부스바 전류 정격 계산 방법: 실제 공식 및 정격 감소 가이드

최근 400V 배전반 업그레이드에서 한 계약자는 1000A 도면에서 괜찮아 보이는 50 × 10mm 구리 부스바가 폐쇄된 큐비클 내부에서 78°C에서 작동하는 이유를 물었습니다. 부스바는 기본 공식에 따라 크기가 작지 않았지만 계산에서는 주변 온도, 인클로저 유형 및 평행 막대의 근접성을 무시했습니다. 짧은 대답: 부스바 전류 정격은 표에서 읽는 단일 숫자가 아닙니다. 이는 재질, 단면적, 허용 온도 상승에서 시작하여 실제 설치 조건에 맞게 조정되는 열 계산의 결과입니다. 조달 또는 유형 테스트를 위해 방어 가능한 등급이 필요한 경우 모든 경감 요소를 나중에 고려하지 않고 설계의 일부로 처리하십시오.

핵심 공식: 단면부터 시작한 다음 감소

대부분의 IEC 및 DIN 기반 계산은 거듭제곱 관계로 시작됩니다. 직사각형 막대의 경우 정상 상태 전류 정격은 I = K × A^0.62 × ΔT^0.5로 추정할 수 있습니다. 여기서 A는 단면적(mm²), ΔT는 주변 온도보다 허용되는 온도 상승(켈빈), K는 재료 및 표면 상수입니다. 이것은 DIN 43671 형식입니다. 모든 형상에 대해 정확하지는 않지만 초기 크기 조정 및 공급업체 데이터 확인에는 충분히 가깝습니다.

예를 들어, A = 500mm²(50 × 10mm) 및 ΔT = 55K인 구리 막대는 정지 공기에서 약 1250A로 계산될 수 있습니다. 알루미늄의 동일한 단면적은 알루미늄의 저항률이 높고 열전도율이 낮기 때문에 대략 20~25% 더 낮습니다. 이러한 차이는 설계 후반에 프로젝트가 구리에서 알루미늄으로 변경될 때 중요합니다. 단순히 재료를 교체하고 동일한 등급을 유지할 수는 없습니다.

또한 공식은 막대가 분리되어 있다고 가정합니다. 실제 부스바 시스템에서 바는 인클로저에 장착되고 절연체로 지지되며 종종 병렬로 실행됩니다. 이러한 조건은 열 발생과 열 방출을 모두 변화시킵니다. A와 ΔT에서 멈추는 계산은 출발점이지 최종 답이 아닙니다.

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재료와 기하학은 숫자보다 더 중요합니다

단면적이 동일한 두 버스바는 모양, 종횡비 및 표면 마감에 따라 전류 등급이 다를 수 있습니다. 플랫 바는 원형 튜브보다 단위 길이당 더 많은 표면적을 가지므로 열을 발산하는 방식이 다릅니다. 직경이 더 큰 관형 부스바는 둘레가 더 크기 때문에 동일한 단면적에서 더 많은 전류를 전달할 수 있습니다. 이것이 바로 mm²만을 비교하는 것이 오해의 소지가 있는 이유입니다.

구리 대 알루미늄: 계산의 변화

구리의 저항률은 20°C에서 약 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m인 반면, 알루미늄의 저항률은 약 2.82 × 10⁻⁸ Ω·m입니다. 이는 64%의 차이입니다. 동일한 전류에서 알루미늄은 더 많은 열을 발생시킵니다. 동일한 온도 상승을 유지하려면 대략 25~30% 더 많은 알루미늄 단면적, 더 낮은 주변 온도 또는 더 나은 환기가 필요합니다. IEC 61439 조립품에서는 설계 검증 시 실제 도체 재료와 절연체의 온도 한계를 고려해야 합니다.

더 높은 주파수에서의 표피 효과 및 근접 효과

50Hz에서 50mm 막대의 표피 효과는 미미하지만 0은 아닙니다. 더 큰 바 또는 더 높은 주파수의 경우 전류가 표면쪽으로 몰려들어 유효 저항이 증가합니다. 평행봉 사이의 근접 효과로 인해 상황이 더욱 악화됩니다. 평행봉의 일반적인 규칙은 두 개의 막대가 두 배의 등급을 제공하지 않는다는 것입니다. 간격에 따라 단일 막대 등급의 1.6~1.8배가 예상됩니다. 막대 3개를 사용하면 2.2~2.5배의 효과를 얻을 수 있습니다. 이러한 승수는 계산을 대체할 수는 없지만 명판 등급이 종종 보수적으로 보이는 이유를 설명합니다.

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경감 요인: 실제 등급이 떨어지는 곳

계산된 등급과 실제 설치 사이의 가장 큰 차이는 등급 감소입니다. 주변 온도가 첫 번째 요소입니다. 주변 온도가 40°C인 막대는 55°C에서 해당 전류의 80~85%만 전달할 수 있습니다. 인클로저 유형도 중요합니다. 환기형 인클로저는 실외 등급의 90%를 허용할 수 있는 반면, 밀봉된 인클로저는 이를 70% 이하로 떨어뜨릴 수 있습니다. 2000m 이상의 고도에서는 공기 밀도와 냉각이 감소하므로 추가 정격 감소가 필요할 수 있습니다.

아래 표에는 일반적인 조정이 요약되어 있습니다. 제조업체의 유형 테스트나 프로젝트별 열 연구를 대체하는 것이 아니라 온전성 검사에 사용하십시오.

표에는 정확한 값이 아닌 범위가 제공됩니다. 그 이유는 부스바 등급이 특정 인클로저, 바 간격, 환기구 및 바의 도장 여부에 따라 달라지기 때문입니다. 검은색으로 칠해진 막대는 열을 더 잘 방출하므로 원래의 막대보다 더 차갑게 작동할 수 있지만 페인트도 유전체 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 도체뿐만 아니라 절연 시스템에 대한 절충안입니다.

단계별 계산 예

400V 배전반에서 1000A 저전압 부스바를 검증해야 한다고 가정해 보겠습니다. 주변 온도는 35°C이고 인클로저는 환기되며 최대 도체 온도는 105°C까지 허용하도록 설계되었습니다. 그러면 ΔT = 70K가 됩니다. 50 × 10mm 크기의 단일 구리 막대를 사용할 계획입니다.

1. 단면적 계산: A = 50 × 10 = 500mm².
2. I = K × A^0.62 × ΔT^0.5에서 기본 등급을 추정합니다. 정지 공기 중의 구리의 경우 A가 mm²이고 ΔT가 K일 때 K는 대략 7.5입니다. I = 7.5 × 500^0.62 × 70^0.5. 500^0.62 ≒ 45.5, 70^0.5 ≒ 8.37. I ≒ 7.5 × 45.5 × 8.37 ≒ 2850A. 이는 1000A 요구 사항보다 높으며, 공식에서 야외 및 70K 상승을 가정하기 때문에 이는 정상입니다.
3. 인클로저 및 환기 용량 감소를 적용합니다. 환기된 인클로저의 경우 0.85를 사용합니다. I ≒ 2850 × 0.85 ≒ 2420A.
4. 주변 보정을 적용합니다. 기본 주변 온도가 40°C이고 실제 온도가 35°C인 경우 보정은 (105-35)/(105-40) = 70/65 = 1.08로 작습니다. 그러나 실제 주변 온도가 45°C라면 허용되는 상승은 60K가 되고 정격은 약 (60/70)^0.5 ≒ 0.93만큼 떨어집니다. I ≒ 2250A.
5. 단락 내성을 확인하십시오. 현재 평가는 이야기의 절반에 불과합니다. 또한 바는 허용 온도를 초과하지 않고 1초 동안 예상되는 단락 전류를 견뎌야 합니다. 구리의 경우 단열 검사는 종종 S ≥ I_sc × √t / k입니다. 여기서 k는 구리의 경우 약 143입니다. 1000A 막대는 일반 전류보다 50kA 오류에 대해 더 큰 단면적이 필요할 수 있습니다.

이 예에서 막대는 열적으로 1000A에 적합하지만 최종 선택은 여전히 ​​전압 강하, 지지대 간격 및 단락 힘에 따라 달라집니다. 일반적인 실수는 정상 전류에 맞게 막대 크기를 조정한 다음 지지 절연체가 최대 결함 힘을 처리할 수 없다는 것을 발견하는 것입니다. 이는 조달 위험입니다. 나중에 바 크기를 변경하면 전체 버스웨이 레이아웃에 영향을 미칠 수 있습니다.

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등급을 확정하기 전 현장 확인

계산이 필요하지만 충분하지 않습니다. 부스바 등급을 승인하기 전에 다음을 확인하십시오.

• 조인트의 토크 및 접촉 압력. 조인트가 느슨하면 바 자체의 크기가 올바른 경우에도 국지적 온도 상승이 10~20K 추가될 수 있습니다.
• 간격을 지원합니다. 지지되지 않는 긴 스팬은 50Hz에서 진동하여 도체나 절연체를 피로하게 만들 수 있습니다.
• 부하 테스트 후 열화상. 절연체 근처의 핫 조인트 또는 핫스팟은 계산에서 포착되지 않은 문제를 나타냅니다.
• 공간거리 및 연면 거리. 절연 시스템이 전압을 견딜 수 없는 경우 등급은 유효하지 않습니다.
• 선적 서류 비치. 계산 가정, 경감 요인 및 테스트 보고서를 유지하십시오. 컨설턴트나 조사관이 평가 근거를 묻는 경우 이를 제시해야 합니다.

중압 및 저압 버스웨이의 경우 조립 표준 IEC 61439-1 및 IEC 61439-6(버스웨이)은 테스트 또는 계산을 통한 설계 검증을 요구합니다. 맞춤형 디자인의 경우 계산만 허용될 수 있지만 결과에 대한 책임은 제조업체에 있습니다. 공급업체를 비교하는 경우 카탈로그 용량뿐만 아니라 유형 테스트 보고서와 경감 가정을 요청하십시오. 다음 가이드를 읽어보실 수도 있습니다. 중전압 및 저전압 애플리케이션에 적합한 버스바 선택 더 많은 선택 기준을 보려면

자주 묻는 질문

구리와 알루미늄에 동일한 공식을 사용할 수 있습니까?

동일한 형태를 사용할 수 있지만 K와 저항률은 다릅니다. 알루미늄은 동일한 전류 및 온도 상승을 위해 대략 25~30% 더 많은 단면적이 필요합니다. 특정 합금 및 템퍼에 대해서는 항상 제조업체의 데이터를 확인하십시오.

10°C 상승하면 부스바 전류용량이 얼마나 감소합니까?

기본 온도에 따라 다릅니다. 이미 절연 한계에 근접한 경우 10K를 높이면 정격이 5~10% 감소할 수 있습니다. 막대의 하중이 약하면 효과가 더 작아집니다. 가장 안전한 접근 방식은 평균이 아닌 최악의 주변 온도를 사용하여 계산하는 것입니다.

평행봉이 등급을 두 배로 늘리지 않는 이유는 무엇입니까?

근접 효과, 불균등한 전류 공유 및 막대 사이의 냉각 표면적 감소로 인해. 일반적으로 막대 2개는 단일 막대 등급의 1.6~1.8배를 제공하고 막대 3개는 약 2.2~2.5배를 제공합니다. 이는 추정치로만 사용하세요.

어떤 표준을 참조해야 합니까?

부스바 전류용량 계산을 위해 DIN 43671이 유럽에서 널리 사용됩니다. 어셈블리의 경우 IEC 61439-1 및 IEC 61439-6이 적용됩니다. 북미에서는 IEEE 605 및 NEC Article 368이 일반적인 참조 자료입니다. 프로젝트가 특정 국가에 있는 경우 허용 가능한 온도 한계와 정격 감소 규칙이 다를 수 있으므로 현지 규정을 확인하세요.

그렇다면 부스바 전류 정격을 어떻게 계산합니까? 재료와 단면적부터 시작하여 거듭제곱 공식을 적용한 다음 주변 온도, 엔클로저, 고도, 고조파, 평행 막대 효과 등 모든 실제 요소를 뺍니다. 단락 점검과 가능한 경우 유형 테스트 또는 열화상을 통해 결과를 확인하십시오. 프로젝트에 적합한 바가 여전히 확실하지 않은 경우, 엔지니어에게 문의하세요 주변 온도, 결함 수준 및 인클로저 세부 정보를 포함합니다. 대략적인 계산을 검토를 통과하고 현장에서 수행할 수 있는 평가로 바꾸는 데 도움이 될 수 있습니다.