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銅排表面涂漆為何會提高銅排的載流能力呢?

線束世界 ? 來源:低壓電器雜談 ? 2023-08-14 11:36 ? 次閱讀

在上一篇文章:銅排的載流量如何確定?中,DIN43671-1975提供了涂漆銅排(Painted)和裸銅排(Bare)的載流量。

例如銅排規格100*10,涂漆銅排的載流量為1810A,而裸銅排載流量為1490A,比涂漆銅排低了17.6%。

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有讀者提出質疑,認為銅排“涂漆”是一種落后工藝,現在銅排都用鍍銀、鍍錫、鍍鎳等工藝,其實這些表面處理方式的作用完全不一樣。

銅排搭接面鍍銀、鍍錫、鍍鎳等表面處理方式,是降低搭接面接觸電阻和保持長期穩定的低電阻狀態,而銅排“涂漆”相對于裸銅排,其表面粗糙度不一樣,有利于提高輻射散熱的發射率,進而提高了銅排的允許載流量。

另一個疑問,銅排表面“涂漆”為何會提高銅排的載流能力呢?

我們知道導體的散熱有三種方式:熱傳導、對流以及輻射。熱傳導就是高溫通過導體傳導至低溫側,最終實現溫度平衡,對流是通過空氣流動帶走熱量,熱輻射是通過電磁波傳播能量。

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銅排表面涂漆對熱傳導和對流散熱影響不大,但是對于熱輻射散熱有一定幫助。根據斯忒潘-玻爾茲曼定律,物體單位面積的輻射功率為:

Pf=σεf(T24-T14)

其中σ為斯忒潘-玻爾茲曼常數,T2為發熱體表面溫度,T1為接受輻射物體表面的溫度,εf為發射率。

發射率εf與發熱體表面狀況及顏色有關。對于絕對黑體,它的輻射和吸收能力最強εf =1,對于一般物體εf在0到1之間。

經驗數據表明,黑色磁漆的發散率為0.95,氧化了的銅的發散率為0.5~0.6,拋光的紫銅發散率為0.15,見下表1-5。

DIN43671-1975中涂漆銅排的發散率基于0.9,而裸銅排的發散率是基于0.4。

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我們計算銅排載流量時,其理論基礎就是牛頓公式。在正常運行情況下,當發熱與散熱達到平衡時,滿足牛頓公式:

I2R=Kt*A*ΔT

I為額定電流,R是母線電阻,A是母線散熱表面積(cm2),ΔT是溫升,即母線表面溫度與環境溫度之差:TC-T0,Kt是綜合散熱系數(瓦/cm2度),它表明母線的散熱能力,與母線材料的表面狀況和所處環境有關。

對于某特定規格的銅排,電阻、表面散熱面積、綜合散熱系數都是固定的,所以銅排載流量就只和銅排溫升有關系。

我們以DIN43671-1975中的K2系數表為例,在系數為1的位置做一條水平線,你會發現只要環境溫度與母排溫度差值等于30K,銅排的載流量就和環溫35℃、母排溫度65℃的載流量相等,即此時銅排載流只與銅排溫升相關。

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如果綜合散熱系數Kt發生變化呢,那么銅排載流量會怎么樣呢?

根據相似理論求得的導體綜合散熱系數計算公式可以看出,熱輻射散熱的發射率εf會影響表面散熱系數Kt。

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實驗數據表明,復以絕緣漆的銅表面綜合散熱系數Kt為10~14,而紫銅扁平母線的綜合散熱系數Kt為6~9,系數比率相差10%~40%。

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根據牛頓公式,對于某特定規格的銅排,當電阻、表面散熱面積、溫升不變時,銅排載流量與綜合散熱系數成正比,系數高則載流量高。

涂漆銅排的熱輻射散熱發射率高于裸銅排,所以綜合散熱系數大,載流能力也高于裸銅排。






審核編輯:劉清

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原文標題:銅排表面涂漆后載流量為何會比裸銅排高?

文章出處:【微信號:wiring-world,微信公眾號:線束世界】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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