バスバー短絡耐量評価の説明: Icw、Ipk、および IEC 規格

バスバーが現場に到着すると、ネームプレートには、Icw = 50 kA / 1 s、Ipk = 105 kA という、単純そうに見えて読み間違えやすい値のグループが記載されています。あなたが変電所を担当するエンジニア、または母線路を購入するシステムインテグレータである場合、この短絡耐性定格により、導体が障害に耐えられるか、最初の半サイクルで故障するかがわかります。つまり、この定格は、バスバーが永久変形、絶縁破壊、または接合部の損傷なしに耐えることができる最大短絡応力を定義します。 Icw と Ipk という 2 つの値を理解すると、評価全体がデータシートの数値ではなくエンジニアリングツールになります。

短絡耐量定格で実際に測定されるもの

短絡が発生すると、バスバーに定格電流の数十倍の電流が流れます。バスバーは、電流による加熱と導体間の機械的力という 2 つの異なる影響に同時に耐える必要があります。したがって、すべての完全な評価には 2 つの値が含まれます。

短時間耐電流(Icw)

Icw は、バスバーが最大許容温度を超えることなく、指定された期間 (通常は 1 秒、3 秒、または 4 秒) に流すことができる電流の RMS 値です。熱影響は I²t に従います。これは、長時間にわたる小さな電流または短時間にわたる大きな電流によって同じ温度上昇が生じる可能性があることを意味します。調達の場合、電流そのものと同じくらい持続時間も重要です。

ピーク耐電流 (Ipk)

Ipk は、故障の最初の半サイクルにおける電流の最大瞬間値です。このピークはバスバー相間に電気力学的力を生成し、その力は電流の二乗に比例します。最初のピークにおける 50 kA RMS の障害は、定常負荷のようにはならず、ハンマーの一撃のように動作します。標準では、係数 n を使用して Ipk と Icw の関係が定義されています。

IEC 61439-1 の係数 n は、Ipk を 50 Hz で Icw に接続します。
定格短時間耐電流 Icw	ピークファクター n (Ipk / Icw)
10kA＜Icw≦20kA	2.0
20kA＜Icw≦50kA	2.1
50kA＜Icw≦100kA	2.2

したがって、50 kA/1 秒のバスバーの場合、ピーク耐電流は通常 105 kA になります。設置の非対称係数が高い場合、実際の最初のピークはより高くなる可能性があるため、ピーク値を想定ではなくネットワーク計算に照らしてチェックする必要があります。

格付けによって障害と災害の違いが決まる理由

短絡耐力定格が低すぎるバスバーの選択は、電気設計において最も危険なエラーの 1 つです。故障は、修正するには遅すぎる故障状態でのみ発生するためです。

熱効果は即時です。短絡中、熱は放散されるよりも早く発生するため、導体はほぼ断熱的に加熱されます。 65 ℃ で開始した導体は、電流密度に応じて 1 秒以内に 200 °C 以上に達することがあります。ボルト接合は最も弱い部分です。高温になるとボルトの圧力が緩み、接触抵抗が上昇し、目に見える導体が無傷に見えても接合が破損する可能性があります。

機械的な効果はさらに劇的です。 100 kA のピーク電流を流す 100 mm 離れた 2 つの平行なバスバー導体には、1 メートルあたり約 20,000 N の力がかかります。これは、バスバーの 1 メートルごとに 2 トンの重りを吊るすことに相当します。定格を超えると、曲げ、絶縁体の亀裂、相間アークが発生するのが一般的な結果です。結果は簡単な修理ではありません。それは完全なセクションの置き換えと長期にわたる停止です。

電圧クラス別の短時間耐電流に関する一般的なプロジェクト要件。持続時間は 1 秒から 4 秒まで変化します。

評価の検証方法: 規格、型式試験、および正直なデータ

短絡定格は、証拠によって裏付けられている場合にのみ価値を持ちます。低電圧アセンブリの国際基準は IEC 61439-1 で、Icw と Ipk を検証する方法が定義されています。中電圧および高電圧バスバーシステムの場合、テストは関連する開閉装置およびバス規格に従って実行されます。

バスバーシステムの短絡検証に使用される共通の規格。
標準	範囲	バスバーとの関連性
IEC 61439-1	低電圧開閉装置および制御装置アセンブリ	Icw、Ipk、および設計検証プロセスを定義します。
IEC/TR 61641	密閉型低電圧アセンブリ	密閉母線路の内部アーク故障テスト
GB/T 7251.1	中国の低電圧アセンブリ	IEC 61439に準拠した国内実装
IEEE C37.23	金属密閉バス	駅バスの短絡および温度上昇要件

IEC 61439 では、高出力実験室での型式試験、計算による設計検証、またはリファレンス設計との比較という 3 つの検証ルートが許可されています。型式試験では、バスバーは指定された期間にわたって最大定格短時間電流を流し、試験後に温度上昇が再度測定されます。導体の間隔、支持距離、エンクロージャを含むテスト済みの配置は、納品時の製品と一致する必要があります。

競合他社のオファーを比較する場合は、型式テストレポートを要求し、現在値、期間、テスト設定の 3 つの点を確認してください。異なる導体間隔または異なるサポートスパンに関するレポートは、構成について何も証明しません。

バスバーがどの程度の短絡電流に耐えられるかを決定するもの

ラベルに印刷された評価は、特定の設計上の選択の結果です。 4 つの要素が最も重要です。

導体の材質と断面積。 銅は抵抗率が低く、熱容量が大きいため、同じ温度上昇でもより多くの熱を吸収します。アルミニウム合金は、同じ Icw に対してより大きな断面積を必要とするため、高電圧管状バスバーには大口径の管が使用されます。
導体の形状とサポートの間隔。 電気力学的強度は、導体の断面係数とサポート間の距離に依存します。管状導体は慣性モーメントが高く、同じ面積の平棒よりも曲げに強くなります。
ジョイント品質。 通常、ボルト接合が制限点となります。接触面積、めっき、およびボルトのトルクによって、大電流障害後に接合抵抗が低い状態を維持できるかどうかが決まります。
断熱システム。 完全に絶縁された鋳造樹脂バスバーの場合、絶縁材によって障害時の最大許容温度が設定されます。エポキシ鋳造には定義された熱限界が与えられますが、ゴムベースの断熱材は同じ温度でも異なる挙動を示します。

一定の電流密度での導体温度上昇の例。アルミニウムの曲線が急勾配であることは、高い ICW 要件に対してより大きな断面積が必要な理由を説明しています。

これは定格の背後にある実際的な技術です。メーカーはラベルを変更するだけで短絡定格を高めることはできません。それには、より多くの導体材料、より強力なサポートシステム、より優れた接合設計、または 3 つすべての組み合わせが必要です。

適切な短絡耐量を指定する方法

正しい評価は市場で最高の数値ではありません。これは、設置場所での予想される短絡電流、保護設定、およびシステム電圧に一致する値です。次のプロセスはほとんどのプロジェクトで機能します。

予想される障害レベルを、接続ポイントの電力会社またはネットワーク設計エンジニアから入手してください。
計算された故障電流を下回らないように、将来の拡張に備えて追加のマージンを持たせるように Icw を選択します。
持続時間を確認します。低圧母線路はブレーカーがすぐに解除されるため、通常 1 秒と評価されますが、中電圧システムは保護調整に一致するために 31.5 kA / 4 秒を使用することがよくあります。
サポート間隔に対する Ipk を検証します。機械的強度は、導体自体だけでなくサポート間の距離にも依存します。
データシートの番号ではなくタイプテストレポートを比較し、テストされた構成がインストールと一致していることを確認します。

低電圧配電の場合、高密度でコンパクトな母線路設計により、小さな断面で高い Icw が維持されます。これは、スペースが狭いデータセンターや工業用建物では重要です。以下の図は、低電圧母線道路プロジェクトで見られる Icw クラスの典型的な組み合わせを示しています。

50kA/1秒 — 45%
100kA/1秒 — 20%
30kA/1秒 — 15%
65kA/1秒 — 12%
80kA/1秒 — 8%

産業およびデータセンターの一般的な問い合わせに基づいた、Icw クラス別の低電圧母線路プロジェクト仕様の例示的なシェア。

プロジェクトで高い故障率を備えたテスト済みのコンパクトな母線路が必要な場合、検証済みのジョイントを備えたコンパクトな母線路システムを従来の設計と比較する価値があります。

Compact Cast-Resin Busway for Low-Voltage Distribution

低圧配電用のコンパクトな鋳造樹脂母線路この低電圧鋳造樹脂母線路は、高密度配置とエポキシ絶縁を使用してスペースを節約しながら、400 A ～ 5000 A の電流を処理します。検証済みの接合部により、故障定格母線路の設計を比較する際に実用的なオプションになります。製品を見る→

中電圧では、エポキシ樹脂鋳造による完全に絶縁された管状バスバーにより、相間の間隔が減少し、短絡時に定義された絶縁限界が与えられるため、耐力の計算がより予測可能になります。

Epoxy-Cast Tubular Busbar with Integrated Insulation

統合された絶縁を備えたエポキシキャスト管状バスバーこの完全に絶縁された管状バスバーは自動真空鋳造によって形成され、シームレスな導体とシールド構造を実現します。定義された絶縁挙動は、エンジニアが中電圧での短絡耐性を予測するのに役立ちます。製品を見る→

特別高圧変電所では、高強度アルミニウム合金管状母線の導体径、壁厚、支持スパンは、定格電流と短絡耐力の両方に基づいて選択されます。選択段階にある場合は、中電圧および低電圧システムに適切なバスバーを選択する方法により、実際的なトレードオフをカバーできます。

High-Strength Aluminum-Alloy Tubular Busbar for EHV

EHV用高強度アルミニウム合金管状バスバー 220 kV ～ 1000 kV システム用に構築されたこのマグネシウム - アルミニウム合金バスバーは、高い機械的強度と信頼性の高い導電性を兼ね備えています。障害レベルの評価と型式試験レポートを確認することで、特別高圧変電所を自信を持って選択できるようになります。製品を見る→

障害レベルの調査結果をエンジニアリングチームと共有し、生産を開始する前に対応するタイプのテストレポートを求めます。

短絡耐量定格に関するよくある質問

Icw と Ipk はどう違いますか?

Icw は、バスバーが過熱することなく指定された期間にわたって流すことができる RMS 電流です。 Ipk は、機械的な力を生成する故障の最初のサイクルのピーク値です。 50 kA/1 秒のバスバーの Ipk は通常、50 Hz で 105 kA です。

一部の定格が 50 kA / 1 秒と表示され、他の定格が 31.5 kA / 4 秒と表示されるのはなぜですか?

違いは持続時間です。 1 秒は、高速ブレーカーを備えた低電圧システムに適しています。保護調整がトリップを遅らせる可能性がある中電圧システムでは 4 秒が一般的です。持続時間を 2 倍にすると I²t の加熱も 2 倍になるため、導体の断面積を大きくする必要があります。

実際に短絡した後でもバスバーを再利用できますか?

故障したバスバーは、たとえ無傷に見えても検査する必要があります。最初にボルト接合部、絶縁体の表面、サポートを確認してください。アークが発生した場合は、材料特性が永久に変化している可能性があるため、影響を受けた絶縁部分を交換してください。

短絡定格が高くなると常にコストも高くなりますか?

比例するわけではありません。導体の断面積を増やすと定格が上がりますが、より良い接合設計やより高密度のサポート配置により、より少ない材料で耐容量を増やすことができます。ラベルだけでなく、テストされた構成も比較してください。

短絡耐力定格は、障害後も使用可能なバスバーと、1 サイクルでプロジェクトから消えてしまうバスバーを分ける 1 つの数値です。持続時間やピーク電流を含む完全な値を読み取り、その裏にある型式試験レポートを求めてください。現場の故障レベルが定格よりも高い場合、その結果は理論上のものではないため、生産を開始する前にメーカーに仕様を確認してください。