Biểu đồ cường độ thanh cái bằng nhôm: Kích thước, mức tăng nhiệt độ và mẹo lựa chọn

Hỏi hai danh mục xem một thanh nhôm 100 × 10 mm có thể mang theo những gì và bạn có thể nhận được hai câu trả lời khác nhau - 800 A từ một, 965 A từ một danh mục khác. Cả hai đều có thể đúng, bởi vì biểu đồ độ khuếch đại của thanh cái bằng nhôm không chỉ là đặc tính của kim loại; nó là kết quả của các giả định cố định: nhiệt độ tăng, nhiệt độ môi trường, hướng lắp đặt và vỏ bọc. Đọc những giả định đó trước các con số và biểu đồ sẽ trở thành công cụ định cỡ nhanh nhất mà bạn có. Nếu bỏ qua chúng, một thanh trông có vẻ phù hợp trên giấy có thể bị nóng ở các khớp, bị oxy hóa, lỏng lẻo và hỏng nhiều năm trước khi tuổi thọ thiết kế của nó kết thúc. Hướng dẫn này giải thích nội dung thực sự của biểu đồ, đưa ra các giá trị biểu thị cho kích thước mà người mua yêu cầu nhiều nhất và cho biết cách lắp đặt thực tế sẽ di chuyển những con số đó như thế nào.

Số Ampacity thực sự có nghĩa là gì

Cường độ dòng điện là dòng điện liên tục mà một thanh mang theo trong khi nhiệt độ của nó ổn định ở mức tăng đã nêu so với môi trường xung quanh. Hầu hết các biểu đồ nhôm được vẽ ở nhiệt độ tăng 30°C trên nhiệt độ môi trường xung quanh 40°C - một thanh ổn định ở gần 70°C - trong khi các biểu đồ khác sử dụng 50°C hoặc 65°C. Sự gia tăng là toàn bộ câu chuyện: nhiệt sinh ra là I2R và nhiệt độ ngừng tăng lên, mô men tổn thất bằng với lượng nhiệt mà thanh tỏa ra. Thay đổi mức tăng được phép và bạn thay đổi câu trả lời.

Người mua nên quan tâm vì mọi thứ xung quanh thanh đều có giới hạn thấp hơn chính thanh đó. Các tiêu chuẩn lắp ráp thường giới hạn mức tăng của thanh cái trần và mối nối bắt vít ở khoảng 60 K, cao hơn một chút đối với bề mặt mạ; lớp cách nhiệt già đi nhanh hơn khi nóng; và phần trần ở nhiệt độ 70°C sẽ rất khó chịu khi chạm vào. Do đó, biểu đồ được vẽ ở mức tăng 30 ° C bao gồm khoảng trống mà biểu đồ tăng 65 ° C không có - cùng kim loại, cùng kích thước, hai mức xếp hạng khác nhau.

Biểu đồ cường độ thanh cái bằng nhôm: Kích thước phổ biến

Bảng dưới đây liệt kê các xếp hạng biểu thị cho các thanh hình chữ nhật đơn bằng nhôm cấp điện (sê-ri 1350 hoặc 6101), 60 Hz AC, được gắn cạnh trong không khí tự do ở nhiệt độ tăng 30 °C so với nhiệt độ môi trường xung quanh 40 °C. Các giá trị được làm tròn và thận trọng một cách có chủ ý; dữ liệu thử nghiệm được chứng nhận luôn chi phối thiết kế cuối cùng.

Thanh nhôm đơn, 60 Hz AC, gắn ở cạnh trong không khí tự do, tăng 30°C trên nhiệt độ môi trường xung quanh 40°C. Giá trị chỉ định - dữ liệu được chứng nhận của nhà sản xuất chi phối việc lựa chọn cuối cùng.
Kích thước thanh (mm)	Tương đương (trong)	Mặt cắt ngang (mm2)	Độ khuếch đại biểu thị (A)
25 × 3	1 × 1/8	75	≈135
25 × 6	1 × 1/4	150	≈190
40 × 5	1,6 × 3/16	200	≈270
50 × 6	2 × 1/4	300	≈375
63 × 6	2,5 × 1/4	378	≈470
80 × 10	3 × 3/8	800	≈770
100 × 10	4 × 3/8	1.000	≈965

Hai mẫu đáng chú ý. Các thanh nhỏ cho thấy dòng điện cao hơn trên mỗi milimet vuông vì chúng mang nhiều bề mặt làm mát hơn so với mặt cắt ngang của chúng và việc mở rộng thanh sẽ giúp ích nhiều hơn là làm nó dày lên — định mức tăng theo chiều rộng và gần bằng căn bậc hai của độ dày. Biểu đồ bên dưới giúp bạn dễ dàng nhìn thấy mối quan hệ giữa kích thước và công suất trong nháy mắt.

Độ khuếch đại gần đúng theo kích thước thanh (chiều rộng × độ dày, mm) ở mức tăng 30 °C, 60 Hz AC, gắn cạnh.

Tất nhiên, các thanh hình chữ nhật chỉ là một hình học. Đối với các trạm phân phối và trạm biến áp cao áp, dây dẫn dạng ống thường được ưa chuộng hơn vì hình dạng của chúng mang lại bề mặt làm mát nhiều hơn và độ cứng tốt hơn trên các nhịp dài. Dòng sản phẩm thanh cái hình ống bằng hợp kim nhôm của Wopeng tuân theo logic nhiệt giống như biểu đồ trên, với mỗi kích thước được xác nhận theo tải trọng và nhịp của dự án.

Aluminum Alloy Tubular Bus Bar for Substation Projects

Thanh cái hình ống hợp kim nhôm cho các dự án trạm biến áp Có sẵn bằng hợp kim 6063G, LF-21Y, 6R05 và 2A14, các thanh cái hình ống này đóng vai trò là dây dẫn quá dòng trong các trạm biến áp lên đến 1000 kV. Đúc liền mạch và làm mát đối lưu tốt phù hợp với điều kiện nhịp và tải đã thảo luận ở trên. Xem sản phẩm →

Nhiệt độ tăng thay đổi như thế nào đối với mọi con số

Cùng một thanh 100 × 10 mm sẽ đọc rất khác khi độ cao cho phép thay đổi. Bởi vì một thanh tỏa nhiệt tỷ lệ với chênh lệch nhiệt độ của nó với không khí xung quanh, nên độ khuếch đại tuân theo căn bậc hai của độ tăng như một phép tính gần đúng.

Độ khuếch đại gần đúng của một thanh nhôm 100 × 10 mm khi độ tăng nhiệt độ cho phép tăng lên.

Điểm thứ ba đó đáng được thận trọng. Mức tăng 70°C trong một ngày 40°C sẽ khiến nhiệt độ của thanh đạt gần 110°C — vượt quá giới hạn cho phép của các mối nối bắt vít thông thường, lớp cách nhiệt tiêu chuẩn và hầu hết các mức xếp hạng vỏ bọc. Biểu đồ cao tầng giả định các hợp kim, lớp phủ hoặc thiết kế tiếp xúc cụ thể. Đối với các tổng đài và đường xe buýt hàng ngày, hãy coi cột tăng 30 °C làm cơ sở lập kế hoạch và để môi trường xung quanh thực hiện việc giảm công suất: một ngày nóng hơn sẽ làm giảm mức tăng cho phép và dòng điện đi kèm với nó.

Bốn điều kiện lặng lẽ viết lại biểu đồ

Hai thanh giống hệt nhau có thể khác nhau 30 phần trăm trong trường. Bốn lần điều chỉnh chiếm phần lớn khoảng cách và chúng nhân lên - chúng không cộng thêm.

Các hệ số hiệu chỉnh gần đúng cho các giá trị biểu đồ. Nhân lên, sau đó làm tròn xuống và xác minh bằng dữ liệu thử nghiệm.
Điều kiện lắp đặt	số nhân biểu thị
Gắn cạnh trong không khí tự do (cơ sở biểu đồ)	1.00
Thanh gắn phẳng (ngang)	≈0,90
Thanh được bao bọc trong vỏ đường xe buýt	≈0,70–0,80
Hai thanh song song, cách nhau một vạch	Tổng cộng ≈1,80
Môi trường xung quanh 50 °C thay vì 40 °C ở cùng nhiệt độ thanh tối đa	≈0,85

Hướng lắp đặt

Biểu đồ giả định các thanh được gắn ở cạnh, nơi không khí trượt tự do dọc theo các mặt rộng. Đặt cùng một thanh phẳng và mặt trên giữ lại một lớp màng ấm, cắt giảm sản lượng khoảng 10 phần trăm - nhiều hơn khi các pha được xếp chồng lên nhau.

AC so với DC

Ở tần số nguồn, dòng điện xoay chiều tập trung về phía bề mặt thanh thông qua hiệu ứng bề mặt; độ sâu của lớp vỏ trong nhôm là khoảng 11–12 mm. Do đó, các phần dày hơn khoảng 20 mm mang AC kém hiệu quả hơn DC và xếp hạng DC cao hơn một chút. Hiệu ứng này không đáng kể trên các thanh nhỏ và thực sự trên các thanh nặng.

Thanh song song

Dây dẫn tăng gấp đôi không bao giờ tăng gấp đôi đánh giá. Hai thanh song song che chắn các bề mặt của nhau, do đó, một cặp cách nhau một thanh có chiều rộng sẽ mang lại hiệu suất gấp khoảng 1,8 lần một thanh; khoảng cách chặt chẽ hơn làm giảm điều đó hơn nữa, khoảng cách rộng hơn sẽ phục hồi nó.

Bao vây và cách nhiệt

Một thanh bên trong vỏ đường xe buýt mất đi sự đối lưu tự do và tỏa ra các bức tường gần đó, đó là lý do tại sao xếp hạng kèm theo luôn nằm dưới các giá trị biểu đồ ngoài trời. Lớp cách nhiệt hoàn toàn cũng bổ sung thêm một lớp nhiệt: với thanh cái hình ống đúc bằng nhựa epoxy, nhựa là một phần của thiết kế nhiệt và điện môi, đồng thời đánh giá đã được thử nghiệm của nhà sản xuất — không phải biểu đồ chung — là con số cần chỉ định.

Thanh xe buýt hình ống đúc nhựa Epoxy Thanh cái được đóng gói hoàn toàn này sử dụng nhựa epoxy được phun chân không với dây dẫn bằng đồng không có oxy và che chắn tích hợp. Bởi vì nhựa có thêm khả năng chịu nhiệt nên đánh giá của nhà sản xuất đã được thử nghiệm là con số chính xác để chỉ định trên các biểu đồ chung ngoài trời. Xem sản phẩm →

Nhôm so với đồng: Đọc hai biểu đồ cùng nhau

Trên mỗi mặt cắt ngang bằng nhau, nhôm dẫn điện khoảng 61% cũng như đồng - tiêu chuẩn IACS được hiển thị bên dưới. Con số duy nhất đó giải thích hầu hết sự khác biệt giữa bất kỳ biểu đồ nhôm nào và bất kỳ biểu đồ đồng nào.

Nhôm - 61% đồng
Khoảng cách dẫn điện - 39%

Độ dẫn điện trên mỗi tiết diện bằng nhau; 100% IACS = tiêu chuẩn đồng ủ quốc tế.

Trong thực tế, một thanh nhôm có cùng kích thước mang dòng điện khoảng 60–65% dòng điện của thanh đồng ở cùng mức tăng. Để phù hợp với định mức đồng, hãy chỉ định khoảng 1,6 lần mặt cắt ngang - thường bằng cách thêm chiều rộng hoặc chiều cao trong khi vẫn giữ độ dày tiêu chuẩn. Ngay cả khi đó, nhôm vẫn nặng bằng một nửa so với thanh đồng mà nó thay thế, giúp hỗ trợ nhẹ hơn và lắp đặt nhanh hơn — một lý do khiến nhôm hình ống thống trị các trạm chuyển mạch ngoài trời.

Hợp kim cũng làm thay đổi biểu đồ. Hợp kim nhôm-magiê đánh đổi một chút độ dẫn điện để có được độ cứng và độ bền, đó chính xác là những gì mà các trạm chuyển mạch điện áp cực cao yêu cầu - thanh cái hình ống magie-nhôm điện áp siêu cao mà chúng tôi sản xuất tồn tại chính xác cho sự đánh đổi đó.

Ultra-high Voltage Magnesium-Aluminum Alloy Tubular Bus Bar

Thanh cái hình ống hợp kim nhôm-magiê điện áp cực cao Được chế tạo bằng cách đúc nóng và cán xuyên thành các ống liền mạch, thanh cái nhôm magie này đổi một số độ dẫn điện để có được độ cứng và độ bền. Sự đánh đổi đó phù hợp với các nhịp dài trong các trạm chuyển mạch siêu cao áp 220 kV đến 1000 kV. Xem sản phẩm →

Một cách thực tế để sử dụng biểu đồ

Trước tiên hãy khắc phục các điều kiện: dòng tải liên tục, nhiệt độ môi trường, mức tăng cho phép, hướng lắp đặt và loại vỏ.
Đọc xếp hạng cơ bản cho quy mô ứng viên của bạn từ biểu đồ.
Áp dụng các hệ số hiệu chỉnh cho hướng, vùng bao quanh và môi trường xung quanh, sau đó làm tròn xuống - không bao giờ làm tròn lên.
Kiểm tra riêng các giới hạn cơ học: lực ngắn mạch, độ lệch nhịp và khoảng cách hỗ trợ nằm ngoài giới hạn cường độ.
Thiết kế các mối nối một cách có chủ ý: diện tích tiếp xúc, lớp mạ, mô-men xoắn của bu-lông và loại vòng đệm quyết định liệu giá trị biểu đồ có tồn tại ở các kết nối hay không.
Xác nhận kích thước cuối cùng dựa trên dữ liệu thử nghiệm được chứng nhận của nhà sản xuất trước khi đặt hàng.

Để có bức tranh lựa chọn đầy đủ hơn — hợp kim, hình dạng ống và các tùy chọn cách nhiệt — hướng dẫn của chúng tôi về lựa chọn thanh cái hình ống hợp kim nhôm phù hợp thực hiện quyết định từng bước một.

Câu hỏi thường gặp

Một thanh cái bằng nhôm có thể mang bao nhiêu ampe trên mỗi mm2?

Kích thước hình chữ nhật phổ biến nằm trong khoảng từ 1 đến 1,8 A/mm2 khi nhiệt độ tăng 30°C, với mật độ cao hơn ở các thanh nhỏ hơn. Đối với các tải liên tục bên trong vỏ bọc, nhiều kỹ sư đưa ra con số quy hoạch thận trọng là 0,8–1,0 A/mm² — phù hợp với quy tắc lâu đời là khoảng 700 A trên mỗi inch vuông (≈1,1 A/mm²) làm trần liên tục.

Tôi có thể thay thanh đồng bằng thanh nhôm có cùng kích thước được không?

Không phải một chọi một. Ở cùng kích thước, nhôm mang khoảng 60% dòng điện của đồng, vì vậy bạn cần tiết diện gấp khoảng 1,6 lần. Ngân sách dành cho lớp oxit và độ rão của nhôm: các bề mặt tiếp xúc được mạ và vòng đệm lò xo là một phần của sự hoán đổi thích hợp.

Tại sao biểu đồ độ khuếch đại từ các nguồn khác nhau lại không đồng nhất?

Các giả định khác nhau - hợp kim, độ tăng nhiệt độ, môi trường xung quanh, định hướng, vỏ bọc, độ phát xạ bề mặt, thậm chí AC so với DC. Hai biểu đồ chỉ có thể so sánh được khi điều kiện của chúng khớp nhau, vì vậy hãy kiểm tra chú thích cuối trang trước các con số.

Có phải thanh dày hơn luôn mang nhiều dòng điện hơn không?

Có, nhưng ít hơn bạn mong đợi. Xếp hạng tăng theo căn bậc hai của độ dày, do đó, việc tăng gấp đôi độ dày sẽ tăng thêm khoảng 40 phần trăm, trong khi tăng gấp đôi chiều rộng sẽ tăng gần gấp đôi xếp hạng. Thanh rộng, thanh mỏng đánh bại thanh cao, thanh dày bằng nhiệt.

Điểm mấu chốt dành cho người mua

Biểu đồ độ khuếch đại của thanh cái bằng nhôm là điểm khởi đầu, không phải là phán quyết. Trước tiên, hãy đọc các điều kiện của nó, áp dụng các chỉnh sửa mà cài đặt của bạn áp đặt và để dữ liệu được chứng nhận xác nhận quãng đường cuối cùng. Các thanh được chọn theo cách này luôn mát ở những nơi thanh cái thực sự bị hỏng: tại các khớp nối.

Nếu bạn khớp giá trị biểu đồ với một dự án trực tiếp, liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi với dòng tải, điều kiện môi trường xung quanh, hướng và chi tiết vỏ bọc của bạn, đồng thời chúng tôi sẽ xác nhận kích thước so với các sản phẩm đã được thử nghiệm thay vì các bảng chung.