开尔文定律指出,用于导体的铜(或铝)的经济横截面 是每年焦耳损失的成本等于铜的年度分摊费用,加上其他结构元素与铜的重量成正比。
我们作为开关设备和配电设备的制造商, 我们的职责当然是完全掌握该设备设计中涉及的技术问题。然而,我们的工作不仅限于提供产品,还应该向客户提供我们的技术专长,使他们能够以最佳方式安装和使用设备。
对于趋肤效应提供评估和邻近效应的后果进行分析,总结开关设备承载大电流的母线有用的数据。
集肤效应最显着的方面是交流实心导体外围电流密度的增加,但这不能;解释有效电阻的增加。经常提出的一种解释导体中电流中心的电感高于导体外围的电感,该导体电感与包络通量的变化有关,这本身就是导体中心电流的最大值。
为了平衡导体中各个感应电压的下降,在外围导体中流过更高的电流。因此,这些不同的电流或多或少是和它们的算术和高于总测量电流,因此,焦耳效应会导致额外的损失。这相当于说有效电阻增加了。
为了简化对趋肤效应的解释,Boucherot 在 1905 年提出了假想壳的概念,也称为趋肤厚度或穿透深度。
从焦耳效应的角度来看,固体导体中发生的情况与所有电流都在厚度为 δ 的外围层或壳中传输的情况相同,该壳中的电流密度是均匀的,而在中心:
δ=1/2π*√(10*ρ/μf)
这里:
δ:外壳厚度,单位为米
ρ:电阻率,单位为Ω/m
μ:磁导率,真空为 4π x 10-7
f:以赫兹为单位的频率
实际上,密度从导体的外围到中心呈指数下降。在 δ 深度处,密度仍然是
1/e=0. 367
假想壳的概念假设壳中的平均密度等于1/√2 倍周边密度。
从实际的角度来看,知道ρ、μ 和 f 3 个值,外壳或穿透深度可以非常快速地判断出导体的金属是否正确使用。在 50Hz 时,铜的表皮为 8.5 毫米,铝的表皮为 10.5 毫米;这表明使用直径大于20 毫米的实心铜或铝棒材是一种浪费。
可以看出b/a=1即正方形截面,交流电阻与直流电阻比将近2.15,而薄板b/a趋于无穷大时,交直流电阻比只有近1.4,载流量提高53%,减少大量能量损耗。
减少集肤效应和邻近效应,采用宽厚比高的铜排取代大尺寸铜排,可以明显减少交流电阻,也就意外着减少发热,温升更低,用铜量更少。
采用薄板层压母线技术应用于开关设备,薄板取代铜母线,用铜量少,抗短路能力机械强度高。
还有是安全,完全接触不到带电体,导电回路不受环境影响,可靠性更高、寿命更长。
来源:会说电气