铜排设计的经验分享

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编辑丨钻石海

出品丨电气CAD论坛

很早关注过电气CAD论坛的朋友们可能知道,曾在2017年的时候我发布过一篇铜排三维设计的总结,分上下两篇,这一转眼三年就过去了,随着经验的积累回看曾经的文章又多了许多更深的理解,学而不思则罔,思而不学则殆,为了加深理解及补充,再次将总结在总结。

目录:


1.铜排材料及型号的表示

2.电气间隙与爬电距离

3.铜排载流量的选择

4.铜排搭接的一些设计思路

5.连接螺栓的紧固

6.颜色及相序排列

7.可选择的设计软件都有哪些?

8.三维布排时折弯系数及折弯半径的选择

9.铜排镀层介绍

10.铜排展开,铜排加工图纸的表现

11.案例分享

12.文中各标准下载

1.铜排材料介绍


日常工作中常用的铜材主要有两种:紫铜T2和黄铜H62。紫铜外观呈紫色也称紫铜,在电气系统设计里是最常见常用的纯铜,具有高的导电和导热性,而腐蚀及易成性,但强度和硬度要比黄铜低得多,价格比黄铜贵,主要用于电源上需要承载大电流的零件。

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黄铜属高锌黄铜,强度高及较好的冷热加工性,主要用于各种深拉伸和抗弯的受力零件,导电性不如紫铜价格要比紫铜要低,在能满足导电要求情况下可替代紫铜以降低材料成本。铜排型号的表示在下列国家标准中已规定:GB/T 5585.1-2005 电工用铜、铝及其合金母线 第1部分:铜和铜合金母线按材料种类分的代号表示为:

  • 铜母线=TM
  • 铝母线=LM
  • 铜合金母线=THM
    • 银铜合金TH1M
      • 一类银铜合金TH11M
      • 二类银铜合金TH12M 
  • 铝合金母线=LHM

按截面形状表示为:圆角=省略  圆边=B  全圆边=Q

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按材料状态表示为:软态=R  硬态=Y合起来的表示方法为:型号、状态、规格及标准编号。例如1:圆角铜母线,厚度10mm,宽度100mm,硬态。

TMY 10×100 GB/T5585.1-2005
例如2:圆边铜母线,厚度10mm,宽度100mm,软态。

TMBR 10×100 GB/T 5585.1-2005

2.电气间隙与爬电距离


电气间隙与爬电距离在铜排设计时格外重要,通常情况下公司制定的企业标准都会比国家标准规定的距离要大,目的就是为了让设备安全可靠。

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这两个参数在不同标准里有不同要求,《GB/T 50171 电气装置安装工程盘柜及二次回路结线施工及验收规范》中对二次回路的电气间隙与掉电距离规定为:

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《GB 7251.1-2013 低压成套开关设备和控制设备》在低压成套设备里对空气中电气间隙与爬电距离规定如下:

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3.铜排载流量的选择


铜排载流量选择,从网上就可以搜到很多载流量表,基本上都可行,下图中我又补充了一张含直流的载流量表,只是选择时要考虑环境温度即可,这里分享一张我一直在用的铜排载流量表,表中铜排规格基本都用过了,大部分是在环境25度时做的测试,可以放心使用,在“电气CAD论坛”微信公众号内回复:铜排 既可获得清晰版的下载链接。

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4.铜排搭接的一些设计思路


通常我们选择用铜排布线的目的通常有这么几点:

  • 为了替代电缆连接(节省成本)
  • 汇流/分流母排(连接方便)
  • 美观、整洁(满足业主一切要求)

若从这三点出发的话,会有不同的设计思路,我们分别讲述:4.1为了替代电缆连接(节省成本)这时做铜排设计,要在满足电气规范要求外,铜排设计要尽量“短”,只有这样才能比电缆在价格上有优势,铜排我们这里买卖,无论什么规格都论公斤按铜的市场价过磅的,所以在布铜排时,充分利用元件连接点在空间上的位置和最短布线原则,元件与元件距离要短,元件可附带连接排的就带上(如一些熔断器)等,最短布线原则还有下图这种:

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有的元件可以尝试直接安装到另一元件输出排上,这样也能节省一些铜排用量。另外还有一点需要注意的是两个电器元件用铜、铝母线连接时,铜、铝母线应避免急剧的锐角弯折,弯曲角度不得小于90度
4.2 汇流/分流母排(连接方便)而汇流/分流排的设计,则要重点考虑接线的方便以及“成本”,第一点如何接线方便,这要在设计初期多考虑下这根母排是安装在底部方便呢,还是顶部、左侧、右侧、平放、侧放方便,情况不同接线的方向也不一致,这就要去多想、多试、多总结,第二点成本上主要就一个技巧,那就是“基尔霍夫电流定律”,炸一听是不是耳熟啊,简单说就是“对于电路中的任一点,在任一时刻,流入节点的电流等于流出该节点的电流,例如做一根汇流/分流排的设计时,总输出或输入端尽量要安装在中间,这样铜排就可节省一半的规格。

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猜猜看上面这两个图,哪个方案可以选小一些规格的铜排呢?4.3 美观、整洁(满足业主一切要求)从美观 、整洁上来设计 ,要讲究横平竖直,而非上面提到的一些“省钱小妙招“了,通常设计这些项目时,成本已不是约束的关键要素了,你可以选择的方案有很多,比如选一些母线系统、软铜排,如威图母线系统、维纳尔母线系统等,母线系统的技术精髓就是母线不打孔挂接,系统全封闭。整个系统的配电等级提高,所用空间减小。解决大电流,多回路的布线连接工艺,是母线系统的强项!

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5.连接螺栓的紧固


连接螺栓的紧固在不同情况分别要求如下:母线固定在绝缘子上时连接用开孔的要求。

 

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母线与电器元件之间的连接:

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母线与螺杆类接头安装时的连接,注意为了防止松动,需加锁母,在锁母之间不得加垫圈。

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母线上连接开孔尺寸可参考:

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6.颜色及相序排列


母排的相序排列及相色参考如下表格,但这并非必须,实际在特殊情况下,如果按此相序排列会造成母线配置困难,可不按表格规定,方位的判定均以柜的正视方向为准。:

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7.可选择的软件有哪些


在设计软件的选择上要确认是否有钣金设计模块,之所以这样选是因为铜排在做工程图时要展开标注尺寸,从某种程度上讲,铜排也可以当做一种钣金件去设计,当然也有一些专为铜排设计增加的模块,如EPLAN等,常见带有钣金设计模块的三维软件有:UG、Catia、Pro/Engineer、Inventor、SolidWorks。

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我个人偏向于用Inventor,主要因为上(po)手(jie)容易和它的自适应功能,并且在工程图上导出,保存的工程文件可以用AutoCAD完美打开,在编辑后自动同步到Inventor中去,本来嘛就是同一个公司的产品。

8.三维布排时折弯系数及折弯半径的选择


铜排精确折弯通常可以从两个方面来实现:

8.1 折弯系数,折弯系数在Inventor中是称作K系数,在材料在折弯过程中是外部材料拉伸,内部材料压缩,在整个材料中间总有一层位置既不拉伸也不压缩,这个位置我们称之为中性层。如果材料拉伸与压缩相同的话,那么中性层就在0.5的位置,而事实上,钣金材料易拉伸,难压缩,所以中性层总是不会超过0.5的,Inventor采用的是K=0.44,应该说比较符合实际情况。而铜排要比默认钣金更软K也就<0.44了,那精确的中心层位置究竟在哪?能不能测量呢?答案是不能测量出,不仅仅是和材料有关,也和你的工况条件有关,例如不同批次的材料、折弯机、磨具等,你只能通过经验数据去不断修正与计算,达到最为精确的一个值。

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8.2 折弯补偿,折弯补偿我们可以通过计算方法将折弯补偿逆运算出来。

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工人在一点钣金经验也没有的情况下,可以这样来做:用5mm厚的料折一个50*50的弯(折弯半径5),先切出一个100长的料折好后测量下,比如说:50×52.5,长了2.5,工人马上可以确定剪一个100-2.5=97.5的料就可以折弯得到50×50的折弯件。这里的2.5就是修正值。

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这里我想说的是:无论是K系数,还是非常复杂的计算方法,只能说是经验值,而只有折弯表里的修正值,它是实验数据,理论上根据这个数据做产品,展开结果与折弯后是一点没有误差的。

9.铜排镀层介绍


通常铜排的表面处理有有三种工艺,1、铜排涂漆;2、铜排镀锡;3、铜排涂镀保护剂。

涂漆属于比较落后低端的工艺,现在很少使用,而镀锡和保护剂是普遍采用的处理方式,铜排镀锡的作用一是防止铜排氧化、二是改善铜排连接的接触面,在金属锡与铜结合层面会形成一种合金,增强了铜排镀层的附着力。但镀锌也有一定缺点,例如时间久了会发灰,特别是人手触摸的地方,也不环保。

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相对而言涂镀保护剂就无此缺点,不仅能维持铜排原色,比镀锡成本略低。唯一缺点操作周期长。

10.铜排展开及加工图的表现我们在三维软件的钣金模块中建完模型后,即可创建展开模式,以便在工程图中创建折弯位置、角度等尺寸。

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下面几点工程图特征是我总结出的一些经验供大家参考:

  • 折弯方向及角度的标注
  • 铜排建模时按颜色进行分类以方便装配
  • 铜排长度的统计,方便采购

每张图纸画一根铜排的情况很少,通常我会将总装配图放置在页中,然后分别标识画出对应铜排,2~3张图纸就可包括所有铜排,这样车间师傅们在加工及装配时都会很方便。

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11.案例分享 

12.文中各标准下载

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