层压母线载流量理论基础

ABB 最新NEOGEAR 低压开关柜采用层压母线，极大的减少了铜的使用量，低碳环保。

 

层压母线，顾名思义，使用薄铜板作为母线，三层铜板（三相母线）之间使用SMC或环氧树脂压铸成为整体，强度高，电流承载能力强。

对于薄铜板的载流能力

自 1873 年以来，电工已经知道一个多世纪了，交流电更喜欢在实心导体的外围移动。

就其本身而言，如果它不会导致额外的能量损失，则该特性不会令人讨厌。在实心导体中，损耗和发热就好像有效交流电阻高于实际直流电阻一样。

对于设计用于 2000 A 的导体，电阻的增加可以达到 10% 到 20% 的数量级，其增长速度比承载更高电流的横截面增加要快得多。

这导致两个缺点：

额外损耗造成的电能浪费；最近，企业家们已经认识到，后者代表了一种不仅限于经济考虑的奢侈品。

 原材料，铜或铝的浪费，因为使用了大量的金属，而且使用不当，作为   电导体  。配电设备相对较短的导体中的能量损失通常只考虑到它们的物理效应关注：加热和热量的排出。然而，在低电压下，导体能量效率的经济方面远非可以忽略不计。很容易证明，横截面为 1000 mm2 的导体组件，承载 2000 A，在连续使用的一年，其成本与它们所含铜的成本大致相同的能量。  

 因此，由于   趋肤效应  而产生的 10% 的额外损耗代表了整个安装寿命（20 年，工作系数为 0.5）的铜价。  

 开尔文定律实际上指出，必须用于导体的铜（或铝）的经济横截面是每年焦耳损失的成本等于铜的年度摊销费用，加上其他结构元素与铜的重量成正比。开关设备和配电设备制造商 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，制造商的工作不仅限于提供产品；他应该向客户提供他的技术专长，使他们能够以最佳方式安装和使用设备。因此，本文的目的是趋肤效应原则并提供评估和   邻近效应  的后果，并总结对负责安装承载大电流的母线有用的实际数据。这些影响对于 1600 到 2000 A 的导体开始变得显着，但在 4000 到 5000 A 以上变得非常重要。  

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，但这根本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灯丝的电感高于外围灯丝的电感，该电感与包络通量的变化有关，这本身就是中心电流灯丝的最大值。  

 为了平衡各个灯丝之间感应电压的下降，在外围灯丝中流过更高的电流。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20 毫米的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。