IEC 61439 温升验证：逐条途径拆解

温升验证是母线加工质量转化为审核结论的地方。成套设备设计验证中的其他项目，都可以由一个从没碰过铜排的人在纸面上定下来。这一项不行，因为被验证的那个数值，是由钳工用扭力扳手拧出来的接头产生的。

已发表的指导材料大多止步于列出这三条途径。真正决定项目成败的，是每条途径的边界条件、额定分散系数究竟乘在什么上，以及哪些加工变量会改变结果。下文的条款编号引自以 BS EN 形式发布的 IEC 61439-1

三条途径

10.10.1 条把它们列得很清楚。验证应采用下列一种或多种方式：

a) 试验，10.10.2 条。在有资质的实验室里，对一台实体成套设备加载。

b) 由已试验的设计推导相似变型的额定值，10.10.3 条。这是比对途径：您已经有一套经过试验的布置，现在按规定的规则给它的各种变型赋予额定值。

c) 计算，分为两种方法，各有不同的电流上限。10.10.4.2 条覆盖不超过 630 A 的单隔室成套设备；10.10.4.3 条覆盖不超过 1600 A 的成套设备，采用 IEC TR 60890 的方法。

有两条约束凌驾于这三条途径之上。计算方法适用的额定频率限于 60 Hz 及以下；对额定频率高于 60 Hz 的成套设备，10.10.1 条要求以试验验证，或由在同一频率下试验过的设计推导。组合使用是允许的，也是常态：一台多柜段成套设备可以让不同柜段分别用不同的途径验证。

c) 途径细看，因为附带条件都在这一条上

计算途径是多数制造商首先伸手去拿的一条，因为它不需要实验室。它同时也带着那些最常在设计冻结之后把项目挡在门外的条件。

630 A 方法（10.10.4.2）

一种功率损耗平衡。把外壳内元器件和导体的总功率损耗，与外壳在不使内部空气超过任一器件最高工作温度的前提下所能散出的热量相比较。快、保守、适用面窄。

条件如下，必须全部满足：

• 所有内装元器件的功率损耗数据可从元器件制造商处取得。
• 功率损耗在外壳内大致均匀分布。
• 每个回路的额定电流不超过该回路中开关器件和元器件的额定约定自由空气发热电流（Ith）或额定电流（In）的 80 %。
• 机械部件和所安装的设备不明显阻碍空气流通。
• 载流超过 200 A 的导体及其相邻结构件的布置，应使涡流损耗和磁滞损耗降到最小。
• 所有导体的最小截面按相关回路允许额定电流的 125 % 确定。
• 外壳温升与装入功率损耗之间的关系为已知，无论其来自外壳制造商、来自按 10.10.4.2.2 条进行的试验，还是在装有主动冷却时来自冷却设备制造商。

1600 A 方法（10.10.4.3）

同样的 80 % 降容和 125 % 导体规则，但温升本身由 IEC TR 60890 的方法确定，而不是由一个简单的功率损耗平衡确定。它另加了两条几何条件，多隔室设计常在这里被卡住：

• 成套设备内或被评估的柜段内，水平隔板不多于三块。
• 对于分隔室且自然通风的外壳，每块水平隔板上通风开口的截面积不小于该隔室水平截面积的 50 %。

1600 A 以上，两条计算途径都关闭。剩下的是试验或由已试验的设计推导，而这个决定要在动手制造之前做，不是之后。

标准对这些裕度的由来说得很坦率：10.10.4.1 条指出，由于这些方法无法算出载流部件的实际局部温度，因此有必要设置并已纳入一些限制和安全裕度。80 % 降容和 125 % 的导体选型就是这些裕度。它们不是您可以用更好的分析辩掉的保守做法。

80 % 降容在实际中的样子

这项降容不是文件里的一条注释，它会改变物料清单。

一个 200 A 的回路不能用 200 A 的器件。它需要一台自由空气额定值至少为 250 A、整定或固定在 200 A 的器件，或者一台整定得更低的更大壳架。计算中使用的功率损耗是 200 A 下的损耗，但器件本身必须是 250 A 壳架或更大。导体规则又叠加了一层：一个 200 A 的主母线回路按 1.25 × 200 = 250 A 选型，而这适用于成套设备内的每一根内部导体。

接着是迭代。导体截面先按一个假定的内部空气温度选定。计算给出实际空气温度之后，元器件和导体可能需要更换，计算要重新跑一遍。跑上两三轮是常态，而每一轮都可能改动母排规格；母排规格一动，孔位跟着动，模具也跟着动。要在铜排出详图之前把验证途径定下来，而不是之后。

额定分散系数究竟起什么作用

额定分散系数（RDF）是这部标准里最容易被误解的术语，而大部分误解都来自一个假设：以为它是在计算内部使用的一个折减系数。它不是。

5.4 条给出定义：由成套设备制造商赋予的、以额定电流标幺值表示的数值，出线回路可按该值连续且同时加载，其中已计入相互间的热影响。它可以针对若干组回路给出，也可以针对整台成套设备给出。定义中有两句话在起作用：RDF 乘以各回路的额定电流，应等于或大于出线回路的假定负载；以及 RDF 适用于成套设备在其额定电流 InA 下运行的情形。

所以 RDF 是一项声明的额定值，不是一个计算输入量。10.10.1 条说得很准确：待验证回路的载流能力由额定电流和 RDF 共同确定。它定义的是您在验证什么。

RDF 在试验途径中的位置

在试验方法里，RDF 是明确的，也是实实在在的。

• 10.10.2.3.5 条，整台成套设备的验证：进线和出线回路都按各自的额定电流加载，标准说明这相当于额定分散系数为 1。快、保守，而且它对分散性什么也没证明，因为它压根没假定分散性。
• 10.10.2.3.6 条和 10.10.2.3.7 d)：进线回路按其额定电流加载，出线功能单元按其额定电流乘以分散系数加载，以此验证成套设备。低于 1 的 RDF 声明值，是在这里挣来的。

附录 O 把这里的取舍摆了出来：方法 a) 需要的试验次数最少，但试验布置比必要的更严酷，而且结果只适用于该布置。

RDF 不进入的地方：计算途径

两条计算条款说的是同一件事：包括互连导体在内的所有回路的有效功率损耗，应按各回路的额定电流计算。没有 RDF 这个乘数。分散性是从另一扇门进来的：计算总功率损耗时，要计入总负荷电流受限于成套设备额定电流这一条件。

标准自己的算例把这一点讲实了。一台额定 100 A、受配电母排限制的单隔室成套设备，装有 20 个出线回路，每个回路假定为 8 A。总有效功率损耗按 12 个各载 8 A 的出线回路计算，因为 12 × 8 = 96 A 才是 100 A 的进线额定值实际能分配出去的量。是十二个回路满载，而不是二十个回路乘一个分散系数。

这个区别才是实务上要紧的。BEAMA 发布的关于非试验验证的指导材料把话说得和任何人一样直白：以计算法验证温升时不考虑额定分散系数，而是取在额定电流下运行的各回路中功率损耗最严酷的那种组合，来分配成套设备的额定电流。任何一个在 TR 60890 表格里套用 RDF 折减的人，算出来的温升都低于标准允许他声明的值。

表中的数值

在制造商与用户未就实际负荷电流达成一致时，各产品分部给出假定负载的备用数值，按主回路或出线回路的数量索引。在第 1 部分和第 2 部分中，该值从进线回路的 1,0 起，随出线回路数量增加逐档下降，到十个及以上回路时为 0,6。在第 3 部分，即供普通人操作的配电柜，这一梯级通篇低一档，最低到 0,5。

网上广为流传的一个数值是 0,4，说它是这一范围的下限。它并不出现在第 1、第 2 或第 3 部分表中的假定负载值里。制造商当然可以声明一个低于表中备用值的 RDF，因为 RDF 由制造商赋予，而表只在没有约定时适用。但如果一份规范把 0,4 说成出自标准，请问一句出自哪里。

第 1 部分的附录 E 用 0,68 之类的 RDF 值做算例。这个数不是表里那种整齐的数，它是从负载计算里算出来的。

您所要对照的限值

IEC 61439-1 的表 6 所说的，比人们通常从中引用的那两个数字要多。

外部绝缘导体连接端子的限值为 70 K。脚注对它加了两重限定。其一，70 K 是基于 10.10 条约定试验得出的数值，而在实际安装条件下使用的成套设备，其连接的形式和布置可能与试验不同，由此产生的端子温升也会不同，这个不同的温升可能被要求或被接受。其二，当内装元器件的端子同时又是外部绝缘导体的端子时，两个适用限值中较低的那个起支配作用：在元器件制造商的限值和 70 K 之间取小者。

母排和导体在表中没有得到任何一个数值。该行写的是：限值由导电材料的机械强度、对相邻设备可能产生的影响、与导体接触的绝缘材料的允许温度限值、导体温度对与之连接的电器的影响，以及对插接式触头而言触头材料的性质和表面处理来确定。

105 K 出现在注 g 中，作为叠加在这些判据之上的一个上限：在所列判据均得到满足的前提下，裸铜母排和导体的最大温升不得超过 105 K。注 1 给出了理由：105 K 对应的是铜在其以上就可能发生退火的温度。这是一个冶金学上的限值。达到它，母排就软化，而这是一种机械失效模式，不是电气失效模式。

这一切底下还压着环境条件的假设。表 6 的限值适用于运行中环境空气平均温度不超过 35 °C 的情形。附录 O 补上了峰值：环境温度的日平均值和峰值分别不超过 35 °C 和 40 °C。试验期间，环境温度本身必须在 10 °C 至 40 °C 之间，由至少两个传感器在成套设备四周、约其一半高度处、距设备约 1 m 的位置测量，并遮挡气流和辐射。

两点实务上的读法。第一，105 K 这个上限很少是真正起约束作用的那一条；先咬住您的通常是与母排接触的绝缘材料，或者母排所连接的器件。第二，发往平均温度高于 35 °C 环境的成套设备，其限值需要作相应调整，而 9.2 条指出：如果为覆盖不同的环境温度而更改限值，母排和功能单元的额定电流也可能需要随之更改。

每条途径的花费和耗时

有资质实验室的温升试验没有公开的价目表，因为费用主要取决于试验布置的数量和您必须制造的东西。做决策时您真正需要的，本来也是费用的结构。

• 试验： 您要按最严酷的布置制造一台或多台有代表性的成套设备，运过去，再付实验室的机时费。试验一直做到温升达到恒定值为止，10.10.2.3.1 条在实务上把这一点定义为：包括环境在内的所有测量点的变化不超过 1 K/h。在仪表安装和准备工作之外，这通常意味着每种布置要占去大半个工作日。电流通过标准详细规定的试验导体送入。800 A 以上时，这意味着规定尺寸的铜排，连接长度最短 3 m，只有在满足规定的温度条件时才可缩短到 2 m。4000 A 以上时，由原制造商确定布置方式，并把它写进报告。费用主要由样机制造和布置数量决定；耗时则主要由实验室的排队时间决定，大电流的活是以月计而不是以周计。在您的接头还没有按量产的做法做出来之前，不要去订实验室的档期。

• 由已试验的设计推导： 在您本来就拥有那套已试验设计的情况下，这是最省钱也最快的一条，这也正是成套系统供应商把它作为整包的一部分出售的原因。守在它的规则之内，大部分工作就已经做完了；一旦越出去，您就又回到试验上。

• 计算： 不需要实验室，所以成本是工程工时加上元器件数据。看不见的成本在数据收集上：条件 a) 要求提供所有内装元器件的功率损耗数据，而在物料清单混杂的情况下，向每一家器件供应商去追这些数据，花的时间比计算本身还长。第一台成套设备要按天而不是按小时预算，之后随着元器件数据的积累会少一些。真正的风险是迭代到最后才发现需要更大的壳架或更大的母排，所以要早一点先粗算一遍。

加工质量为什么决定结果

每条途径最终衡量的都是同一件物理事实，而 10.10.2.3.3 条直接点了名：应特别注意主回路内导体的接头和端子。接头是被点名的测点。

接头电阻由两部分组成。一部分是扩散电阻，来自电流在搭接区内的绕行，它是搭接长度与厚度之比以及孔位的函数：沿母排宽度方向横排的螺栓孔，比沿长度方向纵向排列的孔造成的损失更大。另一部分是接触电阻，它是表面状态和压力的函数。

接触面积不等于搭接面积。表观搭接面积中真正导电的只有约 1 %，靠一个个离散的微凸体接触点导电。接触电阻随压力上升而急剧下降，一直到大约 10 N/mm²，在 30 N/mm² 附近趋于平坦；低于约 7 N/mm² 则根本不建议投入运行。由于压力无法在现场测量，它是通过扭矩系数由扭矩推算出来的，而该系数干装时约为 0.20–0.22，加边界润滑剂后降到 0.15–0.16。同一个扳手设定值，在涂脂的螺纹上产生的预紧力比在干燥螺纹上大约高 30 %。扭矩值和润滑说明必须出自同一个来源，否则您作业指导书上的那个数字就是虚构的。

表面处理是最便宜的变量，也是最常被跳过的一项。接头面在装配前应当是平的，并且刚刚打磨过，这样夹紧压力才能破坏氧化层，在尽可能多的点上形成金属对金属的接触。留在接头面上的毛刺起的是相反的作用：它把两根母排顶开，您算出来的接触面积不是您实际得到的接触面积。这就是为什么去毛刺应当属于工艺路线，而不是交到钳工手上，也是为什么会有 BND800-2 这样、能以 5 至 30 m/min 处理 0.5 至 50 mm 厚母排的生产线。

压花是另一个手段，而且是被用得不够的一个。压出一块受控的接触台面，可以把可用的螺栓预紧力集中到一块确定的、平整的区域上，而不是让它散布在一片未必处处接触的搭接面上。当一个接头在热的方面余量不足时，一块经过设计的接触台面往往比再加一个螺栓更好。

孔位精度直接喂进上面所有这些环节。多螺栓接头上的孔距误差，意味着螺栓在偏大的孔里相互较劲，预紧力分布不均。把位置控制得紧的冲孔并不增加单孔成本，却能从一场您正在向实验室付钱的试验里去掉一个变量。IMAC-CENTER 80 这样的加工中心的加工精度为 ±0.05 mm。冲孔工艺页面讲模具这一侧，孔位文章讲边距和孔距。

在您锁定一条途径之前

母排选型要对照一份修正系数完整保留的载流量依据，而不是对照一张基准条件下的表格。DIN 43671 给出铜母排载流量的基准条件是环境温度 35 °C、母排温度 65 °C，并配有 0 至 60 °C 环境温度、最高 125 °C 工作温度的修正，以及针对母排布置方式和每相母排片数的系数。在内部空气温度 55 °C 的柜内，这些修正系数就是一根能通过验证的母排和一根不能通过验证的母排之间的差别。

我们的母排载流量计算器会把这些修正系数算进去，而不是假定处于基准条件。如果成套设备要发往北美市场，限值完全不同，母排也随之不同。这一比较写在 UL 891 与 IEC 61439 一文里。