Epoxy-Cast Tubular Busbar with Integrated Insulation

Bară tubulară turnată epoxidic cu izolație integrată Această bară tubulară complet izolată este formată prin turnare automată în vid, oferind un conductor fără sudură și o structură de scut. Comportamentul său de izolație definit îi ajută pe ingineri să prezică rezistența la scurtcircuit la tensiune medie. Vizualizare produs →

În substațiile de foarte înaltă tensiune, diametrul conductorului, grosimea peretelui și lungimea de sprijin ale barelor tubulare din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență sunt selectate atât pe baza curentului nominal, cât și a forței de scurtcircuit. Dacă vă aflați în etapa de selecție, cum să alegeți bara de distribuție potrivită pentru sistemele de medie și joasă tensiune acoperă compromisurile practice.

High-Strength Aluminum-Alloy Tubular Busbar for EHV

Bară tubulară din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență pentru EHV Construită pentru sisteme de 220 kV până la 1000 kV, această bară colectoare din aliaj de magneziu-aluminiu combină rezistența mecanică ridicată cu o conductivitate fiabilă. Revizuirea evaluărilor sale de nivel de defecțiune și a rapoartelor de testare de tip sprijină selecția sigură pentru stațiile de foarte înaltă tensiune. Vizualizare produs →

Partajați studiul la nivel de defecțiune cu echipa de inginerie și solicitați raportul de testare de tip corespunzător înainte de începerea producției.

Întrebări frecvente despre evaluările de rezistență la scurtcircuit

Care este diferența dintre Icw și Ipk?

Icw este curentul RMS pe care îl poate transporta bara pentru o durată stabilită fără supraîncălzire. Ipk este valoarea de vârf a primului ciclu al defecțiunii, care creează forța mecanică. O bară de 50 kA / 1 s are de obicei un Ipk de 105 kA la 50 Hz.

De ce unele evaluări spun 50 kA / 1 s, iar altele 31,5 kA / 4 s?

Diferența este durata. O secundă se potrivește sistemelor de joasă tensiune cu întrerupătoare rapide. Patru secunde sunt frecvente în sistemele de medie tensiune în care coordonarea protecției poate întârzia declanșarea. Dublarea duratei dublează încălzirea I²t, astfel încât secțiunea transversală a conductorului trebuie să fie mai mare.

Poate fi reutilizată o bară colectoare după un scurtcircuit real?

O bară care a trecut printr-o defecțiune ar trebui inspectată chiar dacă pare intactă. Verificați mai întâi îmbinările cu șuruburi, suprafețele izolatoare și suporturile. Dacă a apărut un arc, înlocuiți secțiunile de izolație afectate, deoarece proprietățile materialului s-ar putea să se fi schimbat permanent.

O valoare mai mare de scurtcircuit costă întotdeauna mai mult?

Nu proportional. Creșterea secțiunii transversale a conductorului crește ratingul, dar un design mai bun al îmbinării sau un aranjament de susținere mai dens poate crește capacitatea de rezistență cu mai puțin material. Comparați configurația testată, nu doar eticheta.

Valoarea rezistenței la scurtcircuit este numărul care separă o bară care rămâne în funcțiune după o defecțiune de una care dispare din proiect într-un singur ciclu. Citiți valoarea completă, inclusiv durata și curentul de vârf și solicitați raportul de testare de tip din spatele acesteia. Când nivelul defecțiunii la fața locului este mai mare decât evaluarea, consecințele nu sunt teoretice, deci confirmați specificațiile cu producătorul înainte de începerea producției.