المعرفة العامة بأسلاك قضبان النحاس
(النحاس لقضبان التوصيل)
&نبسب;&نبسب; تلك القيمةشريط الحافلة (BUSBAR) في الهندسة الكهربائية، يستخدم مصطلح الناقل (BUS) لوصف مجموع عدد كبير من الدوائر. يشير هذا بشكل عام إلى النقطة الإجمالية مع عدد صغير من دوائر الإدخال وعدد صغير من الدوائر. الكهرباء تؤتي ثمارها كثيرًا
يجب أن تكون محطة الطاقة أو لوحة المفاتيح لنظام الطاقة الحالي قادرة على قبول و &نبسب;&نبسب; ستؤدي كمية كبيرة من التيار الكهربائي إلى زيادة القوة الكهرومغناطيسية (القوة الكهرومغناطيسية) بشكل كبير Busbars مثل أي جهاز كهربائي آخر. يجب أن تكون قادرة على الصمود في وجه هذه القوى ولذلك، فإن المعدن الذي سيتم استخدامه كقضيب ناقل يجب أن يتمتع بالخصائص كهربائي وميكانيكي جيد وقادر على العمل في درجة حرارة محددة
المعدن لاستخدامه كقضيب للحافلات. ينبغي أن يكون لديه المؤهلات التالية
1. مقاومة منخفضة
2. قوة ميكانيكية عالية من حيث قوة الشد.
3. مقاومة عالية لفشل التعب
4. مقاومة الطبقة السطحية للفيلم منخفضة
5. التحرير أو الثني أمر مريح
نبسب؛ نبسب؛ 6. مقاومة عالية للتآكل نبسب؛ نبسب؛ نبسب؛ نبسب؛ نبسب؛ 6. مقاومة عالية للتآكل نبسب؛
وبالنظر إلى كل هذه الخصائص، يمكن ملاحظة أن النحاس هو المعدن الأكثر ملاءمة للاستخدام كقضبان توصيل. والألومنيوم هو المعدن المناسب التالي.
ويمكن مقارنة خصائص النحاس والألومنيوم كما هو موضح في الجدول التالي.
الخصائص النسبية النموذجية للنحاس والألومنيوم
นิยาม
แท่ง ( Bar ) หมายถึง แท่งทองแดงที่มีพื้นที่หน้าเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีความหนาตั้งแต่ 0.5 มิลลิเมตรขึ้นไป และ มีความกว้าง ไม่เกิน 160 มิลลิเมตร
หมายเหตุ: เกณฑ์ความคลาดเคลื่อน และคุณสมบัติทางกลสำหรับขนาดที่ใหญ่กว่านี้ให้เป็นไปตามข้อตกลงระหว่างผู้ซื้อและผู้ทำ
ประเภทของทองแดงแท่ง
ทองแดงแท่งตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม แบ่งออกเป็น 3 ประเภทคือ
1. ประเภทอบอ่อน ( Annealed )
2. ประเภทกึ่งแข็ง ( Half-hard )
3. ประเภทแข็ง ( Hard )
วัสดุ
ทองแดงแท่งและทองแดงเส้นต้องทำมาจากทองแดงสภาพนำไฟฟ้าสูง ( High conductivity copper ) ชนิดใดชนิดหนึ่ง ซึ่งมีส่วนประกอบทางเคมีตามตาราง ดังต่อไปนี้
1. ชนิดอิเล็กโตรลิติก ทัฟ พิตช์ ( Electrtolytic touch pitch )
2. ชนิดไฟร์-รีไฟร์ ทัฟ พิตช์ ( Fire-refined touch pitch )
3. ชนิดปราศจากออซิเจน ( Oxygen-free )
4. ชนิดปราศจากออซิเจนสำหรับการใช้งานพิเศษ ( Oxygen-free for spacial applications )
หมายเหตุ 1.ขีดจำกัดขั้นสูงของออกซิเจน คือ ร้อยละ 0.06 ของน้ำหนักการหล่อในแนวดิ่งและขีดจำกัด ขั้นสูง สำหรับสิ่งเจือปนอื่นๆ
ให้เป็นที่ตกลงกันระหว่างผู้ซื้อกับผู้ทำ
2.ทองแดงที่มีเงินปนอยู่ ( Silver-bearing copper ) ตามปกติเงินอาจจะมีปริมาณอยู่ระหว่างร้อยละ 0.03 - 0.2 ของน้ำหนัก
ถ้าต้องการให้เงินเป็นโลหะเจือ ( Alloy element ) ผู้ซื้อควรระบุปริมาณเงินที่ต้องการด้วย
3.สารโวลาไทด์ ได้แก่ อาร์เซนิก พลวง บิสมัท คัดเมี่ยม มังกานีส เซเรเนียม เคลลูเรียม และสังกะสี ซึ่งจะต้องไม่มีปริมาณของ
สารใดสารหนึ่งเกินร้อยละ 0.0025 ของน้ำหนัก นอกจากว่าจะได้ตกลงกันเป็นอย่างอื่นระหว่างผู้ซื้อกับผู้ทำ
คุณลักษณะที่ดีของลวดทองแดงแท่ง ( Characteritics of copper Busbar )
1. ลักษณะภายนอก
ต้องสะอาด ผิวเรียบ และปราศจากข้อบกพร่องที่มองเห็นได้ด้วยตา
2. สภาพต้านทานไฟฟ้าและสภาพนำไฟฟ้า
หมายเหตุ สภาพไฟฟ้านี้คิดเทียบเป็นร้อยละของทองแดงอบอ่อนมาตรฐานซึ่งกำหนดโดยคณะกรรมาธิการ เทคนิคไฟฟ้าระหว่างประเทศ (Internation ElectrotechnicalCommission ) ว่าทองแดงมีสภาพ ต้านทานไฟฟ้าทางปริมาตรที่ 20 °C เท่ากับ 0.017241 โอห์มตารางมิลลิเมตรต่อเมตร ถือว่ามีสภาพ นำไฟฟ้าร้อยละ 100 ( IEC 28 )
3. สมบัติทางกล
3.1 ความต้านแรงดึง ( Tensile strength )
ทองแดงแท่งและทองแดงเส้นต้องมีความต้านทานแรงดึงตามที่กำหนด สามารถอ้างอิงได้จากมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ( มอก.408-2525 ) หรือ อ้างอิงได้จากมาตรฐานของ Japanese Industrail Standard ( JIS )
3.2 การยืด ( Elongation )
ทองแดงแท่งและทองแดงเส้นต้องมีการยืดตามที่กำหนด สามารถอ้างอิงได้จากมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ( มอก.408-2525 ) หรืออ้างอิงได้จากมาตรฐานของ Japanese Industrail Standard ( JIS )
หมายเหตุ ทองแดงแท่งที่มีความหนาน้อยกว่า 0.8 มิลลิเมตร และมีควมกว้างน้อยกว่า 12.5 มิลลิเมตร ไม่ต้องทดสอบการยืด
3.3 การดัดโค้งด้านกว้าง
ทองแดงที่มีความหนาไม่เกิน 10 มิลลิเมตร เมื่อทดสอบการดัดโค้งด้านกว้างตามวิธีที่กำหนด แล้วต้องไม่แตกหรือหัก สามารถ อ้างอิงได้จากมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ( มอก.408-2525 ) หรืออ้างอิงได้จากมาตรฐานของ Japanese Industrail Standard ( JIS )
3.4 การดัดโค้งด้านหนา
ทองแดงแท่งประเภทอบอ่อนที่มีความหนาไม่เกิน 10 มิลลิเมตร และมีควมกว้างน้อยไม่เกิน 30 มิลลิเมตร เมื่อทดสอบ การดัดโค้งด้านหนาตามวิธีที่กำหนด แล้วต้องไม่แตกหรือหัก สามารถอ้างอิงได้จากมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ( มอก.408-2525 ) หรืออ้างอิงได้จากมาตรฐานของ Japanese Industrail Standard ( JIS )
หมายเหตุ * So คือ พื้นที่ภาคตัดขวาง
** เฉพาะค่าเหล่านี้เป็นค่าการยืดในความยาวพิกัด 50 มิลลิเมตร
4. ความทนทานต่อความเปราะเพราะไฮโดรเจน ( Hydrogen embrittlement )
ทองแดงแท่งและทองแดงเส้นที่ทำมาจากทองแดงสภาพนำไฟฟ้าสูงชนิดปราศจากออกซิเจน ต้องมีความทนทานต่อความเปราะเพราะไฮโดรเจน โดยไม่เกิดรอยแตกร้าวที่มองเห็นได้ด้วยตา สามารถอ้างอิงได้จากมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ( มอก.408-2525 ) หรืออ้างอิงได้จากมาตรฐานของ Japanese Industrail Standard ( JIS )
International Annealed Copper Standard ( IACS )
International Electrotechnical Commision ( IEC ) ได้กำหนดมาตรฐานสำหรับทองแดงการนำไฟฟ้าสูง ( High Conductivty Copper : HC Copper ) ตั้งแต่ปี 1913 และเรียกว่า International Annealed Copper Standard ( IACS ) คุณสมบัติของ IACS ที่อุณหภูมิ 20 °C มีดังนี้
จากค่ามาตรฐานสองค่าแรก อาจคำนวนได้ว่า
ทองแดงที่มีคุณสมบัติเท่ากับค่าเหล่านี้ถือว่ามีความนำไฟฟ้าเท่ากับ 100% ICAS
สำหรับทองแดง HC สมัยใหม่สามารถผลิตให้มีค่าออกซิเจนที่ผสมอยู่ลดลง ความบริสุทธิ์มากขึ้นกว่าค่าที่กำหนดให้ ซึ่งจะทำให้ค่าความนำไฟฟ้ามากกว่า 100% ICAS ได้
ทองแดงที่ใช้ในงานไฟฟ้าควรเป็นชนิที่มีความบริสุทธิ์ ( Purity ) สูง เนื่องจากความไม่บริสุทธิ์ในทองแดงจะมี ผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ความไม่บริสุทธิ์ที่มีผลต่อการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปริมาณและชนิดของธาตุ ที่เจือปนอยู่ในทองแดง เช่น การมีฟอสฟอรัส เพียง 0.04% ของน้ำหนักในทองแดงจะลดความนำไฟฟ้าลงเหลือเพียง 80% ICAS ระดับความไม่ความบริสุทธิ์ทั้งหมดซึ่งรวมทั้งออกซิเจนด้วยไม่ควรเกิน 0.1% ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์ขนาดนี้คือ ทองแดง ความนำไฟฟ้าสูง
( High Conductivity Copper หรือ HC Copper )
ผลของกระแสสลับในบัสบาร์
ความต้านทานปรากฎของตัวนำสำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีค่ามากกว่าไฟฟ้ากระแสตรงเสมอ สนามแม่เหล็ก สลับที่เกิดขึ้นจากไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งจะทำให้การนำกระแสไฟฟ้าในตัวนำลดลง ในส่วนตรงของตัวนำ จะได้รับผลกระทบมากที่สุด เนื่องจากสนามแม่เหล็กมีค่าสูง และค่าสนามแม่เหล็กจะลดลงเมื่อเข้าใกล้ผิว แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ถูกสร้างขึ้นนี้จะแปรค่าทั้งขนาดและเฟสตลอดพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ โดยมีค่ามากที่สุดที่บริเวณ ตรงกลางตัวนำ และลดลงเมื่อเข้าใกล้ผิว ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงมีค่ามากบริเวณที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีค่าน้อย คือที่บริเวณผิวของตัวนำ ทำให้เรียกปรากฎการณ์นี้ว่า Skin Effect หรือ Edge Effect
ผลของความหนาแน่นกระแสที่ไม่สม่ำเสมอในตัวนำทำให้ค่าความต้านทานปรากฎเพิ่มขึ้น
อัตราส่วนระหว่างความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับต่อความต้านทานกระแสตรงเรียกว่า Skin Effect Ratio นั่นคือ
ขนาดและความสำคัญของ Skin Efect จะเพิ่มขึ้นตามความถี่ ขนาด รูปร่าง และความหนาของตัวนำ แต่จะไม่ขึ้นกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน
เมื่ออุณหภูมิของตัวนำเพิ่มขึ้น ผลของ Skin Effect จะลดลง ทำให้การเพิ่มขึ้นของความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับน้อยกว่าที่ควรจะเป็น ผลของ Skin Effect ในทองแดง จะปรากฎชัดกว่าในอลูมิเนียมที่มีพื้นที่หน้าตัดเท่ากัน เนื่องจากทองแดงมีค่าความต้านทานจำเพาะต่ำกว่าท่อทองแดง
Skin Effect ในท่อตัวนำทองแดง เป็นฟังก์ชั่นของความหนาของผนังท่อ และอัตราส่วนระหว่างความหนากับเส้นผ่านศูนย์กลาง สำหรับพื้นที่หน้าตัดที่กำหนดให้ Skin Effect สามารถลดลงได้ โดยการเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูย์กลางและลดความหนาลง
บาร์ทองแดงสี่เหลี่ยม
Skin Effect ในบาร์ทองแดงสี่เหลี่ยม เป็นฟังก์ชั่นของความหนาและความกว้างของบาร์ สำหรับพื้นที่หน้าตัดที่เท่ากันของบาร์ขนาดใหญ่ Skin Effect ในบาร์ทองแดงสี่เหลี่ยมบางๆจะมีค่าน้อยกว่าในลวดตัวนำทองแดง แต่จะมีค่ามากกว่าในท่อทองแดงบาง เนื่องจาก Skin Effect ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนความกว้างต่อความหนาของบาร์
ค่า Skin Effect จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อความหนาเพิ่มขึ้น ดังนั้นแถบตัวนำทองแดงบางๆ จึงมีประสิทธิภาพในการนำ
กระแสไฟฟ้าสลับดีกว่าตัวนำที่หนากว่า
การต่อบัสบาร์ทองแดง
วิธีการต่อของบัสบาร์
ตัวนำที่นำมาต่อกันจะต้องมีความแข็งแรงทางกล และมีความต้านทานที่จุดต่อต่ำๆ และต้องคงค่าความต้านทาน ให้ต่ำตลอดอายุการใช้งานของจุดต่อ การต่อที่มีประสิทธิภาพของบัสบาร์ทองแดง สามารถทำได้โดยการใช้น็อต ( Bolting ) การจับยึด ( Clamping ) การใช้หมุด ( Riveting ) การบัดกรี ( Soldering ) หรือการเชื่อม ( Welding ) สองแบบแรกมีการใช้อย่างกว้างขวาง แต่การเชื่อมด้วยทองแดงก็มีการใช้มากขึ้น
- จุดต่อด้วยการเชื่อมบัสบาร์ทองแดง มีข้อดีคือ ความสามารถในการนำกระแสไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากจุดต่อเป็นตัวนำทองแดง อย่างต่อเนื่อง
- การใช้น็อต เป็นวิธีที่กระชับและเชื่อถือได้ แต่มีข้อเสียคือต้องเจาะรูลงไปในบาร์เพื่อใส่น็อต จะทำให้เกิดความผิดเพี้ยนในเส้นทางการนำกระแส จุดต่อแบบนี้จะทำให้เกิดแรงที่จุดสัมผัสไม่สม่ำเสมอ มากกว่าการใช้แผ่นจับยึด
- การใช้ตัวจับยึด สามารถทำได้ง่ายโดยพื้นที่หน้าตัดไม่เสียหาย มวลที่เพิ่มขึ้นจะช่วยในการระบายความร้อนที่จุดต่อ และการออกแบบตัวจับยึดที่ดีจะทำให้เกิดแรงแบบสม่ำเสมอที่จุดสัมผัส ข้อดีอื่นๆ คือง่ายต่อการติดตั้งส่วนข้อเสียคือราคาแพง
- การใช้หมุดยึด มีประสิทธิภาพสูง แต่มีข้อเสียคือถอดหรือทำให้แน่นได้ยาก และการติดตั้งทำไม่สะดวก
- การบัดกรีมีใช้น้อยมากสำหรับบัสบาร์ นอกจากต้องเสริมด้วยน็อตหรือตัวจับยึด เนื่องจากความร้อนจากการ ลัดวงจรจะทำให้เกิดสภาพทางไฟฟ้าและทางกลไม่ดี
หมายเหตุ : คุณลักษณะที่ดีของลวดทองแดงแท่งและทองแดงเส้น, สเป็คในการตรวจสอบต่างๆและข้อกำหนดของทองแดงแท่งและทองแดงเส้นที่กล่าวไว้ข้างต้น อ้างอิงได้จากมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ( มอก.มอก.408-2525 ) หรืออ้างอิงได้จากมาตรฐานของ Japanese Industrail Standard ( JIS )