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铜排表面涂漆后载流量为何会比裸铜排高?

发布时间:2023年8月16日 | 文章来源:线束世界 | 浏览次数:376 | 访问原文

在上一篇文章:铜排的载流量如何确定?中,DIN43671-1975提供了涂漆铜排(Painted)和裸铜排(Bare)的载流量。

例如铜排规格100*10,涂漆铜排的载流量为1810A,而裸铜排载流量为1490A,比涂漆铜排低了17.6%。

有读者提出质疑,认为铜排“涂漆”是一种落后工艺,现在铜排都用镀银、镀锡、镀镍等工艺,其实这些表面处理方式的作用完全不一样。

铜排搭接面镀银、镀锡、镀镍等表面处理方式,是降低搭接面接触电阻和保持长期稳定的低电阻状态,而铜排“涂漆”相对于裸铜排,其表面粗糙度不一样,有利于提高辐射散热的发射率,进而提高了铜排的允许载流量。

另一个疑问,铜排表面“涂漆”为何会提高铜排的载流能力呢?

我们知道导体的散热有三种方式:热传导、对流以及辐射。热传导就是高温通过导体传导至低温侧,最终实现温度平衡,对流是通过空气流动带走热量,热辐射是通过电磁波传播能量。

铜排表面涂漆对热传导和对流散热影响不大,但是对于热辐射散热有一定帮助。根据斯忒潘-玻尔兹曼定律,物体单位面积的辐射功率为:

Pf=σεf(T24-T14 )

其中σ为斯忒潘-玻尔兹曼常数,T2为发热体表面温度,T1为接受辐射物体表面的温度,εf为发射率。

发射率εf与发热体表面状况及颜色有关。对于绝对黑体,它的辐射和吸收能力最强εf =1,对于一般物体εf在0到1之间。

经验数据表明,黑色磁漆的发散率为0.95,氧化了的铜的发散率为0.5~0.6,抛光的紫铜发散率为0.15,见下表1-5。

DIN43671-1975中涂漆铜排的发散率基于0.9,而裸铜排的发散率是基于0.4。

我们计算铜排载流量时,其理论基础就是牛顿公式。在正常运行情况下,当发热与散热达到平衡时,满足牛顿公式:

I2R=Kt*A*ΔT

I为额定电流,R是母线电阻,A是母线散热表面积(cm2),ΔT是温升,即母线表面温度与环境温度之差:TC-T0,Kt是综合散热系数(瓦/cm2度),它表明母线的散热能力,与母线材料的表面状况和所处环境有关。

对于某特定规格的铜排,电阻、表面散热面积、综合散热系数都是固定的,所以铜排载流量就只和铜排温升有关系。

我们以DIN43671-1975中的K2系数表为例,在系数为1的位置做一条水平线,你会发现只要环境温度与母排温度差值等于30K,铜排的载流量就和环温35℃、母排温度65℃的载流量相等,即此时铜排载流只与铜排温升相关。

如果综合散热系数Kt发生变化呢,那么铜排载流量会怎么样呢?

根据相似理论求得的导体综合散热系数计算公式可以看出,热辐射散热的发射率εf会影响表面散热系数Kt。

实验数据表明,复以绝缘漆的铜表面综合散热系数Kt为10~14,而紫铜扁平母线的综合散热系数Kt为6~9,系数比率相差10%~40%。

根据牛顿公式,对于某特定规格的铜排,当电阻、表面散热面积、温升不变时,铜排载流量与综合散热系数成正比,系数高则载流量高。

涂漆铜排的热辐射散热发射率高于裸铜排,所以综合散热系数大,载流能力也高于裸铜排。