铜排的载流量如何确定？

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关于矩形铜排的载流量，国内中低压成套厂一直都是各自有各自的算法，因为行业内没有相关的GB或者IEC标准可以参考。

作为一个职场新人，如何去理解铜排的载流量呢？




一、配四设计手册中的铜排载流量
设计院工程师在绘制低压成套一次系统图时，主母线的规格和载流量经常会参照《工业与民用配电设计手册》第四版（简称配四）第9章的表9.3-35 ，如下表。






比如，单根涂漆矩形铜排100*10，在环境温度25℃、铜排允许运行温度70℃时，平放时载流量为2174A，竖放时载流量为2265A。

竖放比平放载流量高，是因为竖放时母排散热更好，如下图：



实际上这张表格对低压成套厂的意义不大，因为配四表格9.3-35中铜排载流量是基于：环境温度25℃，铜排最高运行温度是70℃，铜排的温升是45K。

低压柜的设计和制造标准是GB/T 7251.1和GB/T 7251.12，在验证铜排载流量试验（即温升试验）时是基于：环境平均温度35℃，铜排的最高运行温度是105℃，铜排的温升是70K。


我在之前的文章：低压电器的端子为何要镀银或者镀锡？中提到，福州大学张冠生教授的《电器学》和GB/T25840-2010 规定电气设备部件（特别是接线端子）允许温升的导则等材料中，关于导体载流量与温升的关系是：温升与电流的p次方成正比，温升允许值越高，说明导体允许流过的电流越大。
p值取决于导体的表面散热系数，通常在1.5到2之间，一般取平均值1.76。

低压柜设计标准GB/T7251.1中的环境温度是柜外环境温度，如果要考虑铜排周围的环境温度，依据GB∕T 24276-2017 通过计算进行低压成套开关设备和控制设备温升验证的一种方法中的经验，柜内的温度一般比柜外温度高20℃，所以低压柜内温度一般按55℃考虑，即：低压柜内铜排周围环境温度按55℃考虑。

基于上述分析，我们才说《工业与民用配电手册》第四版中铜排载流量对于指导低压柜厂母排选型意义不大，甚至会出现按配四选型后，铜排规格与低压柜CCC证书不符的情况。
既然GB和IEC没有权威的相关标准可以指导铜排载流量选型，那么是否有其他标准可以参考呢？其实还是有的，它就是接下来我们要讨论的德国标准DIN43671。


铜排载流量比较权威的标准是DIN43671-1975，该标准定义了矩形铜排在环境温度35℃，铜排运行温度65℃时的载流量，如下表。



例如竖直摆放，单根涂漆的铜排100*10的载流量为1810A，而单根裸铜排100*10的载流量为1490A。涂漆铜排与裸铜排载流能力不一样，主要是因为二者热辐射散热时的发射率不一样，发射率与发热体表面状况以及颜色有关。

涂漆铜排的发射率为0.9，而裸铜排的发射率为0.4。DIN43671-1975同时还给出了不同环境温度和不同铜排运行温度下的载流量换算方法。表格中横轴为铜排允许温度，曲线簇为环境温度，纵轴为换算系数K2，如果环温35℃、铜排允许温度是65℃，则系数K2=1。



在DIN43671中，当环境温度35℃、铜排允许温度65℃、竖放时，单根涂漆的铜排100*10的载流量为1810A。

如果要换算成《工业与民用配电设计手册》第四版中的环境温度25℃、铜排允许温度70℃时载流量，则需要查表得到K2=1.25。

经过计算，铜排载流量为1810*1.25=2262A，与配四给出的载流量2265A相差无几。



同样的道理，如果要换算成GB/T7251.1低压柜内环境温度55℃、铜排允许温度105℃时的载流量，则需要查表得到K2=1.3。

经过计算，铜排载流量为1810*1.3=2353A。



低压柜内的铜排一般都为裸铜排，所以如果按照柜内温度55℃，铜排运行温度105℃，则竖放情况下，100*10的铜排载流量为1490*1.3=1937A。

将DIN43671-1975的铜排载流量作为参考，工业与民用配电设计手册、GB/T7251.1标准中铜排载流量理论计算的系数如下表。






三、总结
1、铜排的载流量除了要考虑摆放方式和表面处理方式之外，更重要是考虑其环境温度和允许运行温度的影响；
2、DIN43671-1975给出了环境温度35 ℃、运行温度65℃下铜排的载流量，其他环境温度和运行温度下铜排载流量，可以通过查表乘以相应的系数；
3、工业与民用配电设计手册中铜排载流量，是基于环境温度25℃和运行温度70℃，而低压柜设计制造标准GB/T7251.1-2013，要求柜内环境温度55℃（柜外平均环境温度35℃）、运行温度105℃下的载流量，所以配四中的数据不能直接采用；
4、DIN43671-1975中铜排载流量可以作为参考基准，低压柜内或其他场合铜排载流量的计算，只要能确定环境温度和运行温度，都可以得到相应的载流量；



二、汽车铜排 设计规范



1 目的

2 适用范围

3引用/参考标准或料

4 材料介绍

4.1铜和铜合金板

4.2牌号及状态

4.3力学性能

5规范内容

5.1基本功能描述

5.2 技术要求

6 铆接介绍

7 检验/试验要求

7.1 检查铜排及其附件的质量，按图纸技术要求检验

7.2镀层检验

7.3 搭接面检查

7.4 铜排样件防腐试验

1 目的
本规范适应于结构设计人员，外协加工管理人员，目的是规范铜排结构件设计，指导结构设计人员正确地选择铜排形式和材料，保证设计人员设计出的零件有较好的加工工艺性，加快加工进度，降低加工成本。同时指导铜排的加工、检验和验收。

2 适用范围
铜排设计、制造和检验。

3引用/参考标准或资料
GB5585.1-2005《电工用铜、铝及其合金母线》 第1部分：铜和铜合金母线
GB7251-2008《低压成套开关设备》

GB/T9798-2005《金属覆盖层 镍电镀层》

  GB/T/12599-2002《金属覆盖层 锡电镀层》

  GB/T 5231-2001  加工铜及铜合金化学成分和产品形

  GB/T 2040-2002  铜及铜合金板材

   GB/T 2529-2005  导电用铜板和条

《电器制造技术手册》之《第二十二章：母线连接工艺》等

4 材料介绍4.1铜和铜合金板
常用的铜和铜合金板材主要有两种：紫铜T2和黄铜H62。

紫铜T2是最常见的纯铜，外观呈紫色，又称紫铜，具有高的导电和导热性，良好的耐腐蚀性和成形性，但强度和硬度比黄铜低得多，价格也非常昂贵，主要用做导电、导热，耐腐蚀元件，一般用于电源上需要承载大电流的零件。

黄铜H62，属高锌黄铜，具有较高的强度和冷、热加工性，易进行各种形式的成形加工和切削加工。主要用于各种深拉伸和折弯的受力零件，其导电性不如紫铜，但有较高的强度和硬度，价格也比较适中，在满足导电要求的情况下，尽可能选用黄铜代替紫铜，可以大大降低材料成本。
4.2牌号及状态
铜板常用二号铜的纯铜，代号T2;铜母线使用二号铜的纯铜，代号TM。

     A 所使用铜板的状态、规格应符合下表：

牌号	状态	规格/mm
		厚度	宽度	长度
T2	热轧(R)	4～60	≤3000	≤6000
	软(M)	0.2～12
	1/8硬(Y8)
	1/2硬(Y2)
	硬(Y)

铜板选用T2Y，状态选用硬（Y）

所使用的铜母线的状态、规格应符合下表：

牌号	状态	规格/mm
		厚度	宽度	长度
TM	软态(M)	2.24～50	16~400	≤8000
	硬态(Y)

通常铜母线选用TMY，状态选用硬态（Y）
4.3力学性能
铜板的力学性能：

牌号	状态	拉伸强度 Rm(MPa)	伸长率 A11.3(%)	维氏硬度 HV
T2	热轧(R)	≥195	≥30	——
	软(M)	≥205	≥30	——
	1/8硬(Y8)	215~275	≥25	55～100
	1/2硬(Y2)	245~345	≥8	75～120
	硬(Y)	≥295	≥3	≥80

铜母线的力学性能

型号	抗拉强度 Rm(MPa)	伸长率(%)	布氏硬度HB
TMR	≥206	≥35	——
TMY	——	——	≥205

铜板的弯曲性能

T≦10mm铜板的弯曲性能（T表示板厚）

牌号	状态	厚度(mm)	弯曲试验
			弯曲角度(°)	弯曲半径	弯曲结果
T2	热轧(R) 软(M) 1/8硬(Y8)	≤5 ＞5～10	180 180	0.5倍板厚 0.5倍板厚	弯曲外侧不应有肉眼可见的裂纹，内侧不应有皱褶
	1/2硬(Y2) 硬(Y)	≤10	90	1.0倍板厚

铜母线的弯曲性能：铜母线的宽边弯曲90°，表面应不出现裂纹，弯曲圆柱的直径应

按厚度选定，应符合下表规定。

厚度T（mm）	弯曲半径（mm）
T≤2.8	2
2.8＜T≤4.75	4
4.75＜T≤10.00	8
10.00＜T≤25.00	16
25.00＜T	32

5规范内容5.1基本功能描述
5.1.1 满足电气功能需要，实现电流、电压及电信号的传输；

5.1.2 对大截面导线用铜排代替，工艺要求低，易弯曲，容易实现连接；

5.1.3 对小截面导线用铜排代替，体积小，美观且容易固定；

5.1.4 在实现电流汇接，接地功能时，接线方便；

5.1.5 铜排由机械加工后，直接连接在结构件上，简化总装生产。
5.2 技术要求
5.2.1 一般设计要求

(1)   以合适的铜排满足电气性能要求。

(2)   电源、电气产品中正常的工作、温升、环境及运输时产生的振动不应使铜排连接有异常变化。

(3)   结构设计时应考虑到不同材料的热膨胀影响及电化学腐蚀作用对材料的影响。

(4)   铜排之间的连接应保证有足够和持久的接触压力，以满足小的接触电阻及温升要求，但不应使铜排产生永久变形。

5.2.2 设计选型

(1) 铜母线用型号，规格及标准编号表示(参考GB5585-85)。

                              

       铜母线截面形状

        a:厚度即窄边尺寸mm

                                 b:宽度即宽边尺寸mm

                                 r:圆角或圆边

如：窄边为10，宽边为100的铜母线，硬状态。在图纸材料栏中表示为：TMY-100X10

铜母线的型号如表1所示。

表1  铜母线的型号一览表

型号	状态	名称	布氏硬度（最小）
TMR	O	软铜母线	------
TMY	H	硬铜母线	HB65

     对于标准规格铜母线满足不了设计要求时，可使用纯铜板，如厚度为3的纯铜板零件，在图纸材料栏中表示为：T2Y-3.0    （参考GB2059-89）

    (2) 基本状态

        退火的   O——适用于完全退火而获得最小强度状态的压力加工制品

        硬  的   H——适用于退火后进行冷加工或冷加工与不完全退火结合而获得标准规定的机械性能的制品。

    (3) 对母线材料及加工的技术要求

Ø 铜母线应采用符合GB468-82要求的铜线锭制造

Ø 铜母线的电阻率不大于0.01774欧姆.mm2/m

Ø 铜排表面有裂痕,斑痕,凹坑及有硝石沉积的母线不得使用

Ø 表面有直径大于2.5mm，深度大于0.15mm气孔的母线不得使用

Ø 经过折弯加工的母线不得平直或重新折弯使用

Ø 母线需矫直，校平，在剪切断面，钻孔及冲孔后应去除毛刺

Ø 母线各搭接面应用压力机蹲平,校平，保证搭接面接触良好

5.2.3基础数据

(1) 常用铜母线规格及载流量如表2所示。

表2  单条铜母线规格及载流量（铜母线最高允许温度为70℃）一览表

铜母线尺寸（截面，mm）	铜（A）
	交流（环境温度）				直流（环境温度）
	25℃	30℃	35℃	40℃	25℃	30℃	35℃	40℃
15 x 3＊	210	197	185	170	210	197	185	170
20 x 3＊	275	258	242	223	275	258	242	223
25 x 3＊	340	320	299	276	340	320	299	276
30 x 4＊	475	446	418	385	475	446	418	385
40 x 4＊	625	587	550	506	625	587	550	506
40 x 5	700	659	615	567	705	664	620	571
50 x 5＊	860	809	756	697	870	818	765	705
50 x 6	955	898	840	774	960	902	845	778
63 x 6＊	1125	1056	990	912	1145	1079	1010	928
80 x 6	1480	1390	1300	1200	1510	1420	1330	1225
100 x 6	1810	1700	1590	1470	1875	1760	1650	1520
60 x 8＊	1320	1240	1160	1070	1345	1265	1185	1090
80 x 8＊	1690	1590	1490	1370	1755	1650	1545	1420
100 x 8	2080	1955	1830	1685	2180	2050	1920	1770
125 x 8	2400	2255	2110	1945	2600	2445	2290	2105
60 x 10	1475	1388	1300	1195	1525	1432	1340	1235
80 x 10	1900	1786	1670	1540	1990	1870	1750	1610
100 x 10＊	2310	2170	2030	1870	2470	2320	2175	2000
125 x 10	2650	2490	2330	2150	2950	2770	2595	2390
注：1.本表系铜母线立放的数据。当铜母线平放且宽度≤63mm时，表中数据应乘以0.95，>63mm 时应乘以0.92。
2.带“＊”号的为优选规格。

表3  2～3片铜母线叠加时的载流量 （铜母线最高允许温度为70℃、  环境温度为25℃  ）

铜母线尺寸	铜（A）
	交流		直流
（截面，mm）	2片	3片	2片	3片
40X4			1090
40X5			1250
50X5			1525
50X6.3			1700
63X6.3	1740	2240	1990	2495
80X6.3	2110	2720	2630	3220
100X6.3	2470	3170	3245	3940
63X8	2160	2790	2485	3020
80X8	2620	3370	3095	3850
100X8	3060	3930	3810	4690
125X8	3400	4340	4400	5600
63X10	2560	3300	2725	3530
80X10	3100	3990	3510	4450
100X10	3610	4650	4325	5385
125X10	4100	5200	5000	6250
注  本表系铜母线立放的数据，铜母线间距等于厚度。

               铜板制作的铜排结构件载流量参考以上表格

(2) 铜排应考虑到刚度进行选择；如在铜排上开多个孔必须考虑所开孔对铜排截面的影响，适当增加铜排截面积。

(3) 根据选用铜排的宽度确定搭接形式及钻孔位置的要求如表4所示。

表4经实际总结出的经验数据，用以规范结构设计，确定铜排的搭接形式；

开孔大小及孔位尺寸

表4  根据选用铜排的宽度确定搭接形式及钻孔位置的要求参照表

图         例	铜   母  线  尺  寸							零  件
	A	B	D	F	E	C	f	直 径	螺栓	螺母	垫圈	弹垫
	15	40	10			20	7	6	2	4	4	2
	20	50	12			26	9	8
	25	50	12			26	11	10
	30	60	15			30	13	12
	40	80	20			40	13	12
	50	75	14.5	14	22	23	13	12	3	3	6	3
	60	90	17	17	26	28
	60	60					11	10	4	4	8	4
	80	80					17	16
	80	100
	100	100
	15	15					7	6	1	1	2	1
	20	15
	25	15
	20	20					9	8
	25	20
	25	25					11	10
	30	25
	40	25
	30	30					13	12
	40	30
	40	40	11	11	18	18	11	10	2	2	4	2
	50	50	14	14	22	22	13	12
	60	50	14	17	26	22	13
	60	60	17	17	26	26	13
图         例	铜   母  线  尺  寸							零  件
	A	B	D	F	E	C	f	直 径	螺栓	螺母	垫圈	弹垫
	30	12		7	16		5.5	5	2	2	4	2
	40	12		10	20		5.5	5
	30	15		7	16		7	6
	30	20		7	16
	40	15		10	20
	40	20		10	20
	50	20		12	26		9	8
	50	25					11	10
	50	30					13	12
	50	40
	60	20		15	30
	60	25
	60	30
	60	40
	80	30		20	40
	80	40
	80	50
	80	60
	100	40		25	50
	100	50
	100	60
	60	15		12	26		7	6	2	2	4	2
	60	20					9	8
	80	15					7	6
	80	20					9	8
	80	25					11	10
	100	15		12	26		7	6	2	2	4	2
	100	20					9	8
	100	25					11	10
	100	30					13	12
	60	60					11	10	4	4	8	4
	80	80					17	16
	80	100
	100	100

(4) 铜排折弯，公司推荐的弯曲半径如表5所示。

表5 铜排宽面弯曲（平弯）推荐的弯曲半径

铜排厚度	折弯内角半径
T=1--2	R=2
T=3--4	R=4
T=5--6	R=10
T=8--12	R=15

（铜排截面）折弯内半径R示意图

(5)  母线扭转90°时,其扭转部分的总长度不小于母线宽度2.5倍(不推荐)。

(6)  铜排折弯内角需标注在图纸上。

(7)  铜排压印等标示应标注，压印位置公差允许在±5mm范围内。

(8)  铜排通常外形倒角R2，特殊情况按图纸标注，如图：

R角位置示意图

6 铆接介绍
铜排可以直接通过攻丝、铆接螺母或光孔形式来实现连接。（视板材厚度而定）

铜排厚度	推荐	不推荐
T=1--3	铆接螺母或光孔	攻丝
T=4--12	M3、M4螺纹直接攻丝， M5以上螺纹采用涨铆螺母或光孔	--------

铜排在使用涨铆螺母时,为了连接牢固可靠,一般选取六角涨铆螺母,供应商选择螺母时会根据铜排厚度来选用适合板厚的螺母(铆接厚铜排的螺母一般为定制).

铜排上有时也会铆接螺钉,通常选用(HFH)高强度铆钉来实现。

7 检验/试验要求7.1 检查铜排及其附件的质量，按图纸技术要求检验
表面质量

7.1.1.铜排应选用优质材料，材料表面缺陷少、颜色均匀

7.1.2.加工时须进行表面保护，避免损伤表面；装配人员安装时必须戴手套，防止表面留下手印、污渍。

7.1.3.铜排折弯后，弯角处不能有明显裂纹.

7.1.4.严禁在铜排冲错孔的情况下，在圆孔位置填充同样大小的铜材进行修补。

7.1.5.铜母线需经过校直，铜母线宽面的弯曲度每米不大于2mm，窄面的弯曲度每米不大于3mm。

7.2　镀层检验
主要应用的镀层:亮镍, 亮锡

镀层性能、特点

电镀镍（推荐使用）

1.电镀镍层在空气中的稳定性很高，由于金属镍具有很强         的钝化能力，在表面能迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。

2.可作为防护装饰性镀层

3.厚度均匀性

电镀锡

具有抗腐蚀、耐变色、无毒、易焊、柔软和延展性好，但易划伤，不宜接触手汗，不宜存放在潮湿地方，否则易变色。

7.2.1 镀层表示法

图纸要求标注为：镀镍 Cu/Ni15b　　镀锡 Cu /Sn15b　　　

标注诠释:

(1)  Cu/-表示基体为铜或铜合金

(2)  化学符号Ni，表示镍镀层；Sn, 表示锡镀层

(3)  Ni、Sn后的数字，代表镀层的最小厚度，um

(4) 按使用条件为室外一般的大气环境，且铜层作为底层时的镀层的最小厚度为15um

(5) 数字后的小写字母，表示镀层的类型：

  b——表示是全光亮的电镀规范下沉积的镀层。

7.2.2 铜基体电镀前的处理

    电镀生产方和需方应对电镀前基体的表面状态作出规定或协商认可。通常采用砂光铜排表面的作法；然后供方对工件主要表面进行检查，确认是否有明显的表面缺陷，如气孔，裂纹和不合要求的覆盖层，或者任何对最后的精饰不利的其它缺陷，检查铜排表面平面度，特别是搭接部分的平面度。所有缺陷都应在作任何处理之前提请需方注意。

7.2.3 外观

电镀后未经任何加工的表面，不应有明显的电镀缺陷，如鼓泡，麻点，孔隙，脱皮，粗糙，裂纹，漏镀，污迹或不良颜色。表面上不可避免的挂具痕迹及其位置也应由需方作出规定。

     a 所有零件都应按 GB 5926-86 进行外观检查。

b 镍镀层应是光亮带有柔和浅黄色的银白色；锡镀层应是呈光亮淡灰色。

c 镀层结晶应均匀、细致、光滑、连续。

d 在零件的非主视表面，允许有以下缺陷：

    1）小而少的夹具印（夹具印小于 1×1 mm2）；

2）镍镀层局部呈雾状、锡镀层轻微的水印或灰暗影（雾状、水印或灰暗影面积小于10×10  mm2）。

不允许：

    3）镀层有斑点、黑点、烧焦、粗糙、针孔、麻点、分层、起泡、起皮、脱落：

    4）树枝状、海绵状和条纹状镀层；

    5）局部无镀层（盲孔内、以及深度大于直径的孔内部分除外）；

7.2.4 镀层厚度的测定

     镀层厚度测定在需方指定的主要表面上任何位置进行，所用方法测量误差必须小于10%。

     (1).厚度仪法（膜厚计）

     (2).直接测量

    确定一个参考点，测定前后该点的厚度便可得出镀层厚度。这可使用普通的工程量具，如千分尺、深度规等进行。

7.2.5 结合强度实验

镀层的结合强度应按GB5270中规定的锉刀试验，或热震试验方法中的一种进行。试验后镀层不应与基体有任何形式的分离。
7.3 搭接面检查
检查各电气连接处接触是否可靠，可检查铜排连接处间隙大小或连接处的温度高低。

7.3.1铜排连接处的检验方法

        (1).使用0.03mm塞尺插入铜排搭接面的间隙中，从四个方向插入，塞尺四个方向插入的最大深度之和不大于该处搭接周长的12.5%。

　　　　单个方向塞尺插入的长度不大于该处搭接长度的25%



             L1+L2+L3+L4≦(A+B+A+B)×12.5%；

             L1≦A×25％，L3≦A×25％；

L2≦B×25％，L4≦B×25％；

L1,L2,L3,L4:插入方向1，2，3，4的塞尺最大插入深度。

A:铜排1的搭接宽度。

B:铜排2的搭接宽度。

(2).可拆连接处接触压力不小于10MPa.

(3).连接处接触电阻不大于同等长度单根铜排的电阻，或电压降不大于7mV.

(4).如以连接处的温度高低判断，温度不高于70℃.

7.3.2 以20～25Hz的固有频率施加9.8m/s2加速度6h，无变形和松动，接触电阻及温升值不变.
7.4 铜排样件防腐试验
通常通过考查镀层厚度，（厚度可用厚度仪测量来测量）一般不作试验  。



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