Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Auslegung einer Stromschiene aus "Elektrokupfer"


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von MatthiasO (Gast)


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Hallo zusammen,

ich würde mich gerne ein wenig in die Thematik Stromschienen einarbeiten 
und habe eine Frage hinsichtlich der Dimensionierung selbiger.

Ich habe schon ein wenig über die Materialien gelesen und bin häufig auf 
E-Cu58 oder wie es wohl neuerdings heißt Cu-ETP gestoßen. Habe mir das 
angehängte Datenblatt zu diesem Material mal angesehen, werde jedoch 
nicht so wirklich schlau daraus, wie man nun eine Stromschiene in der 
Praxis auslegen würde. Bei Leitungen helfen einem ja die Datenblätter 
mittels der Strombelastbarkeit meist gut weiter.

Im einfachsten Fall hätte man z.B. eine rechteckige Stromschiene 
bestimmter Länge, Breite und Dicke über die ein gewisser Strom fließen 
soll. Hier setzt meine erste Frage an:

- Wenn ich eine Stromschiene beliebiger Geometrie habe, muss ich doch 
zunächst die Stelle der geringsten Fläche oder des geringsten Volumens 
betrachten, da hier die größte Stromdichte auftreten wird?

- Nun haben aber Stromschienen ja auch noch eine Dicke, die bestimmt 
auch noch betrachtet werden muss. Kann man dann bei Stromschienen 
ebenfalls eine maximale "Strombelastbarkeit" angeben bzw. mittels des 
angehängten Datenblatts berechnen?

- Kennt ihr zum Thema Auslegung von Stromschienen vielleicht nützliche 
Quellen (sehr gerne auch aus dem Netz und sehr gerne auch Beispiele)?

Viele Grüße,

Matthias

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Bisher sind mir nur rechteckige und quadratische Stromschienen unter 
gekommen, Deren Querschnitt sich auf ganzer Länge nicht verändert.
Querschnitt lässt sich berechnen, damit der Widerstand.
Da die Schienen die Eigenwärme direkt an die Luft abgeben können, werden 
Diese um so besser gekühlt, je tiefer Sie verbaut sind.
Lässt sich, irgendwie, berechnen, wie warm es in einem Schaltschrank auf 
welcher Höhe wird.

Vll hilft Dir folgender Link weiter:

https://www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/anwendung/e-energie/stromnetze/stromschienen.html

Ein Google-Treffer sah zwar echt gut aus, wollte aber eine 
Registrierung.

Für die DIN 43671 wird auch Geld verlangt:
http://www.beuth.de/de/norm/din-43671/591996

MfG

von Christian K. (Gast)


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Bei großen Querschnitten für den kA Bereich erhöht selbst bei 50Hz der 
Skin Effekt den Widerstand.

von THOR (Gast)


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Christian K. schrieb:
> Bei großen Querschnitten für den kA Bereich erhöht selbst bei 50Hz
> der
> Skin Effekt den Widerstand.

Und da man das weiss, macht man die Querschnitte einfach nicht so groß. 
Man kann ja die Blechhöhe stattdessen erhöhen.

von Michael J. (jogibaer)


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Hallo,

schau mal bei Wöhner vorbei.
Die bieten auch Stromschienen an.
In den Datenblättern findest Du dann mehr Infos und auch Diagramme.

Jogibär

von MatthiasO (Gast)


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Herzlichen Dank für eure Antworten.

Also kurz zu der Form der Stromschienen: Vielleicht sollte ich besser 
von Stromblechen sprechen, welche an einen Thyristor in 
Scheibenzellenform angeschlossen sind. Entsprechend haben sie an den 
Kontakten der Scheibenzellen eine runde Form und in Richtung des 
Anschlusses werden sie dann dünner und rechteckig.

Leider weiß ich aber immer noch nicht, wie man solche Bleche 
dimensioniert. Gibt es von den verschiedenen Werkstoffen bestimmte 
maximale Stromdichten? Wichtig wäre es wahrscheinlich noch zu wissen, 
wie die Anwendung aussieht:

Also der Thyristor leitet einen Strom von etwa 5kA in Form einer 
Sinushalbwelle. Die Halbwelle hat eine Dauer von 3ms. Die nächste 
Schalthandlung dieser Art erfolgt dann erst 40 Sekunden später. Auch 
aufgrund dieser Impulsbelastung finde ich keine verlässlichen Werte und 
weiß nicht, wie man ein Stromblech dann auslegen würde.

von Christian K. (Gast)


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Du hast zwei Grenzen. 1. Metall Migration durch zu hohe Stromdichten, 
die dein Material wandern lassen bis es irgendwann zu dünn ist und dort 
durchbrennt. Eher unwahrscheinlich das Du mit halbwegs solidem Kupfer 
dorthin kommst. Die Zweite Grenze ist Erwärmung. Die hängt von der 
Wärmekapazität, Wärmeleitung und Verlustleistung ab. So wie sich deine 
Anwendung anhört hast Du Kurzzeitbelastung, dein Kupfer muß auch zur 
Kühlung (Entwärmung) des Leistungschalters beitragen. Da das ganze in 
überschaubaren Zeiträumen passiert, ist das doch recht einfach mit einer 
Thermokamera (Video) zu testen. Mach etwas Lack (durchsichtig reicht) 
auf das Kupfer, da es sonst kaum Emission im IR für die Kamera hat. 
Rechnen kannst Du das auch mit Wäremkapazität, Wärmeleitfähigkeit und 
Verlustleistung im Kupfer und im Halbleiter. Simulieren geht auch, ist 
halt Sie Frage wie wissenschaftlich du das angehen willst, oder ob Du 
nur ein Problem lösen mußt.

von MaWin (Gast)


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MatthiasO schrieb:
> weiß nicht, wie man ein Stromblech dann auslegen würde.

Im Prinzip immer nach maximaler Erwärmung und Verhalten im 
Kurzschlussfall bis die Sicherung trennt. Kurze dünne Stücken dürfen zu 
dünn sein wenn ihre Wärme ohne Überhitzung von den dickeren Stücken 
daneben abgeleotet wird.

Und wenn man nicht rechnen kann, kann man immer noch 
Experimentalaufbauten messen.

Wärme vom Impuls, in Wärmeträgheit des Materials, über Wärmeabgabe über 
Obergläche in Folgezeit bis zum nächsten Impuls und mechanischer Stress 
u.a. wegen Magnetkraft durch hohen Strom kurz bevor Sicherung auslöst.

von Schnitte liegt quer (Gast)


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> von Stromblechen sprechen, welche an einen Thyristor in
> Scheibenzellenform angeschlossen sind. Entsprechend haben sie an den
> Kontakten der Scheibenzellen eine runde Form und in Richtung des
> Anschlusses werden sie dann dünner und rechteckig.

Aus meinem Bauch heraus würde ich mit der Übergangskontaktfläche 
beginnen: wieviele mm^2 sind da im runden Bereich vom Thyristor zum 
Blechstreifen?

Den Rest des Leiters würde ich diese Fläche im Querschnitt gleich 
dimensionieren, egal welche Form der Blechquerschnitt dann annimmt 
(Runddraht, Quadratisch, Blechflachrechteckig, ...)

Weil:
- mit mehr Querschnittfläche im Leiter, wird die Übergangsfläche zum 
"Engpass"/therm.Hotspot;
- mit weniger Querschnittfläche im Leiter, wird seine dünnste Stelle zum 
Hotspot (könnte ja auch gewollt sein...)
- auf die Übergangakontaktfläche habe ich keinen weiteren Einfluss...

von Christian K. (Gast)


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Bei 3ms Pulsen spielt der Skin Effekt schon eine große Rolle, ich würde 
eher breit und dünner als in Richtung qaudratischer Querschnitt gehen. 
Je größer die Oberfläche, umso besser.

von ArminX (Gast)


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Patrick J. schrieb:
>
> Ein Google-Treffer sah zwar echt gut aus, wollte aber eine
> Registrierung.
>
> Für die DIN 43671 wird auch Geld verlangt:
> http://www.beuth.de/de/norm/din-43671/591996
>
> MfG

Hi

War Neugierig.
Die mir eben zugängliche Norm datiert aus dem Jahr 1975 und enthält 
lediglich Kenngrößen für 60 sowie 16 2/3 Hz.
Gibt's da nichts Neueres? Mag da jetzt nicht alles abklappern.

Armin

von blubb (Gast)


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Was schlägt denn der Thyristor-Hersteller als Kontaktieung vor?

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