Thanh Cái

Tiêu chuẩn tính toán được dựa trên các cơ sở:

– Nhiệt độ phát nóng cho phép của thanh cái đồng là 900C

– Nhiệt độ môi trường của thanh cái là 400C

– Các thanh cái cách nhau >=6.3mm (áp dụng cho trường hợp 2, 3 thanh cái)

– International Copper Associations (Hiệp hội đồng Quốc tế)

– Tiêu chuẩn IEC 60439-1 về độ dẫn điện theo diện tích và chu vi bề mặt

TRÍCH DẪN:

-Yêu cầu thiết kế:

Khả năng mang dòng của một thanh cái thường được xác định bởi nhiệt độ tối đa mà thanh được phép hoạt động, theo quy định của tiêu chuẩn quốc tế cũng như tiêu chuẩn Anh BS 159, American Standard ANSI C37.20, vv Các tiêu chuẩn cho quốc gia và nhiệt độ tối đa tăng lên cũng như nhiệt độ môi trường xung quanh tối đa.

BS 159 quy định một sự gia tăng nhiệt độ tối đa là 50°C trên 24 giờ có nghĩa là nhiệt độ môi trường lên đến 35°C và nhiệt độ môi trường xung quanh cao nhất là 40°C.

Tiêu chuẩn ANSI C37.20 có cách tính khác cho phép sự gia tăng nhiệt độ 65°C so với một môi trường xung quanh tối đa 400C, với điều kiện là mạ bạc (hoặc vật liệu thay thế chấp nhận được), các điểm nối sử dụng bu lông. Nếu không, sự gia tăng nhiệt độ khoảng 30°C mới được cho phép.

Những giới hạn nhiệt độ trên đã được lựa chọn bởi vì ở nhiệt độ hoạt động tối đa, quá trình oxy hóa bề mặt trong không khí của vật liệu dẫn điện tăng lên nhanh chóng và có thể làm phát sinh trong thời gian dài quá mức ở các điểm nối. Giới hạn nhiệt độ này cho nhôm là quan trọng hơn nhiều so với đồng bởi vì nhôm Oxi hóa rất nhiều và dễ dàng hơn đồng. Sự gia tăng định mức ở 60°C hoặc lớn hơn môi trường xung quanh là 40°C được cho phép bởi BS EN 60439-1:1994 với điều kiện là biện pháp phòng ngừa thích hợp được thực hiện (ví dụ như làm mát cưỡng bức). BS EN 60439-1:1994 (tương đương tiêu chuẩn IEC 439) cho rằng sự gia tăng nhiệt độ của thanh cái và dây dẫn bị hạn chế bởi độ bền cơ học của vật liệu thanh cái, có hiệu lực trên các thiết bị lân cận, sự gia tăng nhiệt độ cho phép của vật liệu cách nhiệt tiếp xúc với thanh cái, và các hiệu ứng trên thiết bị kết nối với thanh cái…

Tính khả năng mang dòng điện:

Một phương pháp gần đúng ước tính khả năng mang dòng hiện tại của một thanh cái đồng là giả định một mật độ dòng điện 2A/mm2 (1250 A/in2) trong không khí tĩnh lặng. Phương pháp này chỉ nên được sử dụng để ước tính kích thước khả năng của thanh cái, kích thước cuối cùng được lựa chọn sau khi xem xét đã được lựa chọn qua các phương pháp tính toán và kết quả thực nghiệm được đưa ra trong các phần sau.

Phương pháp tản nhiệt:

Dòng điện sẽ làm phát sinh một trạng thái cân bằng nhiệt độ tăng lên đặc biệt trong các dây dẫn phụ thuộc vào sự cân bằng giữa tốc độ mà nhiệt được phát sinh từ thanh cái và tốc độ làm mát cho thanh cái. Nhiệt sinh ra trong một thanh cái chỉ có thể tiêu tan trong các cách sau:

(a) đối lưu

(b) bức xạ

(c) Truyền nhiệt

Trong hầu hết các trường hợp đối lưu và bức xạ sẽ được dùng để tản nhiệt và xác định khả năng mang dòng của một hệ thống thanh cái. Truyền nhiệt chỉ có thể được sử dụng khi nhiệt độ có thể dẫn vào một hệ thống tản nhiệt bên ngoài hệ thống thanh cái hoặc nơi các bộ phận lân cận của hệ thống khác nhau có khả năng làm mát (PS: Cái này chắc dẫn nhiệt xuống thùng nước đá là hay nhất he he).

Dòng điện được ước tính cho thanh Phẳng và tròn:

Các phương trình sau đây có thể được sử dụng để tính được gần đúng dòng điện dc cho thanh cái đồng phẳng và tròn mang một dòng điện trực tiếp. Các phương trình cũng xấp xỉ đúng cho dòng điện AC với điều kiện là hiệu ứng và tỷ lệ gần ở gần 1.0, nó đúng cho đa số ứng dụng có dòng điện bé. Phương pháp tính toán cho các cấu hình và các điều kiện khác có thể được tìm thấy trong các phần tiếp theo.

(a) Thanh cái phẳng

Với I = dòng điện (A)

A = diện tích mặt cắt ngang, mm2

p = chu vi của dây dẫn, mm

= hệ số giãn nở nhiệt của đồng ở nhiệt độ môi trường xung quanh, mỗi ° C

= điện trở suất của đồng ở nhiệt độ môi trường xung quanh, cm

Nếu sự gia tăng nhiệt độ của dây dẫn là 50°C với nhiệt độ môi trường xung quanh là 40°C và điện trở suất của đồng ở 20°C là 1.724 cm, thì công thức trên trở thành:

(a) Thanh cái phẳng

A = diện tích mặt cắt ngang, mm2

p = chu vi của dây dẫn, mm

Vậy từ những dẫn chứng cụ thể trên, ta tính toán dòng điện cho thanh cái như sau:

1.a) Đối với thanh cái 150x10mm

+ Chu vi của 1 thanh cái (P) = (150+10)x2 = 320mm

+ Diện tích của 1 thanh cái (A) = 150 x 10 = 1500mm2

Theo công thức I = 7.73xA0.5xP0.39 = 7.73×15000.5x3200.39 = 2837A

Vậy khi 1 thanh cái Cu 150x10mm đứng độc lập có thể dẫn được dòng điện 2837A nhưng khi ghép nhiều thanh trên cùng 1 pha với khoảng cách 2 thanh  ≥ 6.3mm sẽ phải tính đến hệ số phát nhiệt giữa 2 thanh, cụ thể là:

Hệ số cho 2 thanh ghép với nhau ước tính: 1.7

Hệ số cho 3 thanh ghép với nhau ước tính: 2.25

Vậy nếu ghép 2 thanh 150×10 sẽ dẫn được dòng điện là:

I2 = 2837 x 1.7 = 4823A với các điều kiện về nhiệt độ và phương pháp làm mát đã nêu ở trên

1.b) Đối với thanh cái 4x60x10mm với mỗi 2 thanh xếp chồng lên nhau tương đương với 2 bản thanh cái 120×10

+ Chu vi của 1 thanh cái (P) = (120+10)x2 = 260mm

+ Diện tích của 1 thanh cái (A) = 120 x 10 = 1200mm2

Theo công thức I = 7.73xA0.5xP0.39 = 7.73×12000.5x2600.39 = 2337.5A

Vậy khi 1 thanh cái tương đương Cu 120x10mm đứng độc lập có thể dẫn được dòng điện 2337.5A nhưng khi ghép nhiều thanh trên cùng 1 pha với khoảng cách 2 thanh ≥ 6.3mm sẽ phải tính đến hệ số phát nhiệt giữa 2 thanh, cụ thể là:

Hệ số cho 2 thanh ghép với nhau ước tính: 1.7

Hệ số cho 3 thanh ghép với nhau ước tính: 2.25

Vậy nếu ghép 2 thanh 120×10 sẽ dẫn được dòng điện là:

I2 = 2337.5 x 1.7 = 3974A với các điều kiện về nhiệt độ và phương pháp làm mát đã nêu ở trên.

Dưới đây là bảng khả năng dẫn dòng của một số bản đồng theo cách tính như trên:

Chọn dây điện, cáp điện, thanh cái theo các tiêu chuẩn thường được dùng rất nhiều. Tại sao vậy? Vì các tiêu chuẩn đó được đưa ra dựa vào tính toán kết hợp với kinh nghiệm. Việc chọn theo các tiêu chuẩn còn giúp cho việc thiết kế, thi công công trình hợp các tiêu chuẩn đã có sẵn.

Theo tiêu chuẩn IEC 60439. Dòng điện và tiết diện dây dẫn đến 400A được chọn trong các bảng 8 IEC60439-1

Dòng điện và tiết diện dây dẫn, thanh cái từ 400A đến 3150A được chọn trong bảng 9 IEC 60439-1

Một điều quan trọng cần lưu ý là việc lựa chọn thanh cái dùng cho tủ điện lại phụ thuộc vào kích thước đầu cực của MCCB. Khi lựa chọn busbar ta thường chọn bề rộng bằng với đầu cực MCCB còn độ dày thì chọn sao cho đạt chuẩn trong các bảng tra. Độ rộng đầu cực MCCB thường như sau:

  • Framesize 63, 100A: 17mm
  • Framesize 200A: 22.5mm
  • Framesize 400A: 30mm
  • Framesize 800A: 41mm
  • Framesize 1200A: 44mm
Lựa chọn tiết diện dây điện, cáp điện, thanh cái (busbar) là công việc quan trọng và thường xuyên đối với ngành điện. Mỗi người có một cách chọn khác nhau. Thông thường xảy ra 2 trường hợp :

Chọn dây điện, cáp điện, thanh cái theo các tiêu chuẩn thường được dùng rất nhiều. Tại sao vậy? Vì các tiêu chuẩn đó được đưa ra dựa vào tính toán kết hợp với kinh nghiệm. Việc chọn theo các tiêu chuẩn còn giúp cho việc thiết kế, thi công công trình hợp các tiêu chuẩn đã có sẵn.

Theo tiêu chuẩn IEC 60439. Dòng điện và tiết diện dây dẫn đến 400A được chọn trong các bảng 8 IEC60439-1

Range of rated current 1)

Conductor cross-sectional area 2), 3)

A

mm²

AWG/MCM

0

8

1,0

18

8

12

1,5

16

12

15

2,5

14

15

20

2,5

12

20

25

4,0

10

25

32

6,0

10

32

50

10

8

50

65

16

6

65

85

25

4

85

100

35

3

100

115

35

2

115

130

50

1

130

150

50

0

150

175

70

00

175

200

95

000

200

225

95

0000

225

250

120

250

250

275

150

300

275

300

185

350

300

350

185

400

350

400

240

500

1) 2) 3)

The value of the rated current shall be greater than the first value in the first column and less than or equal to the second value in that column. For convenience of testing and with the manufacturer’s consent, smaller conductors than those given for a stated rated current may be used. Either of the two conductors specified for a given rated current range may be used.

Dòng điện và tiết diện dây dẫn, thanh cái từ 400A đến 3150A được chọn trong bảng 9 IEC 60439-1.

 

 

Test conductors

Values of the rated current A

Range of rated current 1) A

 

Cables

Copper bars 2)

Quantity

Cross sectional area 3) mm2

Quantity

Dimensions 3) mm

500

400 to 500

2

150(16)

2

30 × 5(15)

630

500 to 630

2

185(18)

2

40 × 5(15)

800

630 to 800

2

240(21)

2

50 × 5(17)

1 000

800 to 1000

 

 

2

60 × 5(19)

1 250

1 000 to 1250

 

 

2

80 × 5(20)

1 600

1 250 to 1600

 

 

2

100 × 5(23)

2 000

1 600 to 2000

 

 

3

100 × 5(20)

2 500

2 000 to 2500

 

 

4

100 × 5(21)

3 150

2 500 to 3150

 

 

3

100 × 10(23)

1)

The value of the current shall be greater than the first value and less than or equal to the second value.

2)

Bars are assumed to be arranged with their long faces vertical. Arrangements with long faces horizontal may be used if specified by the manufacturer.

3)

Values in brackets are estimated temperature rises (in kelvins) of the test conductors given for reference.

Lựa chọn tiết diện dây PE theo điều kiện sau đây (Trong bảng S là tiết diện dây pha)

Cross-sectional area of phase conductors S

Minimum cross-sectional area of the corresponding protective conductor (PE, PEN) Sp

mm2

mm2

S ≤

16

S

16

35

16

35

400

S/2

400

800

200

800

 

S/4

Một điều quan trọng cần lưu ý là việc lựa chọn thanh cái dùng cho tủ điện lại phụ thuộc vào kích thước đầu cực của MCCB. Khi lựa chọn busbar ta thường chọn bề rộng bằng với đầu cực MCCB còn độ dày thì chọn sao cho đạt chuẩn trong các bảng tra. Độ rộng đầu cực MCCB thường như sau :

  • Framesize 63, 100A : 17mm
  • Framesize 200A : 22.5mm
  • Framesize 400A : 30mm
  • Framesize 800A : 41mm
  • Framesize 1200A : 44mm

Công việc thiết kế, thi công tủ điện công nghiệp cần phải biết kích thước của thanh đồng để lập bảng kê vật tư và và vẽ sơ đồ bố trí thiết bị trong tủ cho chính xác. Kích thước thanh cái đồng thường có như sau

KÍCH THƯỚC ĐỒNG THANH CÁI DẠNG CUỘN

đồng cuộn thanh cái

Đồng cuộn thường dùng để dập các thanh cái có kích thước nhỏ dùng cho MCB, MCCB dưới 250A. Sử dụng đồng cuộn, chúng ta cần có máy duỗi thẳng thanh đồng trước khi gia công. Đồng cuộn thường có các kích thước sau (dày x rộng mm):

DÀY (mm)

RỘNG (mm)

TIẾT DIỆN (mm2)

2

8

16

2

12

24

2

15

30

3

12

36

3

15

45

3

20

60

3

25

75

3

30

90

3

40

120

KÍCH THƯỚC ĐỒNG THANH CÁI DẠNG THANH

đồng thanh cái

Đồng thanh thường dùng để dập các thanh cái dùng cho MCCB, ACB. Đồng thanh thường có chiều dài 4m. Bảng tra bề dày x rộng (mm)):

DÀY (mm)

RỘNG (mm)

TIẾT DIỆN (mm2)

4

20

80

4

25

100

4

30

120

4

40

160

5

15

75

5

20

100

5

25

125

5

30

150

5

40

200

5

50

250

5

60

300

6

20

120

6

25

150

6

30

180

6

40

240

6

50

300

6

60

360

6

80

480

6

100

600

8

20

160

8

25

200

8

30

240

8

40

320

8

50

400

8

60

480

8

80

640

8

100

800

10

20

200

10

30

300

10

40

400

10

50

500

10

60

600

10

80

800

10

100

1,000

12

100

1,200

15

100

1,500

CÁC KÍCH THƯỚC THANH CÁI THƯỜNG DÙNG

DÀY (mm)

RỘNG (mm)

TIẾT DIỆN (mm2)

2

8

16

2

12

24

2

15

30

3

15

45

3

20

60

5

20

100

6

20

120

10

20

200

6

30

180

10

30

300

6

40

240

10

40

400

6

50

300

10

50

500

6

60

360

10

60

600

6

80

480

10

60

600

6

100

600

10

100

1,000