Koperstaafwaardering uitgelegd: capaciteitstabellen, derating en aankoopcheques

Een koperen staaf van 100 x 10 mm wordt routinematig aangehaald als een geleider van 1.500 A. Als je diezelfde staaf in een plaatstalen behuizing plaatst, in een technische ruimte met een temperatuur van 45 °C, in een serie met vier staven per fase, kan de stroom die hij kan dragen zonder de temperatuurlimiet te overschrijden dalen tot onder de 1100 A. Het koper is niet veranderd. De waardering deed het.

Dat is het nuttigste wat u moet weten over de beoordeling van koperstaven: het is geen vaste eigenschap van het metaal. Het is het resultaat van een doorsnede, een toegestane temperatuurstijging, een omgevingsconditie, een montageopstelling en een standaard die definieert hoe het nummer werd geproduceerd. Twee leveranciers kunnen dezelfde staaf bij 900 A en 1.300 A opgeven en beiden kunnen gelijk hebben, omdat ze enigszins verschillende vragen beantwoorden.

Wat volgt is een praktische manier om de beoordelingen van koperen staven af te lezen, deze eerlijk te vergelijken met die van aluminium, en de hiaten in de specificaties op te sporen die in de eerste hete zomer van gebruik tot hete verbindingen leiden.

Wat een koperen staafbeoordeling eigenlijk meet

Een koperen staafwaardering, of ampacity, is de stabiele stroom waarbij de staaf de toegestane temperatuur bereikt in een bepaalde omgevingstemperatuur. Er worden altijd drie dingen geïmpliceerd, en ze moeten alle drie overeenkomen voordat twee cijfers kunnen worden vergeleken: de doorsnede, de toegestane temperatuur of temperatuurstijging, en de omgevingsomstandigheden.

De klassieke referentie voor rechthoekige koperen staven is DIN 43671, waarin de stroomvoerende capaciteit tegen temperatuurstijging voor kale staven in stilstaande lucht wordt weergegeven. Assemblagenormen volgen een andere route. IEC 61439-1 stelt temperatuurstijgingslimieten vast voor de volledige assemblage, UL 67 en UL 891 doen hetzelfde voor paneelborden en schakelborden, en IEC 61439-6 heeft betrekking op busbaansystemen. Volgens die normen is de beoordeling van een staaf in werkelijkheid de beoordeling van de constructie waarin deze zich bevindt, eerder bevestigd door tests dan door tabellen.

Materiële aannames zijn ook van belang. Een staaf die als koper wordt verkocht, is normaal gesproken elektrolytisch taai koper met een geleidbaarheid van ten minste 58 MS/m, wat de 100 procent IACS-referentie is. Aandelen met 95 procent IACS worden ongeveer 5 procent heter bij dezelfde stroomsterkte, wat een van de redenen is waarom molencertificaten de moeite waard zijn om aan te vragen.

Indicatieve capaciteit van enkele blanke koperen staven in stilstaande lucht, horizontale montage, omgevingstemperatuur van 35 °C; vóór gebruik verifiëren aan de hand van de toepasselijke norm en de daadwerkelijke behuizing.
Staafmaat (mm)	Ongeveer. versterkers bij een stijging van 35 K	Ongeveer. versterkers bij een stijging van 65 K	Typisch gebruik
20 x 5	230	330	Kleine verdeelborden, bedieningspanelen
30 x 5	320	445	Paneelfeeders, korte runs
40 x 5	400	555	Algemene laagspanningsverdeling
50 x 10	640	890	Belangrijkste laagspanningsvoedingen
63 x 10	750	1.040	Schakelbord hoofdbalken
80 x 10	900	1.250	Transformator-naar-board-koppelingen
100 x 10	1.100	1.520	Hoogstroom hoofdleidingen

Alleen figuren uit de vrije lucht. Behuizing, omgevings- en parallelle staven verplaatsen deze waarden.

Wat de beoordeling van een koperstaaf verlaagt in echte installaties

Zodra een reep de vrije tafel verlaat, bepalen vijf factoren meestal het werkelijke aantal.

Omgevingstemperatuur. Tabellen gaan uit van 35 °C. Een kamer met een temperatuur van 45 °C kost ongeveer 10 procent van de bruikbare stroom, en een kamer met een temperatuur van 55 °C kost ongeveer 20 procent.
Montage en behuizing. Een gesloten IP54-behuizing kan nog eens 10 tot 20 procent verdragen in vergelijking met vrije lucht. Aan de zijkant geplaatste staven koelen beter dan plat gestapelde staven van dezelfde sectie, en verticale runs met open ventilatieopeningen presteren beter dan horizontale in dode lucht.
Parallelle staven per fase. Twee maten zijn niet tweemaal één maat. Nabijheidseffecten en ongelijkmatig delen leveren doorgaans ongeveer 1,7 keer het cijfer voor één maat op, ongeveer 2,4 keer voor drie maten en ongeveer 2,8 keer voor vier maten.
Frequentie en huideffect. Bij 50 Hz concentreert de stroom in koper zich binnen ongeveer 9 mm van het oppervlak. Boven een dikte van ongeveer 10 mm levert extra breedte meer capaciteit op dan extra dikte.
Oppervlakteconditie en coating. Warmte verlaat een staaf door convectie en straling. Donkere, geoxideerde oppervlakken stralen meer uit dan heldere of zwaar vertinde oppervlakken, dus galvaniseren kan een kleine thermische schade veroorzaken, zelfs als dit de juiste keuze is voor corrosie en levensduur van de verbinding.

Hoogte hoort ook op de lijst. Boven ongeveer 2.000 m vermindert dunnere lucht de convectieve koeling, en op zeeniveau geteste constructies moeten dienovereenkomstig worden verlaagd.

Illustratieve deratingvorm voor een staaf in een gesloten binnenbehuizing, gerelateerd aan 35 °C.

Koperen staaf versus aluminium staaf: beoordelingen eerlijk vergelijken

Aluminium is het natuurlijke alternatief wanneer gewicht en kosten de beslissing bepalen, maar de vergelijking gaat alleen op als deze op dezelfde basis wordt gemaakt.

Koper zit op 100 procent IACS, terwijl standaard aluminium geleiderkwaliteiten bijna 61 procent bedragen. Het matchen van een koperen staaf heeft dus ongeveer 1,6 maal de doorsnede nodig, maar de aluminium staaf weegt ongeveer de helft. In de praktijk wint aluminium wat betreft constructiebelasting, aantal steunpunten en materiaalkosten, terwijl koper wint wat betreft ruimte: een koperen run past in een krapper sleuf- of schakelkastcompartiment.

Twee details bepalen of een aluminiumvervanging ter plaatse werkt. Ten eerste gewrichten. Aluminium vormt binnen enkele minuten een isolerende oxide en kruipt onder aanhoudende boutdruk, dus aansluitingen hebben een goede voorbereiding van het oppervlak, het juiste koppel en bimetaal overgangsplaten nodig waar aluminium en koper elkaar ontmoeten. Ten tweede: uitbreiding. Aluminium zet ongeveer 30 procent meer uit dan koper bij dezelfde temperatuurverandering, wat van belang is bij lange runs met stijve aansluitingen.

Voor midden- en hoogspanning veranderen buisprofielen de rekenkunde. Een staaf van een buisvormige legering heeft meer koeloppervlak per dwarsdoorsnede-eenheid dan een platte staaf, waardoor de ruimte tussen de koelruimte en het koper aanzienlijk kleiner wordt.

Ultra-high Voltage Magnesium-Aluminum Alloy Tubular Bus Bar

Buisvormige busbar van magnesium-aluminiumlegering met ultrahoge spanning De buisvormige busbar van magnesium-aluminiumlegering met ultrahoge spanning is een belangrijk geleidend onderdeel dat speciaal is ontworpen voor krachtoverbrenging en -overdracht met ultrahoge spanning. Bekijk Product →

Geïsoleerde en gegoten staven: hetzelfde koper, verschillende classificaties

Isolatie verandert beide kanten van de beoordelingsvergelijking. Het verwijdert convectieve koeloppervlakken, maar zorgt er ook voor dat de geleider heter kan worden, omdat het stroomvoerende deel niet langer aanraakbaar is en het isolatiesysteem de temperatuurklasse definieert.

Dat is de reden waarom een volledig geïsoleerde buisvormige staaf meer stroom kan voeren dan een kale staaf van dezelfde doorsnede in dezelfde behuizing: de toegestane geleidertemperatuur is hoger en de behuizing kan vaak kleiner worden gemaakt. Het nadeel is dat de isolatie de beperkende component wordt, dus de temperatuurklasse, en niet het koper, bepaalt de gepubliceerde beoordeling.

Gemeenschappelijke buisrailisolatiesystemen en de ontwerppunten die gewoonlijk hun beoordeling bepalen; De aangegeven waarden variëren per fabrikant en moeten worden bevestigd op het gegevensblad.
Isolatie systeem	Typische continue geleidertemperatuur	Beste pasvorm	Opletten
EPDM / siliconenrubber	Ongeveer 90 tot 105 °C	Buiten- en matig vervuilde onderstations	UV- en ozonveroudering; bevestig de aangegeven klasse
Epoxyhars gieten	Ongeveer 105 tot 130 °C	Compacte schakelapparatuur voor binnenshuis, vochtige of corrosieve ruimtes	Gietholten, thermische cycli; test het voltooide onderdeel
PTFE	Gewoonlijk boven 150 °C	Gebieden met hoge temperaturen en chemisch agressieve omgevingen	Kosten; oppervlakteslijtage tijdens installatie

Epoxyhars gegoten buisvormige busbar WOPENG Epoxyhars gegoten buisvormige busbar is een krachtoverbrengingsproduct dat integraal is gevormd met behulp van een volledig geautomatiseerde tweecomponenten vacuümspuitgietmachine, die ... Bekijk Product →

Wanneer de bar zich in een busbaan bevindt, bepaalt het systeem de beoordeling

Bij laagspanningsdistributie wordt de koperstaafwaarde zelden op zichzelf gebruikt. Een busbaan wordt beoordeeld als een systeem: geleider, verbindingen, isolatie, behuizing en aangegeven omgevingstemperatuur worden samen getest onder IEC 61439-6 of UL 857, en de afbeelding op het typeplaatje is van toepassing op dat hele samenstel.

Dit heeft een praktisch gevolg. Een compacte busbaan van 800 A gebruikt vaak een geleiderdoorsnede die een tafel in de open lucht ruim 800 A zou opleveren. Het verschil is geen foutmarge; het is het aandeel dat wordt verbruikt door gezamenlijke weerstand, behuizingsverliezen en de omgevingsaanname van de standaard.

Geleiderweerstand (I2R) 62% Voegen en verbindingspunten 18% Behuizing wervelstromen 12% Terminals en contacten 8%

Illustratieve warmtebalans binnen een laagspanningsbusbaan met nominale stroom.

Compacte buslijnen van het sandwichtype en met hoge dichtheid verkleinen dat aandeel door de fasen dicht bij elkaar te houden, waardoor de reactantie en spanningsval worden verlaagd en de stroomverdeling tussen parallelle geleiders wordt verbeterd. Dat is meer en niet minder van belang in installaties met harmonische belastingen, waar de impedantie van de stroom bepaalt hoe de stroom zich verdeelt.

Als u busbaan afweegt tegen kabel of kale balk voor een midden- of laagspanningsverdeelbord, dan kunt u deze handleiding raadplegen hoe u de juiste verzamelrail kiest voor midden- en laagspanning doorloopt dezelfde beslissing met details op projectniveau.

Compacte busbaan met hoge dichtheid Compacte busbanen met hoge dichtheid behoren tot de categorie busbaanproducten van laagspanningsgiethars. Het heeft een dicht op elkaar geplaatst structureel ontwerp, gekenmerkt door compacte ... Bekijk Product →

Aankoopchecklist en veelvoorkomende faalpunten

Voordat u een offerte accepteert waarin wordt geclaimd dat er sprake is van een beoordeling van koperstaven, dient u om het volgende te vragen.

Bewijs van geleidbaarheid: een fabriekscertificaat waaruit blijkt dat er minimaal 58 MS/m is, of 100 procent IACS.
Afmetingen en tolerantie: breedte en dikte binnen de geldende standaardtolerantie, waarbij scherpe randen zijn verwijderd.
Plateringsspecificatie: tindikte doorgaans 5 tot 10 micrometer waarbij corrosieweerstand of levensduur van de verbinding van belang is.
Gegevens over temperatuurstijging: een testrapport voor de montage, niet alleen een tabelwaarde voor een enkele staaf.
Gezamenlijke hardware: gedocumenteerde koppelwaarden, belleville- of veerringen en een plan voor thermische cycluscontroles.

De duurste mislukkingen zijn stille mislukkingen. Een staaf die één maat kleiner is dan gespecificeerd, 80 x 10 mm in plaats van 100 x 10 mm, verwijdert ongeveer 20 procent van de koperdoorsnede en verlaagt de beoordeling met ongeveer 18 procent, terwijl de bestelling er op papier nog steeds correct uitziet. Aluminium dat stilletjes koper vervangt in dezelfde behuizing, of koper met een lagere geleidbaarheid, verschijnt twee of drie jaar later als een hete verbinding. Losse verbindingen en gemengde metaalverbindingen falen zelden bij de inbedrijfstelling; ze falen onder belastingswisselingen, en dat is precies het moment waarop de fabriek zich geen stilstand kan veroorloven.

Als u beschikt over een tekening, een belastingsprofiel en een omgevingsconditie, dan kan dat stuur de details naar ons engineeringteam en ontvang een aanbeveling voor een bar of busbaan die overeenkomt met de installatie in plaats van met de cataloguspagina.

Veelgestelde vragen: vragen over de beoordeling van koperen staven die kopers stellen

Is de beoordeling van koperstaven hetzelfde als de capaciteit?

Bij dagelijks gebruik wel. Technisch gezien is ampacity de stroom die een gedefinieerde temperatuurstijging veroorzaakt in een gedefinieerde omgeving, dus het getal is zinloos zonder dat deze twee voorwaarden zijn verbonden.

Welke stroom kan een koperen staaf van 40 x 10 mm dragen?

Ongeveer 800 tot 900 A bij een stijging van de vrije lucht van 65 K, en dichter bij 600 A in een gesloten behuizing bij een omgevingstemperatuur van 45 °C. Verifieer met de montagenorm of een temperatuurstijgingstest voordat u ernaar ontwerpt.

Verdubbelt het verdubbelen van de staafdikte de beoordeling?

Nee. Als u van 5 mm naar 10 mm gaat bij dezelfde breedte, wordt doorgaans 45 tot 55 procent toegevoegd, omdat de dikte de doorsnede maar heel weinig oppervlak toevoegt, en het skin-effect beperkt hoeveel van het extra koper feitelijk stroom geleidt.

Hoeveel kost een omgevingstemperatuur van 45 °C vergeleken met 35 °C?

Ongeveer 10 procent van de bruikbare stroom in een typische binnenopstelling, en meer als de ventilatie slecht is of als meerdere runs dezelfde ruimte delen.

Kunnen aluminium staven koperen staven van dezelfde maat vervangen?

Niet in dezelfde maat. Dezelfde doorsnede verliest grofweg 40 procent van zijn capaciteit, dus aluminiumvervangingen hebben een groter profiel, correcte voegvoorbereiding en bimetaal overgangshardware nodig.

Verandert vertinnen de beoordeling?

Slechts een klein beetje. Tin vermindert de stralingskoeling enigszins, maar het effect is klein vergeleken met de omgevingstemperatuur en de omstandigheden in de behuizing. Het echte voordeel van beplating is corrosieweerstand en een stabieler verbindingsvlak.

Een beoordeling van een koperen staaf betekent alleen iets als de doorsnede, de temperatuurlimiet, de omgeving en de montage daarmee gepaard gaan. Vraag naar de testomstandigheden voordat u twee cijfers vergelijkt, de maat voor de slechtste omgevingstemperatuur die de kamer in juli zal zien in plaats van het gemiddelde dat op de tekening staat, en behandel de verbindingen, en niet de staven, als het onderdeel van het systeem dat het meest waarschijnlijk als eerste zal falen.