低压成套开关设备中低压电器元件之间连接导体尺寸的分析与计算.doc

标题：低压成套开关设备中低压电器元件之间连接导体尺寸的分析与计算 详细内容： 刘炳彰 上海电器科学研究所（200063）林李杰 乐清市飞跃开关厂（325604） 摘 要 低压电器元件温升试验用的连接导体在试验过程中是起着散热作用的，而在成套设备中电器元件之间的连接导体的长度要比元件温升试验用的短，故成套设备中电器元件接线端的温升会比元件温升试验时的高。本文通过热交换分析与计算，提出低压成套开关设备中连接导体截面和长度的选用方法，以确保电器元件在成套设备中的运行温升不会超过极限值。文中还计算出与电器元件连接负载电缆的安全长度。 1 引 言 低压电器元件温升试验时采用铜连接导体（绝缘电缆或母排），连接导体本体的温升要比电器元件出线端的极限温升低，故对电器元件而言，连接导体是起着散热的作用。 低压电器元件装入低压电器成套设备中，电器元件之间的连接导体要比电器元件温升试验时的短，在此情况下，若成套设备中的电器元件在额定电流下长期工作，即使成套设备中采用与电器元件温升试验用的截面尺寸完全相同的连接导体，电器元件也会因连接导体太短而致使其出线端超过温升极限值，还会影响到具有热保护电器元件的保护特性。 本文通过电器元件和连接导体之间的热交换分析和计算，介绍成套设备中连接导体的选择方法，以确保电器件在成套设备中安全和可靠地运行。 2 电器元件和成套设备标准中温升及其试验的有关规定 GB/T14048.1-2000《低压开关设备和控制设备总则》中规定的低压电器元件接线端子的温升极限值见表1。 GB7251.1-1997《低压成套开关设备和控制设备 第一部分：型式试验和部分型式试验成套设备》中规定的成套设备部件的温升见表 2 GB/T14048.1-2000和GB7251.1-1997两份标准中规定的温升试验用铜连接导体尺寸完全相同（见表3和表4）。GB7251.1-1997还给出试验电流400 A连接导体的温升估计值（参见表4注（1））。 3电器元件连接导体的温升分布及其热交换 3.1电器元件温升试验连接导体的温升分布及其热交换 电器元件温升试验时，连接导体的长度是足够长的（参见表3和表4），可以为和无限长相等效（见图1）。 注：（1）括号内的数值为GB7251.1-1997 试验连接导体的温升估计值；（2）铜母排应涂成无光的黑色； （3）如果连接线的电源端温升低于连接中点的温升，≤5K，则连接线可减少到2m 在距离电器元件接线端为x处取一微元长度dx，在x处的温升为τ，x+dx处为τ+dτ(见图1)，电流I在dx导体中产生的热功率为 4电器元件之间连接导体尺寸的计算 两电器元件之间连接导体的截面积和长度直接决定其出线端的温升值，也即决定电器元件是否能用足其额定容量。应当指出，电器元件的保护特性是在采用与温升试验导体尺寸完全相同的条件下试验得出的。 如果电器元件由连接导体传出热功率明显减少，将对电器元件（如断路器、熔断器、热过载继电器和电动机起动器等）的保护性产生不可忽视的影响，故应当尽量使成套设备中电器元件连接导体的热交换与电器元件温升试验、保护特性试验时的情况相一致。 4.1成套设备中连接导体截面积相同时的长度计算 成套设备中两串联电器元件的连接母排的截面积若与电器元件发热试验时的相同，母排表面也一样涂黑色无光漆，则式（4）和式（6）中的t0、t g、A、a、λ、s也都相等。在此情况下，若要求两种情况下传出热功率相等（即q1=q2）,显然，只有成套设备中连接母排的长度等于无限长才能满足。故近似地取q2=0.98q1，由式（4）和式（6）可求得： 即成套设备中连接两电器元件的母排长度满足式（10）时，就可近似地认为两电器元件的接线端的温升为T0，由连接母排传出的热功率和相同条件的电器元件温升试验时从（无限长）连接母排传出的热功率大致相等效。 母排的a的数值是一般技术资料中给出一个较宽的范围，实际计算中难以选用。况且母排温度、截面积大小和放置方式等条件不同时，a值也不同，通过铜母排的模拟试验和参考IEC提供的有关数据，得出常用矩型铜母排本体温在15-250C，竖放、涂漆时的a与母排截面积关系如图4所示 由式（10）计算出表4中各种规格铜母排的长度L2 列于表5。铜的热传导体系数 01λcu=3.86W/(cm2·C)。 4.2成套设备中连接导体截面积放大后的长度计算 成套设备中的实际情况是：两电器元件之间的连接导体长度要比表5的L2短些，故需要放大连接导体的截面积，才能满足温升和热交换基本上与电器元件温升试验时相同的要求。 设电器元件温升试验用的铜母排截面积为A1，成套设备中两电器元件的连接铜母排截面积为A2，令τ01=τ02,q1=q2由式（4）和式（6）得： （