アルミニウムバスバーの電流容量表: サイズ、温度上昇、選択のヒント

2 つのカタログに 100×10 mm のアルミニウムバーがどれくらいの電流を流すことができるかを尋ねると、2 つの異なる答えが得られるかもしれません。1 つは 800 A、もう 1 つは 965A です。アルミニウム製バスバーの電流値グラフは金属単独の特性ではないため、どちらも正しい可能性があります。それは、温度上昇、周囲温度、取り付け方向、筐体などの固定された仮定の結果です。数字の前にこれらの前提条件を読んでください。そうすれば、グラフが最速のサイジングツールになります。これらを無視すると、紙の上では適切に見えるバーでも、設計寿命が終わる何年も前に、接合部が熱くなり、酸化し、緩み、故障する可能性があります。このガイドでは、チャートが実際に何を示しているかを説明し、購入者が最もよく尋ねるサイズの指標値を示し、実際の設置によってそれらの数値がどのように変化するかを示します。

電流容量の数値が実際に意味するもの

電流容量は、バーの温度が周囲温度より一定に上昇して安定する間にバーが流す連続電流です。ほとんどのアルミニウムチャートは、周囲温度 40 °C から 30 °C 上昇して描画されます (バーは 70 °C 付近で安定します)。一方、他のチャートでは 50 °C または 65 °C が使用されます。上昇が全体の物語です。発生する熱は I²R であり、バーが放出する熱と損失が等しくなる瞬間に温度の上昇は止まります。許容される上昇を変更すると、答えが変わります。

バーの周囲のものにはバー自体よりも低い制限があるため、購入者は注意する必要があります。組立規格では、一般に裸のバスバーとボルト接合部の上昇温度を約 60 K に制限していますが、メッキ表面の場合はもう少し高くなります。断熱クラスは高温になると劣化が早くなります。 70 °C の裸の部分は触ると不快です。したがって、30 °C 上昇で描かれたチャートには、65 °C 上昇で描かれたチャートには含まれないヘッドルームが含まれています (同じ金属、同じサイズ、2 つの異なる定格)。

アルミニウムバスバーの電流容量表: 一般的なサイズ

以下の表は、電気グレードのアルミニウム製の単一長方形バー (1350 または 6101 シリーズ)、60 Hz AC、周囲温度 40 °C より 30 °C 上昇で自由空気中でエッジマウントされた場合の定格を示しています。値は丸められており、意図的に保守的です。認定されたテストデータは常に最終設計を決定します。

単一アルミニウムバー、60 Hz AC、自由空気中でエッジマウント、周囲温度 40 °C を超えて 30 °C 上昇。指標値 — 認定されたメーカーのデータが最終的な選択を決定します。
バーサイズ(mm)	相当(インチ)	断面積 (mm²)	指示電流容量 (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

注目すべきパターンは2つあります。小さなバーは、その断面に比べてより多くの冷却面を運ぶため、平方ミリメートル当たりの電流が高くなります。また、バーを厚くするよりも幅を広げる方が効果的です。定格は幅とともに、おおよそ厚さの平方根に応じて増加します。以下の表は、サイズと電流容量の関係を一目で簡単に確認できるものです。

30 °C 上昇、60 Hz AC、エッジマウントにおけるバーサイズ別のおおよその電流容量 (幅 × 厚さ、mm)。

もちろん、長方形のバーは 1 つのジオメトリにすぎません。開閉所や高電圧変電所では、その形状により冷却面が広くなり、長いスパンにわたって剛性が向上するため、管状導体が好まれることがよくあります。 Wopeng のアルミニウム合金管状バスバー製品群は、上の表と同じ熱ロジックに従い、各サイズがプロジェクトの荷重とスパンに対して確認されています。

Aluminum Alloy Tubular Bus Bar for Substation Projects

変電所プロジェクト用アルミニウム合金管状母線 6063G、LF-21Y、6R05、および 2A14 合金で入手可能なこれらの管状バスバーは、最大 1000 kV の変電所で過電流導体として機能します。シームレスな鋳造と良好な対流冷却は、上で説明したスパンと負荷条件に適合します。製品を見る→

気温上昇が数字ごとにどのように変化するか

同じ 100 × 10 mm バーでも、許容される立ち上がりが変化すると、読み取り値は大きく異なります。バーは周囲の空気との温度差に比例して熱を放出するため、電流容量は作業近似として上昇の平方根に従います。

許容温度上昇が増加した場合の、100 × 10 mm アルミニウム棒 1 本のおおよその電流容量。

この 3 番目の点は注意に値します。 40 °C の 1 日で 70 °C 上昇すると、バーは 110 °C 近くになります。これは、通常のボルト締結、標準の断熱材、およびほとんどのエンクロージャの定格が許容できる温度を超えています。高層チャートは、特定の合金、コーティング、または接点の設計を想定しています。日常的な配電盤やバス道路では、30 °C の上昇を計画の基礎として扱い、周囲温度にディレーティングを行わせます。暑い日には許容される上昇が縮小し、それに伴って電流も減少します。

静かにチャートを書き換える4つの条件

現場では 2 つの同一のバーが 30% 異なる場合があります。ギャップのほとんどは 4 つの修正で占められており、それらは加算されずに増加します。

チャート値のおおよその補正係数。乗算して切り捨て、テストデータで検証します。
設置状態	指標乗数
フリーエアでのエッジマウント (チャートベース)	1.00
平置き（水平）バー	≈0.90
バスウェイハウジングに囲まれたバー	≈0.70～0.80
2 本の平行なバー、バー 1 本の幅の間隔	合計 ≈1.80
同じ最高バー温度でも周囲温度 40 °C ではなく 50 °C	≈0.85

取付方向

チャートは、空気が広い面に沿って自由にスライドする、エッジに取り付けられたバーを想定しています。同じバーを平らに置くと、上面が温かい膜をトラップし、出力が約 10 パーセント減少します。相が密に積み重ねられている場合はさらに減少します。

AC と DC

電力周波数では、交流電流が表皮効果によってバーの表面に集中します。アルミニウムの表皮深さは約 11 ～ 12 mm です。したがって、約 20 mm より厚いセクションでは、AC の伝達効率が DC より低くなり、DC 定格がわずかに高くなります。小さなバーでは影響はわずかですが、重いバーでは影響が大きくなります。

平行棒

導体を2倍にしても定格が2倍になることはありません。 2 本の平行なバーは互いの表面をシールドするため、バー幅 1 つ分の間隔を置いたペアは 1 本のバーの約 1.8 倍のエネルギーを供給します。間隔を狭くするとその影響はさらに減少し、間隔を広くすると回復します。

エンクロージャと絶縁

バスウェイのハウジング内のバーは自由対流を失い、近くの壁に放射します。そのため、密閉された定格は常に屋外のチャート値を下回ります。完全な絶縁により、熱層も追加されます。エポキシ樹脂で鋳造された管状バスバーでは、樹脂が熱および誘電設計の一部であり、一般的な表ではなく、メーカーのテストされた定格が指定する数値となります。

エポキシ樹脂鋳造管状バスバーこの完全にカプセル化されたバスバーは、統合シールドと無酸素銅導体を備えた真空射出エポキシ樹脂を使用しています。樹脂により熱抵抗が増加するため、テストされたメーカーの定格が、一般的な屋外チャートよりも正確に指定される数値となります。製品を見る→

アルミニウムと銅: 2 つのチャートを一緒に読む

等しい断面積当たり、アルミニウムは銅と同様に約 61% の導電率を示します。IACS ベンチマークは以下に視覚化されています。この 1 つの数字で、アルミニウムチャートと銅チャートの違いのほとんどが説明されます。

アルミニウム - 銅の 61%
導電率ギャップ — 39%

等断面あたりの導電率。 100% IACS = 国際的な焼きなまし銅規格。

実際には、同じサイズのアルミニウム棒は、同じ立ち上がりで銅棒の電流の約 60 ～ 65 パーセントを流します。銅の定格に一致させるには、断面の約 1.6 倍を指定します。通常は、標準の厚さを維持しながら幅または高さを追加します。それでも、アルミニウムの重さは、置き換えられる銅のバーの約半分であるため、サポートが軽量になり、設置が迅速になります。これが、管状アルミニウムが屋外開閉所で主流となっている理由の 1 つです。

合金化によってチャートも変化します。マグネシウム - アルミニウム合金は、剛性と強度を得るために若干の導電性を犠牲にします。これはまさに、超高圧開閉所の長いスパンが要求するものです。当社が製造する超高圧マグネシウム - アルミニウム管状バスバーは、まさにそのトレードオフのために存在します。

Ultra-high Voltage Magnesium-Aluminum Alloy Tubular Bus Bar

超高圧マグネシウム・アルミニウム合金管状母線ホットトップ鋳造と穿孔圧延によってシームレスチューブに製造されたこのマグネシウムアルミニウムバスバーは、ある程度の導電性と引き換えに剛性と強度を確保しています。このトレードオフは、220 kV ～ 1000 kV の超高圧開閉所の長いスパンに適しています。製品を見る→

チャートの実用的な使い方

まず、連続負荷電流、周囲温度、許容上昇、取り付け方向、エンクロージャのタイプなどの条件を修正します。
チャートから候補サイズの基本評価を読み取ります。
向き、囲い、周囲の補正係数を適用し、切り捨てます。決して切り上げないでください。
機械的制限を個別に確認してください。短絡力、スパンたわみ、サポート間隔は電流容量の範囲外です。
接合部を慎重に設計します。接触面積、メッキ、ボルトのトルク、およびワッシャーのタイプにより、グラフの値が接合部で維持されるかどうかが決まります。
ご注文前にメーカー認定のテストデータと照らし合わせて最終サイズをご確認ください。

合金、管状形状、断熱オプションなど、より完全な選択の全体像については、当社のガイドをご覧ください。適切なアルミニウム合金管状バスバーの選択決定を段階的に進めていきます。

よくある質問

アルミニウム製バスバーは mm² あたり何アンペアまで伝送できますか?

一般的な長方形のサイズは、30 °C の上昇でおよそ 1 ～ 1.8 A/mm² の間になり、小さいバーほど密度が高くなります。エンクロージャ内の連続負荷の場合、多くのエンジニアは控えめな 0.8 ～ 1.0 A/mm² の計画数値を採用しています。これは、連続天井として 1 平方インチあたり約 700 A (≈1.1 A/mm²) という長年のルールと一致しています。

銅バーを同じサイズのアルミニウムに置き換えることはできますか?

1対1ではありません。同じサイズの場合、アルミニウムは銅の電流の約 60 パーセントを流すため、約 1.6 倍の断面積が必要になります。アルミニウムの酸化層とクリープも考慮してください。メッキされた接触面とスプリングワッシャーは適切な交換の一部です。

さまざまなソースからの電流値グラフが一致しないのはなぜですか?

さまざまな仮定 - 合金、温度上昇、周囲、方向、エンクロージャ、表面放射率、さらには AC と DC。 2 つのグラフは、条件が一致する場合にのみ比較できるため、数値の前の脚注を確認してください。

太いバーは常により多くの電流を流しますか?

はい、しかし予想よりも少ないです。定格は厚さの平方根に応じて増加するため、厚さを 2 倍にすると約 40 パーセントが増加し、幅を 2 倍にすると定格はほぼ 2 倍になります。幅の広い細い棒は、熱的に高くて厚い棒に勝ちます。

購入者にとっての最終ポイント

アルミニウム製バスバーの電流容量表は出発点であり、判断ではありません。まずその条件を読み、インストールに課せられる修正を適用し、認定データでラストマイルを確認します。この方法で選択されたバーは、バスバーが実際に破損する箇所、つまり接合部で冷却された状態を保ちます。

チャートの値をライブプロジェクトと照合している場合は、弊社のエンジニアリングチームにお問い合わせくださいお客様の負荷電流、周囲条件、向き、エンクロージャの詳細を考慮し、一般的な表ではなくテスト済みの製品と照らし合わせてサイズを確認します。

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