المشاهدات: 0 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 12-10-2026 المنشأ: موقع
تفسير تقني للبحث التجريبي في ارتفاع درجة حرارة محطة قاطع الدائرة المصغرة وتأثير هندسة الإطار الطرفي.
يعد ارتفاع درجة الحرارة الطرفية معلمة أداء مهمة في قواطع الدائرة المصغرة (MCBs). يمكن أن يؤثر التسخين المفرط في الوحدة الطرفية على موثوقية المنتج، وفي ظل ظروف معينة، يؤدي إلى حرق الوحدة الطرفية.
في التطبيقات الفعلية، لا يحدث الضرر الطرفي بالضرورة بسبب التيار الكهربائي وحده. يمكن أن يؤثر نوع الموصل ومنطقة المقطع العرضي وعزم الدوران المشدود وظروف التثبيت وهندسة الإطار الطرفي على السلوك الحراري للاتصال.
تبحث الورقة البحثية ' دراسة تجريبية حول ارتفاع درجة حرارة الكتلة الطرفية لقواطع الدائرة المصغرة' ، التي أعدها هوانغ جيا ورن تشانغبين وتشانغ يانيانغ، في هذه العوامل من خلال تجارب مقارنة.
تقوم الدراسة أولاً بتقييم ارتفاع درجة الحرارة الطرفية تحت معلمات اتصال مختلفة. ثم يقوم بفحص تأثير عزل الموصل الذي يدخل الإطار الطرفي ويقارن بين تصميمين للإطار الطرفي: هيكل مضلع وهيكل مركب الأخدود.
تتبع هذه المقالة تسلسل البحث الأصلي، وتقدم جداول البيانات الأصلية الثلاثة باللغة الإنجليزية وتحتفظ بالرسمين التوضيحيين الأصليين للإطار النهائي لشرح نتائج الدراسة.
اختار الباحثون MCBs أحادية القطب المصنفة بـ 100 أمبير بناءً على شروط التطبيق الفعلية للعميل. تم اختبار العينات في بيئة مختبرية خاضعة للرقابة.
وكانت شروط الاختبار الرئيسية كما يلي:
التصنيف الحالي لـ MCB: 100 أ
درجة الحرارة المحيطة المرجعية: 25 درجة مئوية، مع الحفاظ عليها في حدود ±1 درجة مئوية
عينات الاختبار: 36 عينة MCB لمقارنة معلمات الاتصال
مدة الاختبار: 50 ساعة لكل عينة بموجب إجراء التنشيط الدوري المُبلغ عنه
فترة التنشيط اليومية: 09:00-17:00
قياس درجة الحرارة: أداة قياس درجة الحرارة متعددة القنوات
تشديد التحكم في عزم الدوران: مفك عزم الدوران
ترتيب العينة: وضع فردي، مع عدم وجود قواطع دوائر أخرى أو مصادر حرارة في حدود 20 سم على كلا الجانبين
سجل الباحثون ثلاث قراءات لدرجة الحرارة خلال الدقيقة الأخيرة قبل انقطاع التيار الكهربائي كل يوم، وقاموا بحساب متوسطها للحصول على قيمة ارتفاع درجة الحرارة الطرفية اليومية.
بالنسبة لاختبارات مادة الموصل، تم اختبار موصلات الألومنيوم بدون عروات انتقال من النحاس إلى الألومنيوم. تمت إزالة عناصر رحلة الحماية الحرارية من MCBs قبل الاختبار لمنع التعثر الحراري من مقاطعة التجربة.
أجرت الدراسة بعد ذلك مقارنة منفصلة بين تصميمين للإطار الطرفي باستخدام نفس نموذج MCB وعزم دوران محدد.
تعتبر هذه الظروف التجريبية مهمة عند تفسير النتائج: تصف النتائج العينات والتكوينات التي تم اختبارها، بدلاً من حدود الأداء العالمية لكل محطة MCB.
فحصت المجموعة الأولى من التجارب أربعة متغيرات:
تشديد عزم الدوران
نوع الموصل
منطقة المقطع العرضي للموصل
التيار الكهربائي
يستنسخ الجدول 1 نتائج معلمة الاتصال الواردة في الورقة الأصلية.
تشديد عزم الدوران (نيوتن · م) |
نوع الموصل |
مساحة المقطع العرضي (مم²) |
الحالي (أ) |
النتيجة المبلغ عنها |
|---|---|---|---|---|
2.3 |
نحاس |
10 |
100 |
135.2 ك |
2.3 |
نحاس |
10 |
75 |
89.5 ك |
2.3 |
نحاس |
10 |
63 |
78.3 ك |
2.3 |
نحاس |
6 |
100 |
حرق المحطة بعد 50 ساعة |
2.3 |
نحاس |
6 |
75 |
100.4 ك |
2.3 |
نحاس |
6 |
63 |
85.3 ك |
2.3 |
الألومنيوم |
16 |
100 |
حرق المحطة بعد 0.1 ساعة |
2.3 |
الألومنيوم |
16 |
75 |
حرق المحطة بعد 0.3 ساعة |
2.3 |
الألومنيوم |
16 |
63 |
حرق المحطة بعد 0.5 ساعة |
2.3 |
الألومنيوم |
10 |
100 |
حرق المحطة بعد 0.04 ساعة |
2.3 |
الألومنيوم |
10 |
75 |
حرق المحطة بعد 0.05 ساعة |
2.3 |
الألومنيوم |
10 |
63 |
حرق المحطة بعد 3 ساعات |
1.2 |
نحاس |
10 |
100 |
206.2 ك |
1.2 |
نحاس |
10 |
75 |
114.8 ك |
1.2 |
نحاس |
10 |
63 |
99.7 ك |
1.2 |
نحاس |
6 |
100 |
حرق المحطة بعد 11 ساعة |
1.2 |
نحاس |
6 |
75 |
201.1 ك |
1.2 |
نحاس |
6 |
63 |
185.8 ك |
المصدر: الجدول 1 من الورقة الأصلية. تسجل الورقة أوقات الاحتراق النهائي حيث تم حرق العينات قبل نقطة نهاية الاختبار. ولم يتم تسجيل درجات الحرارة وقت الاحتراق لأنها تجاوزت نطاق قياس المزدوجات الحرارية.
بالنسبة للموصل النحاسي مقاس 10 مم²، كان ارتفاع درجة الحرارة الطرفية المبلغ عنه أعلى عند 1.2 نيوتن متر مقارنة بـ 2.3 نيوتن متر عند جميع التيارات الثلاثة التي تم اختبارها.
على سبيل المثال، عند 100 ألف، زادت القيمة المسجلة من 135.2 كلفن عند 2.3 نيوتن متر إلى 206.2 كلفن عند 1.2 نيوتن متر.
تدعم هذه المقارنة استنتاج الورقة بأن عدم كفاية عزم الدوران يمكن أن يؤثر سلبًا على أداء ارتفاع درجة الحرارة الطرفية.
ومع ذلك، لا ينبغي تفسير النتيجة على أنها توصية لتشديد البراغي الطرفية بما يتجاوز عزم الدوران المحدد لها. يعتمد عزم الدوران المناسب على التجميع الطرفي المحدد ومتطلبات الشركة المصنعة.
تظهر نتائج الموصلات النحاسية بشكل عام ارتفاعًا أعلى في درجة الحرارة عند تيار أعلى في ظل ظروف مماثلة.
ووجدت الدراسة أيضًا أن الموصل النحاسي الأصغر حجمًا 6 مم² أنتج نتائج أقل إيجابية من الموصل 10 مم² في عدة مقارنات.
تتوافق هذه الملاحظات مع أهمية التحميل الحالي ومقاومة الموصل في التسخين الطرفي. تظهر النتائج أيضًا سبب ضرورة النظر في حجم الموصل وظروف التشديد معًا بدلاً من تقييمها بشكل مستقل.
في ظل الظروف التي تم اختبارها، شهدت تكوينات موصلات الألومنيوم احتراق طرفي أسرع بكثير من تكوينات موصلات النحاس في العديد من المقارنات.
وكان هذا واضحًا بشكل خاص في اختبارات موصلات الألومنيوم مقاس 16 مم²، حيث تم تسجيل الاحتراق الطرفي خلال 0.1 إلى 0.5 ساعة عند مستويات التيار الثلاثة التي تم اختبارها.
وخلص الباحثون إلى أن موصلات الألومنيوم كانت أكثر عرضة للاحتراق الطرفي في ظل الظروف التي تم التحقيق فيها.
وهذا نتيجة لتكوينات الاختبار المحددة. لا يثبت أن كل طرف متوافق مع الألومنيوم سيكون أداؤه أسوأ من كل وصلة نحاسية؛ يظل التوافق الطرفي وإعداد الموصل ومتطلبات التثبيت مهمًا.
قام الباحثون أيضًا بالتحقيق فيما إذا كان عزل الموصل المضغوط في الإطار الطرفي يؤثر على ارتفاع درجة الحرارة.
تم استخدام عينتين من MCB من نفس النموذج والتصنيف للمقارنة. تم إجراء الاختبار عند 100 أمبير، مع عزم ربط قدره 3.5 نيوتن متر ومساحة مقطع عرضي للموصل تبلغ 35 مم². تم تسجيل ارتفاع في درجة الحرارة الطرفية بعد أربع ساعات من التنشيط.
الحالي (أ) |
تشديد عزم الدوران (نيوتن · م) |
المقطع العرضي للموصل (مم²) |
بدون عزل محاصر (K) |
مع العزل المحاصر (K) |
|---|---|---|---|---|
100 |
3.5 |
35 |
51.2 |
76.5 |
100 |
3.5 |
35 |
56.8 |
123.7 |
100 |
3.5 |
35 |
49.8 |
73.2 |
100 |
3.5 |
35 |
47.4 |
70.6 |
المصدر: الجدول 2 من الورقة الأصلية. وقد وردت القراءات الأربع بترتيبها الوارد.
تُظهر جميع القراءات الأربع المقترنة ارتفاعًا أعلى في درجة حرارة المحطة الطرفية عند الضغط على عزل الموصل في الإطار الطرفي.
وفي القراءة الثانية ارتفع ارتفاع درجة الحرارة من 56.8 كلفن إلى 123.7 كلفن.
توضح النتيجة أن الأداء الطرفي لا يعتمد فقط على تصميم المكون ولكن أيضًا على جودة تركيب الموصل.
عندما يدخل العزل إلى منطقة التثبيت، فإنه يمكن أن يتداخل مع الواجهة الموصلة المقصودة بين الموصل والطرف. يمكن أن يؤثر ذلك سلبًا على الاتصال وسلوكه الحراري.
إن المعنى العملي واضح ومباشر: يجب أن يتبع إعداد الموصل وإدخاله تعليمات الشركة المصنعة للمحطة. لا ينبغي أن يكون عزل الموصل محصوراً في منطقة تثبيت مصممة لإنشاء اتصال كهربائي مع الموصل.
يركز الجزء التالي من الدراسة على هندسة الإطار الطرفي.
قارن الباحثون بين تصميمين:
إطار طرفي مضلع ذو شكل سفلي مثلث
إطار طرفي ذو أخدود مركب مع ميزات غائرة على طول الجوانب والأسفل
كلا التصميمين مصنوعان من الفولاذ Q195. استخدمت المقارنة نفس نموذج MCB وعزم دوران مشدود قدره 2.3 نيوتن متر.
الشكل الأصلي 1. تصميم الإطار الطرفي المضلع.
تصف الورقة الأصلية هذا التصميم بأنه يحتوي على شكل سفلي مثلثي مدمج مع أضلاع. أبعاد الضلع المبلغ عنها هي 6.8 ملم في الطول و 0.6 ملم في الارتفاع.
الشكل الأصلي 2. تصميم الإطار الطرفي ذو الأخدود المركب.
يستخدم تصميم الأخدود المركب أخاديد مثلثة قائمة الزاوية. تشير الورقة إلى عمق أخدود يبلغ 0.25 ملم، وطول ضلع 9.6 ملم وارتفاع ضلع 0.5 ملم.
الشكلان هما الرسوم التوضيحية الأصلية من الورقة. يتم تضمينها للحفاظ على المقارنة الهيكلية التي تستند إليها التجربة التالية.
اختبر الباحثون كلا تصميمي الإطار الطرفي تحت نفس عزم الدوران المحدد وقارنوا سلوك ارتفاع درجة الحرارة الطرفية.
الحالي (أ) |
نوع الموصل |
مساحة المقطع العرضي (مم²) |
تصميم مضلع |
تصميم الأخدود المركب |
|---|---|---|---|---|
75 |
نحاس |
6 |
100.2 ك |
97.0 ك |
63 |
نحاس |
6 |
85.4 ك |
81.2 ك |
75 |
الألومنيوم |
16 |
حرق المحطة بعد 0.3 ساعة |
حرق المحطة بعد 2.6 ساعة |
63 |
الألومنيوم |
16 |
حرق المحطة بعد 0.5 ساعة |
حرق المحطة بعد 3.5 ساعة |
المصدر: الجدول 3 من الورقة الأصلية. بالنسبة لاختبارات موصلات الألومنيوم، فإن القيم المبلغ عنها هي أوقات الاحتراق النهائي، وليس قياسات ارتفاع درجة الحرارة.
بالنسبة للموصل النحاسي مقاس 6 مم²، أنتج تصميم الأخدود المركب ارتفاعًا أقل في درجة الحرارة في كلا المقارنتين.
عند 75 درجة مئوية، انخفض ارتفاع درجة الحرارة المسجل من 100.2 كلفن إلى 97.0 كلفن. وعند 63 درجة مئوية، انخفض من 85.4 كلفن إلى 81.2 كلفن.
الاختلافات قابلة للقياس، على الرغم من أن النتائج وحدها لا تؤسس لميزة أداء عالمية لكل تصميم مركب.
كان الفرق بين التصميمين أكثر وضوحًا في اختبارات موصلات الألومنيوم المُبلغ عنها.
عند درجة حرارة 75 أمبير، شهدت العينة ذات التصميم المضلع احتراقًا طرفيًا بعد 0.3 ساعة، بينما احترقت عينة الأخدود المركب بعد 2.6 ساعة.
عند 63 أ، كانت الأوقات المقابلة 0.5 ساعة و3.5 ساعة.
تشير هذه النتائج إلى أن تصميم الأخدود المركب كان أداؤه أفضل في تكوينات موصلات الألومنيوم المحددة التي تم اختبارها. ونظرًا لأن درجات الحرارة عند الاحتراق تجاوزت نطاق قياس المزدوجات الحرارية، فإن الدراسة لم تُبلغ عن قيم ارتفاع درجة الحرارة النهائية المقابلة لهذه الأحداث.
اقترح المؤلفون ثلاث آليات لشرح النتائج.
توفر الأخاديد المثلثة على طول الجوانب وأسفل الإطار مساحة لتوسيع الموصل.
وفقا للورقة، عندما يسخن الموصل ويتوسع، يمكن الضغط عليه في هذه الأخاديد، مما يزيد من مساحة الاتصال ويقلل من مقاومة الاتصال.
هذا هو التفسير المقترح لارتفاع درجة الحرارة المنخفض الذي لوحظ مع تصميم الأخدود المركب في الاختبارات المقارنة.
تعمل الأضلاع الجانبية مع الشكل السفلي المنحني لتوجيه الموصل نحو مركز الجهاز أثناء الشد.
يقترح المؤلفون أن هذا الترتيب يحسن وضع الموصل وموثوقية الاتصال.
يناقشون أيضًا كيف يمكن للتسخين والتبريد المتكررين تغيير أبعاد الموصل والتأثير على ظروف التثبيت. إذا تحرك الموصل وانخفضت قوة التثبيت، يمكن أن يدخل الاتصال في دورة سلبية حيث يؤدي انخفاض التثبيت إلى تعزيز المزيد من الحركة وفقدان قوة التثبيت بشكل أكبر.
يهدف هيكل الأخدود المركب إلى تقليل هذه المخاطر من خلال المساعدة في الحفاظ على موضع الموصل والاحتفاظ الميكانيكي.
يعمل الشكل السفلي المنحني والضلعان معًا لمقاومة حركة الموصل المحوري.
تشير الورقة إلى أن الإطارات الطرفية التي لا تحتوي على ميزات الأضلاع ذات الصلة فشلت في اختبار حركة الأسلاك المجدولة بمساحة 16 مم² وأظهرت أداءً ضعيفًا في اختبارات السحب المقابلة.
هذه الملاحظة مهمة لأن الأداء الطرفي يتضمن الاتصال الكهربائي والاحتفاظ الميكانيكي. يجب أن ينشئ الاتصال الواجهة الموصلة المقصودة مع الحفاظ على موضع الموصل في ظل الظروف الميكانيكية المحددة.
تدعم النتائج التجريبية أربعة استنتاجات رئيسية ذكرها المؤلفون:
في ظل الظروف التي تم اختبارها، ارتبط عزم الدوران المنخفض والمقطع العرضي الأصغر للموصل والتيار الأعلى بأداء أقل ملاءمة لارتفاع درجة الحرارة الطرفية.
كانت تكوينات موصلات الألومنيوم أكثر عرضة للاحتراق الطرفي من تكوينات موصلات النحاس في الاختبارات.
أدى الضغط على عزل الموصل في الإطار الطرفي إلى زيادة ارتفاع درجة الحرارة الطرفية المقاسة.
أثرت هندسة الإطار الطرفي على النتائج. أنتج تصميم الأخدود المركب ارتفاعًا أقل في درجة الحرارة باستخدام الموصلات النحاسية وأوقات أطول للحرق النهائي باستخدام موصلات الألومنيوم في ظل ظروف الاختبار المُبلغ عنها.
توضح الدراسة أن ارتفاع درجة الحرارة النهائية لا يتحدد بالتيار وحده. تتفاعل خصائص الموصل وظروف التثبيت وعزم الدوران المشدود وهندسة الإطار الطرفي للتأثير على أداء الاتصال.
بالنسبة لمصممي الإطارات الطرفية ومصنعي قواطع الدائرة، فإن الدرس العملي هو أنه يجب تقييم التصميم الهيكلي من خلال اختبارات مقارنة في ظل ظروف كهربائية وحرارية وميكانيكية محددة.
تنطبق النتائج المبلغ عنها على مجموعة MCB المحددة وتصميمات الإطار الطرفي التي تم بحثها في الورقة. ولا ينبغي تفسيرها على أنها ضمانات أداء عالمية أو كدليل على أن كل إطار طرفي محزز سوف يتفوق على كل تصميم مضلع.
هوانغ جيا ورن تشانغبين وتشانغ يانيانغ، 'دراسة تجريبية حول ارتفاع درجة حرارة الكتلة الطرفية لقواطع الدائرة المصغرة' (小型断路器接线端子温升研究)، الأجهزة الكهربائية وتكنولوجيا إدارة كفاءة الطاقة ، 2021، رقم 8، الصفحات من 40 إلى 42.
DOI: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.08.008.
هذه المقالة عبارة عن تفسير تقني باللغة الإنجليزية للبحث المذكور. القيم التجريبية وأبعاد التصميم والنتائج المرصودة مستنسخة من الورقة الأصلية؛ وتنسب الآليات المقترحة إلى مؤلفي الورقة.
