Verifikasi kenaikan suhu IEC 61439, jalur demi jalur

Verifikasi kenaikan suhu adalah tempat kualitas fabrikasi busbar berubah menjadi temuan audit. Semua hal lain dalam verifikasi desain sebuah rakitan bisa diselesaikan di atas kertas oleh orang yang belum pernah menyentuh tembaganya. Yang satu ini tidak bisa, karena angka yang sedang diverifikasi dihasilkan oleh sambungan yang dibuat seorang fitter dengan kunci torsi.

Sebagian besar panduan yang diterbitkan berhenti pada penyebutan ketiga jalurnya. Bagian yang menentukan berhasil tidaknya sebuah proyek adalah kondisi batas pada tiap jalur, apa yang sebenarnya dikalikan oleh faktor diversitas pengenal, dan variabel fabrikasi mana yang menggeser hasilnya. Rujukan klausul di bawah mengacu pada IEC 61439-1

Tiga jalurnya

Klausul 10.10.1 mencantumkannya dengan lugas. Verifikasi harus dilakukan dengan satu atau lebih dari:

a) Pengujian, klausul 10.10.2. Sebuah rakitan fisik, dibebani, di laboratorium terakreditasi.

b) Penurunan rating untuk varian serupa dari sebuah desain yang sudah diuji, klausul 10.10.3. Jalur perbandingan: Anda sudah memiliki satu susunan yang telah diuji dan Anda menetapkan rating untuk varian-variannya menurut aturan yang dinyatakan.

c) Perhitungan, lewat dua metode terpisah dengan dua batas atas arus yang berbeda. Klausul 10.10.4.2 mencakup rakitan berkompartemen tunggal yang tidak melebihi 630 A; klausul 10.10.4.3 mencakup rakitan yang tidak melebihi 1600 A dengan metode IEC TR 60890.

Dua kendala berada di atas ketiganya. Setiap jalur dibatasi pada frekuensi pengenal sampai dengan 60 Hz untuk metode perhitungannya, dan untuk rakitan berating di atas 60 Hz, klausul 10.10.1 menuntut verifikasi lewat pengujian atau lewat penurunan dari desain yang diuji pada frekuensi yang sama. Menggabungkan jalur diizinkan dan lazim: rakitan berseksi banyak bisa memiliki seksi-seksi yang diverifikasi lewat jalur yang berbeda-beda.

Jalur c) secara rinci, karena inilah yang punya cetakan halusnya

Jalur perhitungan adalah jalur yang paling sering dicari produsen, karena tidak memerlukan laboratorium. Ia juga membawa persyaratan yang paling sering menggugurkan sebuah proyek setelah desainnya dibekukan.

Metode 630 A (10.10.4.2)

Sebuah neraca rugi daya. Total rugi daya dari komponen dan konduktor di dalam selubung dibandingkan dengan kemampuan selubung membuangnya tanpa udara di dalamnya melampaui suhu kerja maksimum perangkat mana pun. Cepat, konservatif, dan sempit.

Persyaratannya, dan semuanya harus terpenuhi:

• Data rugi daya untuk semua komponen terpasang tersedia dari produsen komponennya.
• Rugi dayanya kira-kira terdistribusi merata di dalam selubung.
• Arus pengenal tiap sirkuit tidak melebihi 80 % dari arus termal udara bebas konvensional pengenal (Ith), atau arus pengenal (In), dari perangkat pensaklaran dan komponen di sirkuit itu.
• Bagian mekanis dan peralatan terpasang tidak menghalangi sirkulasi udara secara berarti.
• Konduktor yang membawa lebih dari 200 A, dan bagian struktural di dekatnya, disusun untuk meminimalkan rugi arus eddy dan histeresis.
• Semua konduktor memiliki penampang minimum berdasarkan 125 % dari rating arus yang diizinkan untuk sirkuit terkaitnya.
• Kenaikan suhu selubung sebagai fungsi rugi daya terpasang diketahui, entah dari produsen selubungnya, dari pengujian menurut 10.10.4.2.2, atau dari produsen peralatan pendinginnya bila pendinginan aktif dipasang.

Metode 1600 A (10.10.4.3)

Penurunan rating 80 % dan aturan konduktor 125 % yang sama, dengan kenaikan suhunya sendiri ditentukan lewat metode IEC TR 60890, bukan lewat neraca rugi daya sederhana. Metode ini menambahkan dua persyaratan geometris yang menjerat desain berkompartemen banyak:

• Tidak ada lebih dari tiga sekat horizontal dalam rakitan atau dalam seksi yang sedang dinilai.
• Untuk selubung berkompartemen dengan ventilasi alami, penampang bukaan ventilasi pada tiap sekat horizontal setidaknya 50 % dari penampang horizontal kompartemennya.

Di atas 1600 A, kedua jalur perhitungan tertutup. Anda berada pada pengujian atau penurunan dari desain yang sudah diuji, dan itu keputusan yang harus diambil sebelum Anda membangun, bukan sesudah.

Standarnya terus terang soal mengapa marginnya ada: klausul 10.10.4.1 menyatakan bahwa karena suhu setempat yang sebenarnya pada bagian pembawa arus tidak dapat dihitung dengan metode-metode ini, sejumlah batasan dan margin keamanan diperlukan dan sudah disertakan. Penurunan rating 80 % dan penetapan penampang konduktor 125 % adalah margin tersebut. Keduanya bukan sikap konservatif yang bisa Anda bantah dengan analisis yang lebih baik.

Penurunan rating 80 % dalam praktik

Penurunan rating ini bukan catatan di dalam berkas. Ia mengubah daftar materialnya.

Sirkuit 200 A tidak bisa memakai perangkat 200 A. Ia memerlukan perangkat yang rating udara bebasnya setidaknya 250 A, disetel atau ditetapkan pada 200 A, atau frame yang lebih besar yang disetel lebih rendah. Rugi daya yang dipakai dalam perhitungan adalah rugi pada 200 A, tetapi perangkatnya sendiri harus berupa frame 250 A ke atas. Aturan konduktornya menambah beban itu: sirkuit busbar utama 200 A ditetapkan ukurannya pada 1.25 × 200 = 250 A, dan itu berlaku untuk setiap konduktor internal di dalam rakitannya.

Lalu iterasinya. Penampang konduktor mula-mula dipilih untuk suhu udara internal yang diasumsikan. Begitu perhitungan menghasilkan suhu udara yang sebenarnya, komponen dan konduktornya mungkin perlu diubah dan perhitungannya dijalankan ulang. Dua atau tiga putaran adalah hal biasa, dan tiap putaran bisa menggeser ukuran batangnya, yang menggeser pola lubangnya, yang menggeser toolingnya. Selesaikan jalur verifikasinya sebelum tembaganya digambar rinci, bukan sesudah.

Faktor diversitas pengenal, dan apa yang sebenarnya ia lakukan

RDF adalah istilah yang paling banyak disalahpahami dalam standar ini, dan sebagian besar salah pahamnya berasal dari anggapan bahwa ia sebuah potongan yang diterapkan di dalam perhitungan. Ia bukan itu.

Klausul 5.4 mendefinisikannya: nilai per-unit dari arus pengenal, yang ditetapkan produsen rakitan, sampai berapa sirkuit keluaran dapat dibebani secara kontinu dan serempak, dengan memperhitungkan saling pengaruh termalnya. Nilai ini bisa dinyatakan untuk kelompok sirkuit atau untuk seluruh rakitan. Dua anak kalimat dalam definisinya yang mengerjakan tugasnya. RDF dikali arus pengenal sirkuitnya harus sama dengan atau lebih tinggi daripada pembebanan yang diasumsikan untuk sirkuit keluarannya, dan RDF berlaku ketika rakitannya beroperasi pada arus pengenalnya InA.

Jadi RDF adalah rating yang dideklarasikan, bukan masukan perhitungan. Klausul 10.10.1 menyatakannya persis: kemampuan membawa arus dari sirkuit yang akan diverifikasi ditentukan oleh arus pengenal dan RDF-nya. Ia mendefinisikan apa yang sedang Anda verifikasi.

Di mana RDF masuk ke jalur pengujian

Dalam metode pengujian, RDF bersifat eksplisit dan fisik.

• Klausul 10.10.2.3.5, verifikasi rakitan lengkap: sirkuit masukan dan keluaran dibebani pada arus pengenalnya, yang menurut standar setara dengan faktor diversitas pengenal 1. Cepat, konservatif, dan tidak membuktikan apa pun tentang diversitas karena ia memang tidak mengasumsikan adanya diversitas.
• Klausul 10.10.2.3.6 dan 10.10.2.3.7 d): rakitannya diverifikasi dengan membebani sirkuit masukan sampai arus pengenalnya dan unit fungsional keluarannya sampai arus pengenalnya dikali faktor diversitas. Di sinilah RDF yang dideklarasikan di bawah 1 benar-benar diperoleh.

Lampiran O menguraikan pertukarannya: metode a) memerlukan pengujian paling sedikit tetapi susunan ujinya lebih berat daripada yang perlu dan hasilnya hanya berlaku untuk susunan itu.

Di mana RDF tidak masuk: jalur perhitungan

Kedua klausul perhitungan mengatakan hal yang sama: rugi daya efektif dari semua sirkuit termasuk konduktor penghubungnya harus dihitung berdasarkan arus pengenal sirkuitnya. Tidak ada pengali RDF. Diversitas masuk lewat pintu yang berbeda. Total rugi dayanya dihitung dengan memperhitungkan bahwa total arus bebannya dibatasi pada arus pengenal rakitannya.

Catatan berisi contoh perhitungan di dalam standarnya sendiri membuatnya konkret. Rakitan berkompartemen tunggal berating 100 A, dibatasi oleh batang distribusinya, dipasangi 20 sirkuit keluaran yang masing-masing diasumsikan 8 A. Total rugi daya efektifnya dihitung untuk 12 sirkuit keluaran pada 8 A masing-masing, karena 12 × 8 = 96 A adalah yang benar-benar akan didistribusikan oleh rating masukan 100 A itu. Dua belas sirkuit pada beban penuh, bukan dua puluh sirkuit dengan sebuah faktor diversitas.

Pembedaan itulah yang praktis. Panduan yang diterbitkan BEAMA tentang verifikasi tanpa pengujian menyatakannya selugas siapa pun: faktor diversitas pengenal tidak diperhitungkan ketika kenaikan suhu diverifikasi lewat perhitungan, dan kombinasi rugi daya yang paling berat dari sirkuit-sirkuit yang beroperasi pada arus pengenalnyalah yang dipakai untuk mendistribusikan arus pengenal rakitannya. Siapa pun yang selama ini menerapkan potongan RDF di dalam lembar kerja TR 60890 telah menghitung kenaikan suhu yang lebih rendah daripada yang boleh ia klaim menurut standarnya.

Nilai yang ditabelkan

Bila produsen dan pengguna belum menyepakati arus beban yang sebenarnya, part produknya memberikan nilai cadangan untuk pembebanan yang diasumsikan, diindeks menurut jumlah sirkuit utama atau sirkuit keluarannya. Di Part 1 dan Part 2 nilainya mulai dari 1,0 untuk sirkuit masukan dan menurun bertahap seiring bertambahnya jumlah jalur keluaran, mencapai 0,6 pada sepuluh sirkuit atau lebih. Di Part 3, untuk papan distribusi yang dioperasikan orang awam, tangganya berada satu tingkat lebih rendah di seluruh isinya dan berakhir di 0,5.

Angka 0,4 beredar luas di internet sebagai dasar rentang ini. Angka itu tidak muncul dalam nilai pembebanan yang diasumsikan yang ditabelkan di Part 1, 2 maupun 3. Produsen tentu saja boleh mendeklarasikan RDF yang lebih rendah daripada nilai cadangan yang ditabelkan, karena RDF ditetapkan oleh produsennya dan tabelnya hanya berlaku bila tidak ada kesepakatan. Tetapi jika sebuah spesifikasi mengutip 0,4 sebagai berasal dari standarnya, tanyakan dari mana.

Lampiran E dari Part 1 mengerjakan contoh pada nilai RDF seperti 0,68. Angka itu bukan angka bulat dari sebuah tabel; ia jatuh dari aritmetika pembebanannya.

Batas yang Anda jadikan acuan verifikasi

Tabel 6 dari IEC 61439-1 mengatakan lebih banyak daripada dua angka yang biasanya dikutip darinya.

Terminal untuk konduktor eksternal berisolasi dibatasi pada 70 K. Catatan kakinya memberi dua kualifikasi. Angka 70 K adalah nilai yang didasarkan pada pengujian konvensional klausul 10.10, dan rakitan yang dipakai pada kondisi instalasi nyata bisa memiliki koneksi yang jenis dan penataannya berbeda dari pengujiannya, sehingga menghasilkan kenaikan suhu terminal yang berbeda, yang mungkin disyaratkan atau diterima. Dan bila terminal sebuah komponen terpasang sekaligus menjadi terminal untuk konduktor eksternal berisolasi, batas yang lebih rendah di antara keduanyalah yang berlaku: batas dari produsen komponennya dan 70 K, ambil yang lebih kecil.

Busbar dan konduktor tidak mendapat satu angka tunggal di dalam tabel itu. Barisnya menyatakan bahwa batasnya ditentukan oleh kekuatan mekanis material penghantarnya, kemungkinan pengaruh terhadap peralatan di dekatnya, batas suhu yang diizinkan untuk bahan isolasi yang bersentuhan dengan konduktornya, pengaruh suhu konduktor terhadap peranti yang tersambung padanya, dan, untuk kontak plug-in, sifat serta perlakuan permukaan material kontaknya.

Angka 105 K muncul di catatan g, sebagai batas atas di atas kriteria-kriteria tersebut: dengan asumsi semua kriteria yang didaftar terpenuhi, kenaikan suhu maksimum 105 K untuk busbar dan konduktor tembaga telanjang tidak boleh dilampaui. Catatan 1 memberi alasannya: 105 K berkaitan dengan suhu yang di atasnya anil pada tembaga cenderung terjadi. Ini batas metalurgis. Sampai ke sana dan batangnya melunak, dan itu modus kegagalan mekanis, bukan kelistrikan.

Asumsi suhu sekitarnya berada di bawah semua itu. Batas Tabel 6 berlaku untuk suhu udara sekitar rata-rata sampai 35 °C dalam pemakaian. Lampiran O menambahkan puncaknya: suhu sekitar rata-rata harian dan puncaknya tidak melebihi 35 °C dan 40 °C secara berurutan. Selama pengujiannya sendiri, suhu sekitar harus berada antara 10 °C dan 40 °C, diukur oleh setidaknya dua sensor di sekeliling rakitan pada kira-kira setengah tingginya dan berjarak sekitar 1 m, terlindung dari aliran udara dan radiasi.

Dua pembacaan praktis. Pertama, batas atas 105 K jarang menjadi kendala yang mengikat. Bahan isolasi yang bersentuhan dengan batang, atau perangkat tempat batang itu mendarat, biasanya menggigit lebih dulu. Kedua, rakitan yang ditujukan untuk lingkungan yang lebih panas daripada rata-rata 35 °C perlu batasnya disesuaikan, dan klausul 9.2 mencatat bahwa jika batasnya diubah untuk mencakup suhu sekitar yang berbeda, arus pengenal busbar dan unit fungsionalnya mungkin perlu ikut diubah.

Berapa biaya tiap jalur dan berapa lama waktunya

Daftar harga terbitan untuk pengujian kenaikan suhu terakreditasi tidak ada, karena biayanya didominasi oleh jumlah susunan uji dan oleh apa yang harus Anda bangun. Lagi pula, yang Anda butuhkan untuk mengambil keputusan adalah struktur biayanya.

• Pengujian: Anda membangun satu atau lebih rakitan representatif menurut susunan yang paling berat, mengirimkannya, dan membayar waktu laboratorium. Pengujian berjalan sampai kenaikan suhunya mencapai nilai yang tetap, yang secara praktis didefinisikan klausul 10.10.2.3.1 sebagai variasi di semua titik ukur, termasuk suhu sekitar, tidak melebihi 1 K/h. Itu biasanya memakan sebagian besar satu hari kerja per susunan, belum termasuk instrumentasi dan penyetelannya. Arus dialirkan lewat konduktor uji yang dispesifikasikan standar secara rinci. Di atas 800 A itu berarti batang tembaga berukuran tertentu dengan panjang koneksi minimum 3 m, yang hanya bisa dipendekkan menjadi 2 m dalam kondisi suhu yang dinyatakan. Di atas 4000 A produsen aslinya yang menentukan susunannya dan susunan itu menjadi bagian dari laporannya. Biayanya didominasi oleh pembuatan sampel dan jumlah susunannya. Keterlambatannya didominasi oleh antrean laboratorium, hitungan bulan alih-alih minggu untuk pekerjaan arus tinggi. Jangan memesan jadwalnya sebelum sambungan Anda dibuat dengan cara yang akan dipakai di produksi.

• Penurunan dari desain yang sudah diuji: paling murah dan paling cepat bila Anda sudah memiliki desain terujinya, dan itulah sebabnya pemasok sistem rakitan menjualnya sebagai bagian dari paket. Tetaplah di dalam aturannya dan sebagian besar pekerjaannya sudah selesai. Melangkah keluar dari aturan itu dan Anda kembali ke pengujian.

• Perhitungan: tidak ada laboratorium, sehingga biayanya berupa waktu rekayasa ditambah data komponen. Biaya yang tak terlihat ada pada pengumpulan datanya: persyaratan a) menuntut data rugi daya untuk semua komponen terpasang, dan mengejar data itu dari tiap pemasok perangkat untuk daftar material campuran memakan waktu lebih lama daripada perhitungannya sendiri. Anggarkan hitungan hari alih-alih jam untuk rakitan pertama, lebih sedikit sesudahnya seiring menumpuknya data komponen. Risiko sebenarnya adalah menemukan di ujung iterasi bahwa Anda membutuhkan frame yang lebih besar atau batang yang lebih besar, jadi jalankan satu putaran kasar sejak awal.

Mengapa kualitas fabrikasi menentukan hasilnya

Pada akhirnya setiap jalur mengukur hal fisik yang sama, dan klausul 10.10.2.3.3 menyebutnya secara langsung: perhatian khusus harus diberikan pada sambungan di konduktor dan terminal di dalam sirkuit utamanya. Sambungan adalah titik ukur yang disebut namanya.

Resistansi sambungan punya dua bagian. Resistansi penyebaran, yang berasal dari arus yang membelok lewat tumpangan sambungannya, merupakan fungsi dari rasio panjang tumpangan terhadap tebal dan dari pola lubangnya: lubang baut yang melintang lebar batang lebih merugikan daripada lubang yang berjajar sepanjang panjangnya. Resistansi kontak merupakan fungsi dari kondisi permukaan dan tekanan.

Luas kontak bukan luas tumpangan. Hanya sekitar 1 % dari tumpangan yang tampak itu menghantar, lewat titik-titik kontak tonjolan permukaan yang terpisah-pisah. Resistansi kontak turun tajam seiring tekanan sampai kira-kira 10 N/mm² lalu mendatar di sekitar 30 N/mm²; di bawah sekitar 7 N/mm² tidak dianjurkan beroperasi sama sekali. Karena tekanan tidak bisa diukur di lapangan, ia disimpulkan dari torsi lewat faktor mur, yang bervariasi dari sekitar 0.20–0.22 dalam keadaan kering sampai turun ke 0.15–0.16 dengan pelumas batas. Setelan kunci yang sama pada ulir yang digemuki memberi preload kira-kira 30 % lebih besar daripada pada ulir kering. Nilai torsi dan petunjuk pelumasan harus berasal dari sumber yang sama, atau angka di dalam prosedur Anda hanyalah karangan.

Persiapan permukaan adalah variabel termurah sekaligus yang paling sering dilewati. Permukaannya harus rata dan baru digosok tepat sebelum perakitan, agar tekanan penjepitannya merusak lapisan oksida dan membentuk kontak logam ke logam di sebanyak mungkin titik. Burr yang tertinggal di bidang sambungan melakukan kebalikannya: ia menahan kedua batang agar tidak rapat, dan luas kontak yang Anda hitung bukan luas kontak yang Anda dapat. Itulah sebabnya deburring termasuk ke dalam rute prosesnya, bukan ke tangan fitter, dan sebabnya jalur seperti BND800-2 yang menangani batang setebal 0.5 sampai 50 mm pada 5 sampai 30 m/min ada sama sekali.

Embossing adalah tuas yang satunya, dan yang kurang dimanfaatkan. Menaikkan bidang kontak terkendali memusatkan preload baut yang tersedia ke satu area rata yang terdefinisi, alih-alih membiarkannya menyebar di seluruh tumpangan yang belum tentu bersentuhan. Ketika sebuah sambungan pas-pasan secara termal, bidang kontak yang dirancang sering kali jawaban yang lebih baik daripada menambah satu baut lagi.

Akurasi pola lubang mengalir langsung ke semua hal di atas. Kesalahan jarak pada sambungan berbaut banyak berarti baut-bautnya saling melawan di dalam lubang yang kebesaran dan preload-nya terdistribusi tidak merata. Punching yang menjaga posisi dengan ketat tidak berbiaya tambahan per lubang dan menghapus satu variabel dari pengujian yang laboratoriumnya Anda bayar. Pusat pemrosesan seperti IMAC-CENTER 80 bekerja sampai ±0.05 mm. Halaman proses punching membahas sisi toolingnya, dan artikel pola lubang membahas jarak tepi dan jarak antar lubangnya.

Sebelum Anda memutuskan satu jalur

Tetapkan ukuran batangnya terhadap sumber rating yang faktor koreksinya masih utuh, bukan terhadap tabel kondisi rujukan. DIN 43671 memberi rating batang tembaga pada suhu sekitar 35 °C dan suhu batang 65 °C, dengan koreksi untuk suhu sekitar dari 0 sampai 60 °C, suhu kerja sampai 125 °C, serta faktor untuk susunan batang dan jumlah batang per fasa. Di dalam selubung dengan udara internal 55 °C, koreksi itulah yang membedakan batang yang lolos verifikasi dari yang tidak.

Kalkulator ampasitas busbar kami menerapkan koreksinya, bukan mengasumsikan kondisi rujukan. Bila rakitannya ditujukan ke pasar Amerika Utara, batasnya berubah sepenuhnya dan begitu pula batangnya. Perbandingan itu ada di UL 891 versus IEC 61439.