IEC 61439 온도 상승 검증, 경로별로

온도 상승 검증은 부스바 가공 품질이 감사 지적 사항이 되는 지점입니다. 어셈블리 설계 검증의 나머지 항목은 구리를 한 번도 만져 본 적 없는 사람이 서류상에서 정리할 수 있습니다. 이것은 그럴 수 없습니다. 검증 대상이 되는 숫자를 만드는 것이 작업자가 토크 렌치로 조인 접속부이기 때문입니다.

공표된 지침의 대부분은 세 가지 경로의 이름을 대는 데서 멈춥니다. 프로젝트의 성패를 가르는 부분은 각 경로의 경계 조건, 정격 부등률이 실제로 무엇에 곱해지는가, 그리고 어떤 가공 변수가 결과를 움직이는가입니다. 아래의 조항 번호는 BS EN 형식으로 발행된 IEC 61439-1

세 가지 경로

10.10.1 조항이 이를 분명하게 열거합니다. 검증은 다음 중 하나 이상으로 수행합니다.

a) 시험, 10.10.2 조항. 공인 시험소에서 실물 어셈블리에 부하를 걸어 수행합니다.

b) 시험을 마친 설계로부터 유사 변형품의 정격을 유도, 10.10.3 조항. 비교 경로입니다. 이미 시험을 마친 구성이 있고, 명시된 규칙에 따라 그 변형품에 정격을 부여하는 것입니다.

c) 계산. 전류 상한이 서로 다른 두 가지 방법이 있습니다. 10.10.4.2 조항은 630 A를 넘지 않는 단일 구획 어셈블리를, 10.10.4.3 조항은 IEC TR 60890의 방법을 사용해 1600 A를 넘지 않는 어셈블리를 다룹니다.

세 경로 위에 제약이 둘 있습니다. 계산 방법은 정격 주파수 60 Hz 이하로 제한되며, 60 Hz를 넘는 정격의 어셈블리에 대해서는 10.10.1 조항이 시험으로, 또는 같은 주파수에서 시험한 설계로부터의 유도로 검증할 것을 요구합니다. 조합은 허용되며 일반적입니다. 여러 구획으로 이루어진 어셈블리는 구획마다 다른 경로로 검증할 수 있습니다.

c) 경로를 자세히: 깨알 같은 단서가 붙는 경로이기 때문입니다

계산 경로는 시험소가 필요 없기 때문에 대부분의 제조사가 가장 먼저 손을 뻗는 경로입니다. 동시에 설계가 확정된 뒤 프로젝트를 가장 자주 탈락시키는 조건들을 달고 있습니다.

630 A 방법(10.10.4.2)

전력 손실 균형입니다. 함체 내부의 구성 기기와 도체에서 나오는 총 전력 손실을, 내부 공기가 어떤 기기의 최대 사용 온도도 넘기지 않으면서 함체가 그것을 방열할 수 있는 능력과 대조합니다. 빠르고, 보수적이며, 적용 폭이 좁습니다.

조건이며, 전부 충족되어야 합니다.

• 내장된 모든 구성 기기의 전력 손실 자료를 기기 제조사로부터 확보할 수 있을 것.
• 전력 손실이 함체 내부에 대략 고르게 분포할 것.
• 각 회로의 정격 전류가 그 회로에 있는 개폐 기기와 구성 기기의 정격 규약 자유 공기 열전류(Ith) 또는 정격 전류(In)의 80 %를 넘지 않을 것.
• 기계 부품과 설치된 기기가 공기 순환을 크게 방해하지 않을 것.
• 200 A를 초과해 통전하는 도체와 인접한 구조 부재가 와전류 손실과 히스테리시스 손실을 최소화하도록 배치될 것.
• 모든 도체가 해당 회로의 허용 전류 정격의 125 %를 기준으로 한 최소 단면적을 가질 것.
• 설치된 전력 손실에 대한 함체의 온도 상승이 알려져 있을 것. 함체 제조사로부터, 10.10.4.2.2에 따른 시험으로부터, 또는 강제 냉각이 설치된 경우 냉각 기기 제조사로부터 확보합니다.

1600 A 방법(10.10.4.3)

80 % 디레이팅과 125 % 도체 규칙은 같고, 온도 상승 자체는 단순한 전력 손실 균형이 아니라 IEC TR 60890의 방법으로 구합니다. 여기에 다구획 설계가 걸리는 기하 조건이 두 가지 추가됩니다.

• 어셈블리 또는 평가 대상 구획 안에 수평 격판이 셋을 넘지 않을 것.
• 구획이 나뉘어 있고 자연 환기를 하는 함체에서는, 각 수평 격판의 환기 개구 단면적이 그 구획의 수평 단면적의 50 % 이상일 것.

1600 A를 넘으면 두 계산 경로 모두 닫힙니다. 시험이나 시험을 마친 설계로부터의 유도로 가게 되며, 이는 제작한 뒤가 아니라 제작하기 전에 내려야 할 결정입니다.

규격은 그 여유가 왜 있는지에 대해 솔직합니다. 10.10.4.1 조항은 이 방법들로는 통전부의 실제 국부 온도를 계산할 수 없기 때문에 일정한 한계와 안전 여유가 필요하며 그것이 포함되어 있다고 적고 있습니다. 80 % 디레이팅과 125 % 도체 단면 산정이 그 여유입니다. 더 나은 해석으로 논박해 없앨 수 있는 보수성이 아닙니다.

실무에서의 80 % 디레이팅

이 디레이팅은 파일에 적어 두는 비고가 아닙니다. 자재 명세서를 바꿉니다.

200 A 회로에는 200 A 기기를 쓸 수 없습니다. 자유 공기 정격이 최소 250 A이면서 200 A로 설정되거나 고정된 기기, 또는 더 큰 프레임을 낮게 설정한 기기가 필요합니다. 계산에 쓰는 전력 손실은 200 A에서의 손실이지만, 기기 자체는 250 A 프레임 이상이어야 합니다. 도체 규칙이 여기에 겹칩니다. 200 A 주 부스바 회로는 1.25 × 200 = 250 A로 단면을 잡으며, 이는 어셈블리 안의 모든 내부 도체에 적용됩니다.

그다음은 반복 계산입니다. 도체 단면적은 우선 가정한 내부 공기 온도에 대해 정합니다. 계산이 실제 공기 온도를 내놓으면 기기와 도체를 바꿔야 할 수 있고 계산을 다시 돌려야 합니다. 두세 번 도는 것이 보통이며, 매번 부스바 치수가 움직일 수 있고, 그러면 홀 배치가 움직이고, 그러면 금형이 움직입니다. 검증 경로는 구리를 상세 설계한 뒤가 아니라 그 전에 정리하십시오.

정격 부등률이 실제로 하는 일

정격 부등률(RDF)은 이 규격에서 가장 많이 오해받는 용어이며, 오해의 대부분은 그것이 계산 안에서 적용되는 할인이라고 전제하는 데서 나옵니다. 그렇지 않습니다.

5.4 조항이 이를 정의합니다. 상호 열영향을 고려했을 때 인출 회로가 연속적이고 동시에 부하를 받을 수 있는, 어셈블리 제조사가 부여하는 정격 전류의 단위값입니다. 회로군 단위로도, 어셈블리 전체 단위로도 명시할 수 있습니다. 정의 안의 두 문장이 실제 일을 합니다. RDF에 회로의 정격 전류를 곱한 값은 인출 회로의 상정 부하 이상이어야 하며, RDF는 어셈블리가 정격 전류 InA로 운전되는 상태에서 적용됩니다.

즉 RDF는 계산 입력값이 아니라 선언하는 정격입니다. 10.10.1 조항이 정확히 그렇게 적고 있습니다. 검증 대상 회로의 통전 능력은 정격 전류와 RDF가 정합니다. RDF는 무엇을 검증하는지를 정의합니다.

RDF가 시험 경로에 들어가는 지점

시험 방법에서 RDF는 명시적이고 물리적입니다.

• 10.10.2.3.5 조항, 완성된 어셈블리의 검증. 인입 회로와 인출 회로에 각각의 정격 전류로 부하를 걸며, 규격은 이것이 정격 부등률 1과 동등하다고 적고 있습니다. 빠르고 보수적이지만, 부등을 전혀 가정하지 않았으므로 부등에 대해 아무것도 입증하지 않습니다.
• 10.10.2.3.6 조항과 10.10.2.3.7 d): 인입 회로에는 정격 전류로, 인출 기능 유닛에는 정격 전류에 부등률을 곱한 값으로 부하를 걸어 어셈블리를 검증합니다. 1보다 작은 RDF를 선언할 자격이 실제로 만들어지는 곳이 여기입니다.

부속서 O가 그 맞바꿈을 정리하고 있습니다. a) 방법은 시험 횟수가 가장 적지만 시험 구성이 필요 이상으로 가혹하고, 그 결과는 그 구성에만 적용됩니다.

RDF가 들어가지 않는 곳: 계산 경로

두 계산 조항이 같은 이야기를 합니다. 연결 도체를 포함한 모든 회로의 유효 전력 손실은 각 회로의 정격 전류를 기준으로 산출합니다. RDF 곱셈은 없습니다. 부등은 다른 문으로 들어옵니다. 총 전력 손실은 총 부하 전류가 어셈블리의 정격 전류로 제한된다는 점을 반영해 계산합니다.

규격 자체의 예시 비고가 이를 구체적으로 보여 줍니다. 배전 부스바로 제한되어 정격 100 A인 단일 구획 어셈블리에, 각각 8 A로 상정되는 인출 회로 20개가 설치되어 있습니다. 총 유효 전력 손실은 각 8 A인 인출 회로 12개에 대해 계산합니다. 12 × 8 = 96 A가 100 A 인입 정격이 실제로 배분하게 될 값이기 때문입니다. 부등률을 적용한 20개 회로가 아니라, 전부하 상태의 12개 회로입니다.

이 구분이 실무에서 중요한 지점입니다. 시험 이외의 검증에 관해 BEAMA가 공표한 지침은 누구보다 분명하게 적고 있습니다. 계산으로 온도 상승을 검증할 때 정격 부등률은 고려하지 않으며, 어셈블리의 정격 전류를 배분할 때는 정격 전류로 운전하는 회로들의 가장 가혹한 전력 손실 조합을 씁니다. TR 60890 스프레드시트 안에서 RDF 할인을 적용해 오신 분은, 규격이 주장하도록 허용하는 것보다 낮은 온도 상승을 계산해 온 것입니다.

표에 실린 값

제조사와 사용자가 실제 부하 전류를 합의하지 않은 경우, 각 제품 파트가 주 회로 또는 인출 회로의 개수에 대응하는 상정 부하의 기본값을 제시합니다. 파트 1과 파트 2에서는 인입 회로에 대해 1,0에서 시작해 인출 회로 수가 늘수록 단계적으로 내려가며, 회로가 열 개 이상이면 0,6에 이릅니다. 일반인이 조작하는 분전반을 다루는 파트 3에서는 이 단계가 전 구간에서 한 칸 낮고 0,5에서 바닥에 닿습니다.

0,4라는 값이 이 범위의 하한으로 온라인에 널리 돌아다닙니다. 그 값은 파트 1, 2, 3 어디의 상정 부하 표에도 나오지 않습니다. 물론 제조사가 표의 기본값보다 낮은 RDF를 선언할 수는 있습니다. RDF는 제조사가 부여하는 값이고 표는 합의가 없는 경우에만 적용되기 때문입니다. 다만 어떤 사양서가 0,4를 규격에서 온 값으로 인용하고 있다면 어디에서 왔는지 물어보십시오.

파트 1의 부속서 E는 0,68 같은 RDF 값으로 예제를 풀고 있습니다. 표에서 가져온 딱 떨어지는 숫자가 아니라 부하 계산에서 떨어져 나오는 값입니다.

무엇을 기준으로 검증하는가

IEC 61439-1의 표 6은 거기서 흔히 인용되는 두 숫자보다 많은 것을 말하고 있습니다.

외부 절연 도체용 단자는 70 K로 제한됩니다. 각주가 여기에 두 가지 단서를 답니다. 70 K는 10.10 조항의 규약 시험을 기준으로 한 값이며, 실제 설치 조건에서 사용되는 어셈블리는 접속의 종류와 배치가 시험과 달라 다른 단자 온도 상승이 나올 수 있고 그 값이 요구되거나 인정될 수 있습니다. 그리고 내장 기기의 단자가 동시에 외부 절연 도체용 단자이기도 한 경우에는 적용되는 두 한계 중 낮은 쪽이 지배합니다. 기기 제조사의 한계와 70 K 중 작은 쪽을 취합니다.

부스바와 도체에 대해서는 표에 단일 수치가 주어지지 않습니다. 해당 행은 한계가 다음에 의해 정해진다고 적고 있습니다. 도전 재료의 기계적 강도, 인접 기기에 미칠 수 있는 영향, 도체에 접촉하는 절연 재료의 허용 온도 한계, 도체 온도가 그 도체에 접속된 기기에 미치는 영향, 그리고 플러그인 접점의 경우 접점 재료의 종류와 표면 처리입니다.

105 K는 비고 g에, 그 기준들 위에 얹힌 상한으로 나옵니다. 열거된 기준이 모두 충족된다고 할 때, 나동 부스바와 도체의 최대 온도 상승 105 K를 넘지 않아야 한다는 것입니다. 비고 1이 그 이유를 제시합니다. 105 K는 구리의 소둔이 일어나기 쉬워지는 온도와 연결되어 있습니다. 야금학적 한계입니다. 여기에 도달하면 부스바가 물러지며, 이는 전기적 파손 모드가 아니라 기계적 파손 모드입니다.

그 아래에 주위 조건 전제가 깔려 있습니다. 표 6의 한계는 사용 중 평균 주위 공기 온도 35 °C 이하에 대해 적용됩니다. 부속서 O가 첨두값을 더합니다. 일평균 주위 온도와 첨두 주위 온도가 각각 35 °C와 40 °C를 넘지 않아야 합니다. 시험 중에는 주위 온도가 10 °C에서 40 °C 사이여야 하며, 어셈블리 주위에 높이의 약 절반 지점, 약 1 m 떨어진 위치에 센서를 최소 두 개 두고 기류와 복사로부터 차폐해 측정합니다.

실무적으로 두 가지를 읽어 낼 수 있습니다. 첫째, 105 K 상한이 결정적 제약이 되는 경우는 드뭅니다. 부스바에 접촉하는 절연 재료, 또는 부스바가 연결되는 기기가 대개 먼저 걸립니다. 둘째, 평균 35 °C보다 더운 환경으로 가는 어셈블리는 한계를 조정해야 하며, 9.2 조항은 다른 주위 조건을 반영하려고 한계를 바꾸면 부스바와 기능 유닛의 정격 전류도 함께 바뀌어야 할 수 있다고 적고 있습니다.

각 경로의 비용과 소요 기간

공인 온도 상승 시험에 공표된 가격표는 없습니다. 비용을 지배하는 것이 시험 구성의 개수와 무엇을 제작해야 하는가이기 때문입니다. 어차피 결정에 필요한 것은 비용의 구조입니다.

• 시험: 가장 가혹한 구성으로 대표 어셈블리를 하나 이상 제작해 보내고 시험소 시간을 구매합니다. 시험은 온도 상승이 일정한 값에 도달할 때까지 진행하며, 10.10.2.3.1 조항은 이를 실무적으로 주위 온도를 포함한 모든 측정점의 변화가 1 K/h를 넘지 않는 상태로 정의합니다. 계측기 설치와 셋업을 빼고도 구성 하나당 보통 근무일의 대부분이 걸립니다. 전류는 규격이 상세히 규정한 시험용 도체를 통해 공급합니다. 800 A를 넘으면 명시된 치수의 동 부스바를 최소 접속 길이 3 m로 쓰며, 명시된 온도 조건에서만 2 m로 줄일 수 있습니다. 4000 A를 넘으면 원 제조사가 구성을 정하고 그것이 보고서의 일부가 됩니다. 비용은 시료 제작과 구성 개수가 지배합니다. 지연은 시험소 대기 시간이 지배하며, 대전류 작업에서는 주 단위가 아니라 월 단위입니다. 접속부를 양산에서 만들 방식 그대로 만들 수 있게 되기 전에는 시험 일정을 잡지 마십시오.

• 시험을 마친 설계로부터의 유도: 이미 그 시험 설계를 보유하고 있다면 가장 싸고 빠릅니다. 어셈블리 시스템 공급사들이 이를 패키지의 일부로 파는 이유가 그것입니다. 그 규칙 안에 머무르면 작업의 대부분이 끝나 있습니다. 규칙 밖으로 나가면 다시 시험으로 돌아갑니다.

• 계산: 시험소가 필요 없으므로 비용은 설계 인력의 시간에 기기 자료를 더한 것입니다. 보이지 않는 비용은 자료 수집입니다. 첫 번째 조건이 내장된 모든 구성 기기의 전력 손실 자료를 요구하는데, 여러 제조사가 섞인 자재 명세서에 대해 그것을 기기 공급사마다 쫓아다니는 일이 계산 자체보다 오래 걸립니다. 첫 어셈블리에는 시간 단위가 아니라 일 단위를 잡으시고, 기기 자료가 쌓이면 그 뒤로는 줄어듭니다. 실제 위험은 반복 계산이 끝날 무렵에야 더 큰 프레임이나 더 큰 부스바가 필요했다는 것을 알게 되는 것이므로, 개략 계산을 일찍 한 번 돌리십시오.

가공 품질이 결과를 결정하는 이유

모든 경로가 결국 같은 물리량을 측정하며, 10.10.2.3.3 조항은 그것을 직접 지목합니다. 주회로 안의 도체 접속부와 단자에 특별한 주의를 기울여야 한다는 것입니다. 접속부는 명시된 측정점입니다.

접속부 저항은 두 부분으로 이루어집니다. 전류가 겹침 구간을 통해 방향을 바꾸면서 생기는 확산 저항은 겹침 길이 대 두께 비와 홀 배치의 함수입니다. 부스바 폭 방향으로 늘어선 볼트 홀은 길이 방향으로 일렬인 홀보다 더 큰 불이익을 줍니다. 접촉 저항은 표면 상태와 압력의 함수입니다.

접촉 면적은 겹침 면적이 아닙니다. 겉보기 겹침 면적 중 통전하는 부분은 약 1 %뿐이며, 흩어져 있는 돌기 접촉점을 통해 흐릅니다. 접촉 저항은 대략 10 N/mm²까지 압력과 함께 가파르게 떨어지고 30 N/mm² 부근에서 평평해집니다. 약 7 N/mm² 아래에서는 운전 자체를 권장하지 않습니다. 압력은 현장에서 측정할 수 없으므로 너트 계수를 통해 토크로부터 추정하는데, 그 값은 무윤활에서 약 0.20–0.22이고 경계 윤활제를 쓰면 0.15–0.16까지 내려갑니다. 같은 렌치 설정이라도 그리스를 바른 나사에서는 마른 나사에서보다 대략 30 % 큰 체결력이 나옵니다. 토크 값과 윤활 지침은 같은 출처에서 나와야 하며, 그렇지 않으면 절차서에 적힌 숫자는 허구입니다.

표면 처리는 가장 값싼 변수이면서 가장 자주 건너뛰는 항목입니다. 접속면은 평평해야 하고 조립 직전에 새로 연마되어 있어야 합니다. 그래야 체결 압력이 산화층을 깨고 가능한 한 많은 지점에서 금속 대 금속 접촉을 만듭니다. 접속면에 남은 버는 정반대로 작용합니다. 두 부스바를 벌려 놓아, 계산한 접촉 면적과 실제로 얻는 접촉 면적이 달라집니다. 디버링이 작업자의 손이 아니라 공정 경로 안에 들어가야 하는 이유, 그리고 두께 0.5–50 mm 부스바를 5–30 m/min으로 처리하는 BND800-2 같은 라인이 애초에 존재하는 이유가 그것입니다.

엠보싱이 또 하나의 지렛대이고, 덜 쓰이는 쪽입니다. 관리된 접촉면을 돋우면, 실제로 닿아 있을 수도 아닐 수도 있는 겹침 구간 전체에 볼트 체결력이 퍼지게 두는 대신 정해진 평면에 집중시킵니다. 접속부가 열적으로 빠듯한 경우, 볼트를 하나 더 넣는 것보다 설계된 접촉면이 더 나은 답인 경우가 많습니다.

홀 배치 정밀도는 위의 모든 항목에 곧바로 이어집니다. 볼트가 여러 개인 접속부에서 피치 오차가 있으면 커진 홀 안에서 볼트들이 서로 다투고 체결력이 고르지 않게 분포합니다. 위치를 빡빡하게 지키는 펀칭은 홀당 추가 비용이 들지 않으면서, 시험소에 비용을 치르고 받는 시험에서 변수 하나를 없앱니다. IMAC-CENTER 80 같은 가공 센터는 ±0.05 mm로 작업합니다. 금형 쪽은 펀칭 공정 페이지에서, 가장자리 거리와 피치는 홀 배치 글에서 다뤘습니다.

경로를 확정하기 전에

부스바 단면은 기준 조건 표가 아니라 보정 계수가 살아 있는 정격 자료를 기준으로 정하십시오. DIN 43671은 주위 온도 35 °C, 부스바 온도 65 °C에서 동 부스바의 정격을 제시하며, 주위 온도 0–60 °C와 운전 온도 125 °C까지에 대한 보정, 그리고 부스바 배치와 상당 매수에 대한 계수를 함께 제공합니다. 내부 공기가 55 °C인 함체 안에서는 그 보정이 검증을 통과하는 부스바와 통과하지 못하는 부스바를 가릅니다.

당사의 부스바 허용 전류 계산기는 기준 조건을 전제하는 대신 보정을 적용합니다. 어셈블리가 북미 시장으로 가는 경우에는 한계가 완전히 달라지고 부스바도 달라집니다. 그 비교는 UL 891과 IEC 61439에 있습니다.