Busbar Design Calculations: Types, Classifications & Application Guide

‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫الحسابات التصميمية للباسبارات‬ ‫مهندس‪ /‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-knowhow.com‬‬ ‫‪Page 1 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫جائنى سؤال من احد الزمالء االفاضل عن كيفية حساب وتصميم ال ‪ bus duct‬فى المبانى؟‬ ‫وان شاء هللا بج اوب على السؤال فى البوست ده كما يلى‪:‬‬ ‫اوال‪ :‬خلونا نفرق بين شوية مصطلحات فى الموضوع ده واللى ضرورى نعرفها قبل ما نبدأ خطوات الحساب‬ ‫والتصميم‬ ‫ونسأل اول سؤال وهو ايه الفرق بين ال ‪ busbar‬وال ‪ Busbar trunking‬و ال ‪ busway‬وال ‪Bus‬‬ ‫‪ duct‬؟‬ ‫ ال ‪ Busbar‬ده عبارة عن قضبان من النحاس بتستخدم داخل اللوحات الكهربائية لنقل الكهرباء من القاطع‬‫العمومى الى القواطع الفرعية‬ ‫ ال ‪ Busbar Trunking‬ده عبارة عن ‪ Busbar‬نحاس أو الومنيوم داخل ‪protective enclosure‬‬‫بيستخدم خارج اللوحات الكهربائية لنقل الكهرباء من المحول الى اللوحة العمومية او من لوحة الى لوحة اخرى او‬ ‫للتوزيع على االحمال النهائية كاالضاءة و البرايز والمعدات‪.‬‬ ‫ ال ‪ = busway‬ال ‪ Bus duct‬ويطلق فى الغالب على ال ‪ Busbar Trunking‬المستخدم لنقل الكهرباء من‬‫المحول الى اللوحة العمومية او من لوحة الى لوحة اخرى‪.‬‬ ‫‪--------------------------------------------------------------------------------------‬‬‫ونسأل تانى سؤال وهو ما هى التصنيفات المختلفة لل ‪ Busbar trunking‬؟‬ ‫ال ‪ Busbar trunking‬ده بيصنف الى عدة تصنيفات كما يلى‪:‬‬ ‫اوال من حيث الوظيفة ‪ :‬بينقسم الى ‪ 3‬انواع‬ ‫‪ -1‬ال ‪ :Service Trunking Run‬و ده بيستخدم لنقل الكهرباء من المحول الى اللوحة العمومية و بيكون‬ ‫التوزيع افقيا وال يوجد به اى ‪.Tap-off‬‬ ‫‪ -2‬ال ‪ : Feeder Trunking Run‬و ده بيستخدم لنقل الكهرباء من لوحة الى لوحة أخرى و فى الغالب بيكون‬ ‫التوزيع افقيا وال يوجد به اى ‪.Tap-off‬‬ ‫‪ -3‬ال ‪ :Distribution Trunking Run‬ويسمى بال ‪ Plug-in Type‬وده بيستخدم لتوزيع الكهرباء على‬ ‫مساحة معينة عن طريق ‪ Tap-off‬تركب عليه وفى الغالب بيكون التوزيع اما افقيا ‪Horizontal Trunking‬‬ ‫‪ Run‬او رأسيا ‪ Vertical Trunking Run‬او خليط منهما‬ ‫وهناك منه انواع بتيار من ‪ 40‬الى ‪ 160‬امبيرتستخدم للتغذية المباشرة لوحدات االضاءة ‪Lighting Busbar‬‬ ‫‪Trunking system‬ولالجهزة الكهربائية عن طريق ‪ plugs‬وهناك منه انواع بتستخدم تحت االرضيات‬ ‫المرفوعة ‪ Raised floor‬وتسمى بال ‪underfloor trunking system‬‬ ‫ملحوظة‪ :‬ال ‪ Service/Feeder Trunking Run‬هو ما يطلق عل يهم ال ‪ busway‬او ال ‪Bus duct‬‬ ‫ثانيا من حيث التركيب‪ :‬بينقسم الى ‪ 3‬انواع‬ ‫‪Page 2 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫‪ -1‬ال ‪ : Non-segregated-phase bus‬النوع ده بتكون فيه القضبان النحاسية لكل الفازات داخل نفس ال‬ ‫‪ Enclosure‬بدون وجود حواجز بينهم‪.‬‬ ‫‪ -2‬ال ‪ : segregated-phase bus‬النوع ده بتكون فيه القضبان النحاسية لكل الفازات داخل نفس ال‬ ‫‪ Enclosure‬مع وجود حواجز بينهم‪.‬‬ ‫‪ -3‬ال ‪ :Isolated-phase bus‬النوع ده بتكون فيه القضبان النحاسية لكل فازة داخل ‪ Enclosure‬خاص بيها‬ ‫و منفصل تماما ب ‪ Air Space‬عن ال ‪ Enclosure‬بتاع الفازات االخرى‪.‬‬ ‫ثالثا من حيث التهوية‪ :‬بينقسم الى ‪ 3‬انواع‬ ‫‪ -1‬ال ‪ : drip-proof enclosure‬النوع ده بيكون فيه ال ‪ Enclosure‬مصم للحماية ضد االجسام الصلبة او‬ ‫قطرات الماء الساقطة رأسيا على ال ‪ Enclosure‬فى اى زاوية ليست اكبر من ‪ 15‬درجة وهذا النوع بيستخدم مع‬ ‫ال ‪.Indoor Application‬‬ ‫‪ -2‬ال ‪ : non-ventilated enclosure‬النوع ده بيكون فيه ال ‪ enclosure‬ال يسمح بمرور اى تيارات هوائية‬ ‫داخله‪.‬‬ ‫‪ -3‬ال ‪ :ventilated enclosure‬النوع ده بيكون فيه ال ‪ enclosure‬مجهز للسماح بمرور تيار هواء داخله‬ ‫كافى الزالة الحرارة و االبخرة الزائدة واذا ماتم استخدامه مع ال ‪ Outdoor application‬بيتم تزويد الفتحات‬ ‫بفالتر للحماية من االتربة و المطر واالجسام الصغيرة‪.‬‬ ‫رابعا من حيث التبريد‪ :‬بينقسم الى نوعين‬ ‫‪ -1‬ال ‪ : self-cooled‬بيتم عملية التبريد فيه طبيعيا من خالل الوسط المحيط‪.‬‬ ‫‪ -2‬ال ‪ :force-cooled‬عن طريق تدوير غاز او سائل تبريد داخل ال ‪ enclosure‬وده بيكون له ‪ 3‬انواع‪:‬‬ ‫أ‪ -‬ال ‪ :Recirculatory cooling units‬والنوع ده بيستخدم فيه وحدة تبريد مزودة ب ‪motor-driven fan‬‬ ‫لتدوير الهواء خالل ال ‪ enclosure‬ثم يعود الهواء مرة اخرى الى وحدة التبريد بعد مروره على ‪heat‬‬ ‫)‪ exchanger (generally air-to-water‬لطرد الحرارة الزائدة‪.‬‬ ‫ب‪ -‬ال ‪ :Non-Recirculatory or “once through” cooling units‬مثل النوع السابق ولكن ال يوجد به‬ ‫‪ heat exchanger‬وال دكت ولذلك ف الهواء ال يعود مرة اخرى الى وحدة التبريد بل يتم طرده خارجا‪.‬‬ ‫ج‪ -‬ال ‪ :Convertible-type cooling units‬النوع ده ممكن يشتغل مثل النوع األول او مثل النوع الثانى فى‬ ‫حالة خروج ال ‪ heat exchanger‬من الخدمة‪.‬‬ ‫خامسا من حيث وسط العزل‪ :‬بينقسم الى نوعين‬ ‫‪ -1‬ال ‪ Non-conventional Type‬وبيشمل نوعين هما‪:‬‬ ‫‪Page 3 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫‪ - 1.1‬ال ‪ :PVC or Epoxy or Cast Resin Type‬وده بيسمى بال ‪ Sandwich Type‬وده بيتميز انه‬ ‫بيكون ‪ compact design‬وبيكون سعره اقتصادى على المدى الطويل وبيمتاز كمان بخواصه المقاومة للحريق‬ ‫ويستخدم لالحمال الكبيرة من ‪ 400‬الى ‪ 6300‬امبير‬ ‫‪ - 1.2‬ال ‪Gas (SF6) insulated Type‬‬ ‫‪ -2‬ال ‪ :Air Insulated Type‬ويسمى بال ‪ Conventional Type‬ويستخدم لالحمال االقل من ‪ 100‬الى‬ ‫‪ 400‬امبير‬ ‫سادسا من حيث مادة القضبان‪ :‬بينقسم الى نوعين‬ ‫‪ -1‬نحاس‬ ‫‪ -2‬الومنيوم‬ ‫وبنالحظ ما يلى‪:‬‬ ‫ ميزة النحاس هى ال ‪ conductivity‬العالية واللى بتديله افضلية على االلومنيوم‬‫ كمان النحاس بيكون له ‪ strength‬اعلى من االلومنيوم وده بيخليه بيقدر يتحمل ال ‪heavy‬‬‫‪ electromagnetic and thermal stresses‬المتولد من التحميل الزائد‪.‬‬ ‫عيب النحاس الوحيد هو ان ال ‪ density‬بتاعته اعلى من االلومنيوم ولذلك عند نفس قيمة التيار ونفس ال‬‫‪ temperature rise‬بنالقى ان وزن الباسبار االلومنيوم بيكون اخف من النحاس بالرغم من ان مساحة مقطع‬ ‫االلومنيوم هتكون اكبر من النحاس وده الزم نا خده فى االعتبار اذا كانت هناك ‪ spac e Limits‬معينة‪.‬‬ ‫سابعا‪ :‬من حيث مادة ال ‪ :enclosure‬بينقسم الى نوعين‬ ‫‪ : Steel Sheet Metal -1‬مشكلته مع التيارات العالية هى وجود ‪ induced circulating currents‬بتأثر‬ ‫على ال ‪ enclosure‬وبتسبب ‪ iron losses‬كبيرة و ايضا بتسبب فى زيادة درجة حرارة ال ‪enclosure‬‬ ‫‪ -2‬الومنيوم ‪ :‬بيستخدم غالبا فى حالة التيار العالى اكبر من ‪ 3000‬امبير والجهود المتوسطة اكبر من ‪ 3.3‬كيلو‬ ‫فولت وذلك لتقليل ال ‪ iron losses‬حيث ان االلومنيوم ‪non-magnetic material‬‬ ‫ملحوظة‪ :‬اى ‪ bus trunking‬داخل ‪ metal enclosure‬بيسمى بال ‪Metal Enclosed Type‬‬ ‫‪Important note:‬‬ ‫‪The electric field produced by the current-carrying conductors of each phase also‬‬ ‫‪links the metallic bus enclosure, its mounting supports, and structures existing in‬‬ ‫‪the vicinity, parallel and around the axis of the current carrying conductors. It‬‬ ‫‪causes induced (parasitic) currents in such structures and leads to the following:‬‬ ‫‪• Resistance losses (I2R) and‬‬ ‫‪• Magnetic losses.‬‬ ‫‪Page 4 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫‪Magnetic losses will constitute the following:‬‬ ‫‪• Eddy current losses‬‬ ‫‪• Hysteresis losses‬‬ ‫‪In a non-magnetic enclosure, such as aluminum or stainless steel, there will be‬‬ ‫‪only resistance losses. In a magnetic enclosure, such as mild steel (MS), there‬‬ ‫‪will also be hysteresis and eddy current losses in addition to resistance losses.‬‬ ‫‪All these losses appear as heat in the enclosure and the metallic structures in the‬‬ ‫‪vicinity. At higher currents say, 2000 A and above, this phenomenon, particularly‬‬ ‫‪with MS enclosures, may assume such large proportions that the enclosure,‬‬ ‫‪instead of providing a heat-dissipating surface to the heat generated by the‬‬ ‫‪current-carrying conductors inside, may add to their heat‬‬ ‫ثامنا‪ :‬من ناحية شكل ال ‪ :bar‬بينقسم الى ‪ 3‬انواع‬ ‫‪Flat -1‬‬ ‫‪Tubular -2‬‬ ‫‪Channel -3‬‬ ‫بيتم االختيار بينهم بناءا على قيمة التيار لكن االغلب فى االستخدام هو ال ‪ Flat Bars‬لسهولة استخدامه فى ال‬ ‫‪ LV & HV‬ويمكن استخدام مجموعات متوازية من ال ‪ Flat Bars‬مع التيارات العالية جدا‪.‬‬ ‫لكن ال ‪ Channel busbars‬بتكون اعلى كفاءة بسبب كبر المسطح المعرض للتبريد وألنها بتكون اقوى ميكانيكا‬ ‫ويمكن استخدامها لمسافات اطول و لتحمل تيارات اع لى‪.‬‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------‬‬‫وثالث سؤال معانا وهو امتى استخدم ال ‪ bus trunking‬وامتى استخدم الكابالت لتوزيع ال ‪main‬‬ ‫‪ power‬؟‬ ‫بنالقى ان اللى بيحدد الكالم ده عاملين‪:‬‬ ‫العامل االول‪ :‬قيمة االحمال المطلوب تغذيتها باالمبير كما يلى‪:‬‬ ‫‪ -1‬اقل من او يساوى ‪ 800‬امبير بيفضل استخدام الكابالت ألنها ستكون اوفر اقتصاديا‬ ‫‪ -2‬من ‪ 1000‬الى ‪ 1600‬امبير الموضوع بيرجع لتقدير المصمم طبقا للعامل الثانى‪.‬‬ ‫‪ -3‬اعلى من ‪ 1600‬امبير ‪:‬‬ ‫اوال‪ :‬من المحول الى اللوحة العمومية يفضل استخدام ‪ bus duct‬أو ما يسمى بال )‪(Service Bus Run‬‬ ‫بالشروط التالية‪:‬‬ ‫ ان تكون المسافة بين المحول واللوحة العمومية قصيرة فى حدود ال ‪ 20‬متر‬‫ انه يكون صعب نمدد كابالت‬‫‪ -‬والزم يكون الحمل اعلى من ‪ 1600‬امبير عشان تكون التكلفة اقتصادية‬ ‫‪Page 5 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫ثانيا‪ :‬من اللوحة العمومية الى لوحات نفس الد ور كتوزيع افقى يفضل استخدام ‪ bus duct‬أو ما يسمى بال‬ ‫)‪ (Feeder Bus Run‬بنفس الشروط من اوال‪.‬‬ ‫ثالثا‪ :‬من اللوحة العمومية الى لوحات االدوار االخرى كتوزيع رأسى بنستخدم ما يسمى بال ‪Distribution Bus‬‬ ‫‪ Trunking‬بالشروط التالية‪:‬‬ ‫ اذا كان الحمل اعلى من ‪ 2000‬امبير‬‫‪ -‬ان يكون عندى احمال كثيفة ‪Load Centers‬‬ ‫العامل الثانى‪ :‬عمل دراسة ‪ value engineering‬لدراسة تكلفة البدائل المختلفة (كابالت او ‪bus‬‬ ‫‪ ) trunking‬وتقرير ايهم سيكون اوفر افتصاديا ومقبول فنيا فى نفس الوقت‪.‬‬ ‫ملحوظة‪ :‬بيستخدم ايضا ال ‪ bus trunking‬ك ‪ Distribution Trunking R un‬فى بعض المبانى بتيار من‬ ‫‪ 40‬امبير الى ‪ 160‬امبير للتغذية المباشرة لوحدات االضاءة ‪Lighting Busbar Trunking‬‬ ‫‪system‬ولالجهزة الكهربائية عن طريق ‪ plugs‬وهناك منه انواع بتستخدم تحت االرضيات المرفوعة‬ ‫‪ Raised floor‬وتسمى بال ‪underfloor trunking system‬‬ ‫‪Page 6 of 54‬‬ ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Busbar ‫ طريقة حساب وتصميم ال‬:‫ثانيا‬ busbar ‫طبعا كل الناس عارفة ان الغرض من الحسابات التصميمة للباسبارات هو معرفة االبعاد المناسبة لل‬ ‫ بدون تخطى ال‬Continuous maximum rating (CMR) ‫المستخدم لحمل قيمة تيار ال‬ Rated r.m.s. cont inuous current carrying ‫ ثم تحديد قيمة ال‬temperature rise limits .‫ اللى عندى‬operating conditions ‫ وذلك اعتمادا على ال‬capacity - Continuous maximum rating (CMR) and permissible temperature rise: This is the maximum r.m.s. current that the bus system can carry continuously without exceeding temperature rise limits - Rated r.m.s. continuous current carrying capacity shall be at least equal to the maximum current capability of the associated equipment (Which may be higher than nominal rated current) rounded off to the nearest higher standard current rating of the busduct. Preferred standard current ratings are 100, 250, 400, 630, 800, 1250, 1600, 2000, 3150, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000, 12500 and 15000A. ‫ اللى المفروض ابقا عارفها عشان اقدر ابدء الحسابات‬operating conditions ‫ طيب ايه هى ال‬-1 ‫بتاعتى؟‬ 1- Building Type 2- Power supply data • General type of load supply: - single-phase - three-phase. • Type of BTS supply: - from one end; - from both ends; - central power supply. • Rated voltage: Voltage class of the Busduct may be selected from one of the following standard ratings and shall be at least equal to the maximum voltage rating of the associated equipment: 0.66, 3.6, 7.2, 12, 24 and 36Kv  Rated frequency Page 7 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Short-circuit current at the supply point or we can calculate it from the transformer data: Rated r.m.s. short time current ratings of the busbar shall correspond to the fault level of the system. The time shall take into consideration the operating time of backup protective devices on the incoming side but the duration shall not be less than 1 sec. 3- Loads data • Number, distribution, power, cosϕ and type of loads supplied by the same BTS 4- BTS geometry • Type of installation: - flat; - edge-on; - vertical. • Length. 5- Service conditions  Ambient temperature  Altitude for an altitude of up to 2000 m for LV and 1000 m for HV systems, no deratings in dielectric strength and the current ratings for the busbars are required but Higher altitudes would require deratings in dielectric strength and the current ratings. For higher altitudes to achieve the same level of dielectric strength, the values of clearances and creepage distances, may be increased by at least 1% for every 100 m rise in altitude. - Clearance : It is the shortest distance in air between two conductive parts. - Creepage : It is the shortest distance along the surface of an insulating material between two conductive parts.  Atmospheric conditions a bus system may be required to be partly located outdoors. In such conditions, it is important that adequate care is taken to construct the bus enclosure to weather the outdoor conditions as follows: Page 8 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - by providing a canopy on the top and special paint treatment on the outdoor part. - It is also recommended to seal off the indoor from the outdoor part to prevent the effect of rainwater, dust and temperature and other weather conditions on the indoor part. This can be achieved by providing seal-off bushings, one on each phase and neutral, wherever the bus enclosure passes through a wall. The index of protection IP: is the level of protection provided by an enclosure against access to hazardous parts, the penetration of solid foreign bodies and of water. The IP code is a coding system to indicate the protection index, Knowing the protection index is essential for the specification, installation, operation and quality control of equipment. The following chart lists IEC and UL specifications for enclosure protection of busway:  Excessive vibrations and seismic effects Page 9 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ‫ كاملة و صحيحة فنيا؟‬Busbar ‫ كيف اتأكد من ان الحسابات التصميمية لل‬-2 ‫ كاملة وصحيحة فنيا فيجب انها تكون مغطية جميع االعتبارات‬Busbar ‫عشان تعرف ان الحسابات التصميمة لل‬ :‫التصميمية التالية‬ 1- calculation of the actual current rating 2- calculation of Maximum temperature rise of the busbars 3- calculation of Voltage drop 4- calculation of Minimum size of busbars for short-circuit condition 5- Calculation for short-circuit effects 6- calculation of Skin and proximity effects 7- calculation of Intrinsic resonant frequency 8- calculation of Dielectric withstand 9- calculation of Mechanical suitability of busbars and their supporting system 10- calculation of Electrodynamic effects (applicable in case of conventional busbar systems): - Forces between parallel-mounted conductors Forces at the head of supports or busducts ‫ ألنهم محتاجين دراسة خاصة و مش بنحتاجهم عند‬10 ‫ الى‬6 ‫وفى الدراسة دى احنا مش هنتعرض للعوامل من‬ Busbar Trunking System BTS ‫عمل التصميم األولى لل‬ : Busbar ‫ طيب ايه هى الخطوات المطلوبة للحصول على تصميم صحيح لل‬-3 ( IB) Load current ‫ حساب تيار الحمل‬:‫الخطوة األولى‬ )‫ اضافة االحمال المستقبلية (ان وجدت‬:‫الخطوة الثانية‬ Ambient Temperature Kt ‫ تطبيق معامل تصحيح ال‬:‫الخطوة الثالثة‬ ‫ و مساحة مقطع الباسبار طبقا لتيار‬busbar trunking ‫) لل‬Ir( ‫ أختيار قيمة التيار االستاندرد‬:‫الخطوة الرابعة‬ (IZ0) ‫الحمل‬ ‫ فى‬Busbar Current Carrying Capacity ‫ على ال‬enclosure ‫ حساب تأثير حجم ال‬:‫الخطوة الخامسة‬ conventional bus systems ‫حالة استخدام ال‬ :‫ فحص نتيجة االختيار من الخطوة السابقة‬: ‫الخطوة السادسة‬ ‫ للباسبارات‬Temperature Rise ‫ فحص التحميل الحرارى‬:‫اوال‬ Voltage Drop ‫ فحص قيمة ال‬:‫ثانيا‬ .‫ الناتجة عنه‬Temperature Rise ‫ وقيمة ال‬short-circuit ‫ فحص قيمة ال‬:‫ثالثا‬ Page 10 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ( IB) Load current ‫ حساب تيار الحمل‬:‫الخطوة األولى‬ :‫( على حسب نوع المبنى وبيكون عندنل حالتين كما يلى‬IB) Load current ‫بيتم حساب تيار الحمل‬ Case#1: Calculation of load current (IB) for any building Load current IB for a three-phase system is calculated by the following formula: with: IB = Load current in A Pinst = installed active power α = rated diversity factor κ = supply factor, which is: = 1 if the BTS is supplied from one side only; = 1/2 if the BTS is supplied from the center or from both ends simultaneously Ue = rated operational voltage cos φ = power factor If no other specifications are given regarding the actually simultaneous loads at the individual tap-off units (rated diversity factors), the values in Tab. 2/8 from IEC 61439-6 (VDE 0660-600-6) can be used Number of Main Outgoing Circuits (tap-off units) from Busbar according to IEC 61439-6 (VDE 0660-600-6) 2 and 3 4 and 5 6 up to and including 9 10 up to 40 40 and more Page 11 of 54 Rated Diversity Factor α 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Example#1: production hall with 4 production lines The busbar runs for a production hall with 4 spatially distributed production lines are to be planned. For this 4 tap-offs per busbar run are to be provided respectively (Fig. 2/6). The following is given: • Total load power = 580 kW • cos φ = 0.9 • Ue = 400 V • Plan view and machine installation • Rated diversity factor α = 0.8 • Transformer: 1 × 500 kVA Infeed from the distribution board: cable 2 × 185 mm2 • Installed power of the 4 production lines: 200, 182, 118, and 100 kW; no crane operation • Position of the trunking units: edgewise. Solution: Page 12 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- The operational current for the 4 production lines in the hall results from formula (1): IB (II) = 110 kW x 0.8 x 1 / (√3 · 400 V · 0.9) = 141.1 A IB (III) = 190 kW x 0.8 x 1 / (√3 · 400 V · 0.9) = 243.8 A IB (IV) = 180 kW x 0.8 x 1 / (√3 · 400 V · 0.9) = 230.9 A IB (V) = 100 kW x 0.8 x 1 / (√3 · 400 V · 0.9) = 128.3 A IB total = 141.1+243.8+230.9+128.3 = 744 A The cumulated single currents are multiplied by the rated diversity factor 0.8 for the 4 tap-offs, which provides the operational current for an infeed at the beginning of the busbar trunking system: IB = 744 A x 0.8 = 595 A Case#2: Calculation of load current (IB) for vertical floor distribution in an office building In the case of office buildings, the diversity factor will be taken based on the floor usage or types of loads. If no exact specifications are known for the diversity factor, solid experience values can often be obtained from local distribution network operators. They, however, differ regionally. Typical average values are specified in Tab. 2/9. Type of loads Diversity factor range Apartments with electric stoves and water heaters Night storage heating Lighting in offie buildings and in buildings for commercial use Elevators and general installations Meeting rooms 0.1 to 0.2 Typical average Value 0.15 0.8 to 1 0.7 to 0.9 0.9 0.8 0.6 to 0.8 0.7 0.6 to 0.8 0.7 Page 13 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Small offies Large offies 0.5 to 0.7 0.4 to 0.8 0.6 0.6 Example#2: vertical floor distribution in an office building In a 15-floor office building, all floors are to be supplied individually via a vertically installed busbar trunking system. The total surface of the individual floors is: 30 m x 80 m = 2,400 m2, Given cos φ = 0.9 Solution: the power demand for the effective area (0.8 · total surface) of a floor is calculated = 0.8 x 2,400 m2 x 50 W/m2 = 96 kW For the remaining technical spaces on the floor, the below power demand is assumed = 0.2 x 2,400 m2 x 10 W/m2 = 4.8 kW Total demand power per floor = 96 + 4.8 = 100.8 KW Total demand power for the 15-floor office building = 15 x 100.8 = 1512 KW This results in the following operational current for the busbar trunking system with an infeed (κ = 1) into the building: from above table, a diversity factor of 0.6 for small and large offices will be used IB = 1512 KW x 0.6 x 1 / (√3 x 400 V x 0.9) = 1,455 A Page 14 of 54 ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫الخطوة الثانية‪ :‬اضافة االحمال المستقبلية (ان وجدت)‬ ‫السؤال األول‪ :‬هل فيه كود او استاندرد مشهورين بينص وا على اننا الزم نراعى موضوع االحمال المستقبلية ده؟‬ ‫فى الحقيقة مفيش كود او استاندرد من المعروفين لينا ذكر الموضوع كقاعدة الزامية يعنى الزم المصمم بمراعاة‬ ‫االحمال المستقبلية فى التصميم‪.‬‬ ‫حتى كود ال ‪ NEC‬اشار فقط الى الموضوع ده اشارة بسيطة جدا و بطريقة غير الزامية فى ‪ B 90.1‬لما قال ان‬ ‫االحمال المستقبلية احيانا بتكون غير مطلوبة فى بعض المبانى و احيانا غير مرغوبة اذا كانت تكلفة تنفيذها عالية‬ ‫لكن فى حالة رغبة المالك او اذا كان المبنى يستدعى اخذ االحمال المستقبلية فى االعتبار ‪ ..‬ففى الحالة دى المصمم‬ ‫يجب ان يضيف االحمال المستقبلية الى التصميم‪.‬‬ ‫وفيه بعض االكواد الغير مشهورة بتطلب اخذ االحمال المستقبلية فى االعتبار عند التصميم زى االكواد دى‪:‬‬ ‫‪UFC: Unified Facilities Criteria - USA‬‬ ‫‪PBS-P100: Public Building service code - USA‬‬ ‫‪AS/NZS: Standards Australia and New Zealand Standards‬‬ ‫من هنا نقدر نقول انك مش مطالب تضيف اى احمال مستقبلية للتصميم بتاعك إال فى حالتين ‪ 2‬فقط‪:‬‬ ‫‪ -1‬رغبة المالك فى التوسع بعد توضيح التكلفة الفعلية إلضافة االحمال المستقبليه‬ ‫‪ -2‬اذا كان المشروع يستدعى اخذ االحمال المستقبلية فى االعتبار نظرا للتكلفة العالية لعمل اى توسعات لم تتم‬ ‫مراعتها مسبقا فى التصميم مثل‪ :‬مبانى الداتا سنتر – مبانى المستشفيات – بعض المشروعات الصناعية‬ ‫السؤال الثانى‪ :‬ازاى بنحسب قيمة االحمال المستقبلية دى؟‬ ‫بنحسب قيمة االحمال المستقبلية بأخذ (‪ ) 2‬عامل مهمين اثناء التصميم وهما‪:‬‬ ‫‪ -1‬ال ‪Projected Future Load Factor PFLF‬‬ ‫والعامل ده بيؤخذ فى االعتبار اذا كان لدينا احمال مستقبلية ( معروف مسبقا) اننا سنقوم بإضافتها بعد مدة معينة‬ ‫بتتراوح من ‪ 10‬الى ‪ 15‬سنة والنسبة المتعارف عليها لهذا العامل بتختلف حسب حجم و استخدام المشروع كما يلى‪:‬‬ ‫‪small property in a suburban environment: 0% to 10%‬‬ ‫‪large property in a rural environment: 10 to 25%‬‬ ‫‪Office building: 5 to 15%‬‬ ‫‪Laboratory building: 15 to 35%‬‬ ‫‪Hospital: 40 to 80%‬‬ ‫‪Data center: 50 to 200%‬‬ ‫‪Bank: 30 to 50%‬‬ ‫‪Medical Center: 30 to 40%‬‬ ‫‪Church: 10 to 30%‬‬ ‫‪School: 50 to 80%‬‬ ‫‪Warehouse: 10 to 30%‬‬ ‫ملحوظة ‪ :‬هذه القيم تقديرية وتخضع لتقدير المصمم وبناء على رغبة المالك بعد توضيح التكلفة الفعلية إلضافة‬ ‫االحمال المستقبليه‪.‬‬ ‫‪Page 15 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫‪ -2‬ال ‪Future Growth Load Factor FGLF‬‬ ‫والعامل ده بيؤخذ فى االعتبار كاحمال مستقبلية ( محتملة قد نحتاجها او قد ال نحتاجها ) والنسبة المتعارف عليها‬ ‫لهذا العامل هى ‪ %10‬وبيتم تطبيقها على الحمل الكلى بعد تطبيق العامل االول اللى هو ال ‪Projected‬‬ ‫‪Future Load Factor‬‬ ‫يعنى‪:‬‬ ‫الحمل الكلى ألى مشروع بعد أخذ معامل ال ‪ PFLF‬هيكون‪:‬‬ ‫)‪Designed Total Load * (1 + Projected Future Load Factor‬‬ ‫الحمل الكلى النهائى ألى مشروع بعد أخذ معامل ال ‪ FGLF‬هيكون‪:‬‬ ‫‪Total Load of project after applying the PFLF * (1 + Future Growth Load‬‬ ‫)‪Factor FGLF‬‬ ‫مالحظات هامة ‪:‬‬ ‫‪ -1‬يمكن للمصمم ومن باب تقليل التكلفة بعد االتفاق مع المالك اهمال المعامل الثانى ال ‪Future Growth‬‬ ‫‪ Load Factor FGLF‬واالكتفاء بالمعامل األول فقط‪..‬‬ ‫‪-2‬المعامل األول ال ‪ Projected Future Load Factor PFLF‬هو المسئول عن تحديد عدد ال ‪Spares‬‬ ‫‪ Spaces and‬فى جميع اللوحات الكهربائية اى انه له تأثير مباشر على حجم و سعة جميع المهمات‬ ‫الكهربائية فى المشروع من محوالت و مولدا ت واللوحات الكهربائية و كابالت والباسبارات وخالفه‪.‬‬ ‫‪ -3‬بينما المعامل الثانى ال ‪ Future Growth Load Factor FGLF‬ال يتم تطبيقه اال على مصادر التغذية‬ ‫فقط مثل المحوالت والمولدات اى انه بيتم االحتفاظ به كسعة اضافية لمصادر التغذية وليس له تأثير على حجم وسعة‬ ‫اللوحات الكهربائية و الكابالت والباسبارات وخالفه‪.‬‬ ‫‪Example#3:‬‬ ‫‪calculate the load current IB in examples#1&2 after applying a projected future‬‬ ‫?‪load factor of 20%‬‬ ‫‪IB from Example#1 = 595 A‬‬ ‫‪IB after applying PFLF = 595 * 1.2 = 714 A‬‬ ‫‪IB from Example#2 = 1455 A‬‬ ‫‪IB after applying PFLF = 1455 * 1.2 = 1746 A‬‬ ‫‪Page 16 of 54‬‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫الخطوة الثالثة‪ :‬تطبيق معامل تصحيح ال ‪Ambient Temperature Kt‬‬ ‫النحاس واأللومنيوم دائما بيكونوا عرضة لألكسدة والتآكل مع مرور الوقت وخصوصا فى حالة التعرض لدرجات‬ ‫حرارة اعلى من ‪ 85 –90 ºC‬والتى تؤدى الى تسريع عملية األكسدة‪.‬‬ ‫واكسيد االلومنيوم )‪ (Al2O‬واكسيد النحاس )‪ (CuO‬من المواد الغير جيدة لتوصيل الكهرباء و بيأثروا بالسلب‬ ‫على كفاءة الباسبارات خصوصا عند ال ‪ joints‬اللى بتقل فيها مفاءة نقل التيار مع الوقت و ده كمان بيؤدى الى‬ ‫حدوث ‪ overheating‬ومع الوقت ممكن يسبب انهيار كامل فى ال ‪ joints‬دى‪.‬‬ ‫لكن بنالقى على النقيض ان الفضة وأكسيد الفضة )‪ (Ag2O‬بيعتبروا موصلين جيدين للكهرباء وعشان كده‬ ‫بنستخدم الطريقتين اللى هما ال ‪ Silver plating and Silver welding‬لعزل اسطح الباسبار عن الجو‬ ‫المحيط ومنع عملية االكسدة عند نقاط الربط والتوصيل ‪ contact‬وعند ال ‪.joints‬‬ ‫فأذا كانت ال ‪ joints‬من النوع ال ‪ silver plated or welded‬بنالقى ان الباسبارات ممكن انها تعمل فى‬ ‫درجات حرارة اعلى مع وجود شرط وحيد وهو عدم تعريض االشخاص الذين يعملون فى مكان قريب من الباسبار‬ ‫للخطر نتيجة تلك الحرارة العالية وايضا عدم التسبب فى حدوث حريق او تدمير لل ‪internal components‬‬ ‫اللى راكبة داخل ال ‪ enclosure‬بتاع الباسبار‪.‬‬ ‫وعشان اللى شرحناه فوق ده ‪ ..‬بنالقى ان فى درجات الحرارة العالية الزم نعمل ‪ derating‬لل ‪busbar‬‬ ‫‪ current capacity‬عشان نحافظ ونتأكد ان حرارة التشغيل المستمر للباسبار مش هترتفع عن المعدل المسموح‬ ‫بيه لكل جزء من اجزاء نظام الباسبارات ‪ ..‬وجدول ‪ 28.2‬بيبين درجات الحرارة المسموحة اثناء التشغيل المستمر‬ ‫للباسبار لكل جزء من اجزاء نظام الباسبارات‬ ‫‪Page 17 of 54‬‬ ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Table 28.2 lists the permissible operating temperatures of the various parts of a bus system. For higher ambient temperatures, current capacity should be suitably reduced to maintain the same end temperature during continuous operation ‫ لمراعاة ارتفاع درجة حرارة‬busbar current capacity ‫وهنالقى ان القاعدة العامة اللى بتحكم اختيارنا لل‬ :‫التشغيل هى كما يلى‬ A Busbar Trunking System BTS shall be chosen so that its current carrying capacity Iz complies with the following formula: IZ0 ≥ IB/Kt where: • IZ0 is the current that the BTS can carry for an indefinite time at the reference temperature (40 ⁰C); • Ib is the load current; • kt is the correction factor for ambient temperature values other than the reference ambient temperature shown on Table 1. Or use this table: Page 18 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Example#4: calculate the BTS current IZ0 from example#3 if the ambient temperature is 50 ⁰C for example#1 and is 25 ⁰C for example#2? - For example#1: From table-1, Kt = 0.85 if the ambient temperature is 50 ⁰C IZ0 ≥ IB/Kt IZ0 ≥ 714/0.85 IZ0 ≥ 840 A - For example#2: From table-1, Kt = 1.12 if the ambient temperature is 25 ⁰C IZ0 ≥ IB/Kt IZ0 ≥ 1746/1.12 IZ0 ≥ 1559 A Page 19 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ‫ و مساحة مقطع الباسبار طبقا‬busbar trunking ‫) لل‬Ir( ‫ أختيار قيمة التيار االستاندرد‬:‫الخطوة الرابعة‬ (IZ0) ‫لتيار ال‬ ‫ ومساحة مقطع الباسبار‬busbar trunking ‫ يمكنك اختيار قيمة التيار االستاندرد لل‬IZ0 ‫طبقا لقيمة تيار الحمل‬ .‫المناسب من عدة اختيارات من الجدول التالى و حسب المساحة المتوفرة لديك لتركيب هذا الباسبار‬ Approx Approx Moment of Modulus of Inertia Section Z Approx D.C rating X A.C rating Busbar (1) D.C Sectional Weight Resistance Size Free area Still Still Free 20°C Air Air (3) Air Air (3) Edge- EdgeFlat wise Flat wise mm mm2 kg/m Mw/m A A A A mm4 mm4 mm3 mm3 10 x 1.60 16.0 0.143 1077 105 115 105 115 133.3 3.413 26.66 4.266 12.5 x 1.60 20.0 0.179 862 125 135 125 135 260.4 4.266 41.66 5.333 16 x 1.60 25.6 0.229 673 155 170 155 170 546.1 5.461 68.26 6.826 20 x 1.60 32.0 0.286 538 185 205 185 205 1,066 6.826 106.6 8.533 25 x 1.60 40.0 0.357 431 225 250 225 250 2,083 8.533 166.6 10.67 30 x 1.60 48.0 0.429 359 265 290 265 290 3,600 10.24 240.0 12.80 10 x 2.00 20.0 0.179 862 115 130 115 130 166.6 6.666 33.32 6.666 12.5 x 2.00 25.0 0.223 689 140 155 140 155 325.5 8.333 52.08 8.333 16 x 2.00 32.0 0.286 538 175 190 175 190 682.6 10.66 85.33 10.66 20 x 2.00 40.0 0.357 431 210 230 210 230 1,333 13.33 133.3 13.33 25 x 2.00 50.0 0.446 344 255 280 255 280 2,604 16.66 208.3 16.66 30 x 2.00 60.0 0.536 287 295 330 295 330 4,500 20.00 300 20.00 40 x 2.00 80.0 0.714 215 380 420 380 420 10,660 26.66 533 26.66 10 x 2.50 25.0 0.223 689 130 145 130 145 208.3 13.02 41.66 10.42 12.5 x 2.50 31.25 02.279 557 160 175 160 175 406.9 16.27 65.60 13.02 Page 20 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 x 2.50 40.0 0.357 431 195 215 195 215 853.3 20.83 106.70 16.66 20 x 2.50 50.0 0.446 344 235 260 235 260 1,666 26.04 166.6 20.83 25 x 2.50 62.5 0.558 275 285 315 285 315 3,255 32.55 260.4 26.04 30 x 2.50 75.0 0.670 229 330 370 330 370 5,625 39.06 375.0 31.25 40 x 2.50 100 0.893 172 425 475 425 475 13,330 52.08 666.5 41.66 50 x 2.50 125 1.115 137 520 575 520 575 26,040 65.10 1041 52.08 60 x 2.50 150 1.339 114 605 675 605 675 45,000 78.13 1500 62.50 10 x 2.75 31.5 0.281 547 150 170 150 170 262.5 26.05 5205 16.54 12.5 x 2.75 39.4 0.352 437 180 200 180 200 512.7 32.56 82.03 20.67 20 x 3.0 60.0 0.536 287 260 290 260 290 2,000 45.00 200.0 30.00 25 x 3.0 75 0.670 229 315 350 314 350 3,906 56.25 312.4 37.5 30 x 3.0 90 0.803 191 365 405 365 405 6,750 67.50 450.0 45.0 40 x 3.0 120 1.071 143 470 520 470 520 16,000 90.00 800.0 60.0 50 x 3.0 150 1.339 114 570 635 570 635 31,250 112.50 1,250 75.0 60 x 3.0 180 1.607 95.7 665 740 665 740 54,000 135.00 1,800 90.0 80 x 3.0 240 2.142 71.8 860 955 860 955 128 x 103 180.00 3,200 120.0 10 x 4.0 40 0.357 431 175 195 175 195 333.3 53.33 66.66 26.67 12.5 x 4.0 50 0.446 344 210 230 210 230 651.0 66.67 104.2 33.34 16 x 4.0 64 0.571 269 255 285 255 285 1,365 85.33 170.6 42.67 20 x 4.0 80 0.714 215 305 340 305 340 2,666 106.7 266.6 53.35 25 x 4.0 100 0.893 172 365 410 365 410 5,208 133.3 416.6 66.65 30 x 4.0 120 1,071 143 430 475 430 475 8,999 1600 599.6 80.00 40 x 4.0 160 1.428 107 545 610 540 605 21,330 213.3 1,066.5 106.7 50 x 4.0 200 1.785 86.2 665 740 660 735 41,660 266.7 1,666 133.4 60 x 4.0 240 2.142 71.8 775 860 770 855 72,000 320.0 2,400 160.0 Page 21 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 80 x 4.0 320 2.856 53.8 995 1,120 980 1,105 170 x 103 426.7 4,268 213.4 100 x 4.0 400 3.571 43.1 1,210 1,365 1,185 1,340 333 x 103 533.3 6,666 266.7 10 x 5.0 50 0.446 344 200 225 200 225 416.7 104.2 83.34 41.68 12.5 x 5.0 62.5 0.558 275 240 265 240 265 813.4 130.2 130.1 52.08 16 x 5.0 80 0.714 215 290 325 290 325 1,707 166.7 213.4 66.68 20 x 5.0 100 0.893 172 345 385 345 385 3,333 208 333.3 83.20 25 x 5.0 125 1.116 137 415 465 415 465 6,560 260.4 520.8 104.2 30 x 5.0 150 1.339 114 485 540 480 540 11,250 312.5 750.0 125.0 40 x 5.0 200 1.785 86.2 615 685 610 680 26,670 416.7 1334 166.7 50 x 5.0 250 2.232 68.9 745 830 740 820 52,080 520.8 2,083 208.3 60 x 5.0 300 2.678 57.4 870 970 865 960 90,000 625.0 3,000 250.0 80 x 5.0 400 3571 431 1,120 1,260 1,110 1,250 213 x 103 833.3 5,333 333.3 100 x 5.0 500 4464 344 1,355 1,530 1,345 1,520 417 x 103 1,042 8,334 416.8 10 x 6.3 63 0.562 273 235 260 235 260 525 208.4 105.0 66.16 12.5 x 6.3 78.75 0.703 218 275 305 275 305 1,025 260.5 164.0 82.70 16 x 6.3 100.8 0.899 171 335 370 335 370 2,150 333.4 268.8 105.8 20 x 6.0 120 1.071 143 385 430 385 430 4,000 360.0 400.0 120.0 25 x 6.0 150 1.339 114 460 515 460 515 7,813 450.0 625.0 150.0 30 x 6.0 180 1.607 95.7 535 600 535 595 15,500 540.0 900.0 180.0 40 x 6.0 240 2.142 71.8 680 760 675 755 32,000 720.0 1,600 240.0 50 x 6.0 300 2.678 57.4 825 915 815 910 62,500 900.0 2,500 300.0 60 x 6.0 360 3.214 47.8 965 1,075 955 1,065 108 x 103 1,080 3,600 360.0 80 x 6.0 480 4.285 35.9 1,230 1,370 1,220 1,355 256 x 103 1,440 6,400 480.0 Page 22 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 100 x 6.0 600 5.356 28.7 1,490 1,680 1,480 1,670 500 x 103 1,800 10,000 600.0 120 x 6.0 720 6.428 23.9 1,750 1,970 1,700 1,915 864 x 103 2,160 14,400 720.0 160 x 6.0 960 8.570 17.9 2,250 2,535 2,130 2,400 2.05 x 106 2,880 25,600 960.0 20 x 8.0 160 1.428 107 460 510 455 510 5,333 853.3 533.0 213.3 25 x 8.0 200 1.785 86.2 545 610 545 605 10,420 1,067 833.6 266.7 30 x 8.0 240 2.142 71.8 630 705 630 700 18,000 1,280 1,200 320.0 40 x 8.0 320 2.856 53.8 800 890 795 885 42,670 1,707 2,134 426.8 50 x 8.0 400 3.571 43.1 965 1,070 950 1,055 83,300 2,133 3,333 533.3 60 x 8.0 480 4.285 35.9 1,120 1,250 1,110 1,235 144 x 103 2,560 4,800 640.0 80 x 8.0 640 5.713 26.9 1,435 1,595 1,420 1,580 341 x 103 3,413 8,533 853.3 100 x 8.0 800 7.142 21.5 1,735 1,955 1,595 1,800 667 x 103 4,267 13,330 1067 120 x 8.0 960 8.570 17.9 2,032 2,290 1,760 1,985 1.15 x 106 5,120 19,200 1280 160 x 8.0 1280 11.43 13.4 2,610 2,935 2,230 2,510 2.73 x 106 6,827 34,140 1707 200 x 8.0 1600 14.27 10.8 3,170 3,570 2,760 3,110 5.33 x 106 8,533 53,330 2133 20 x 10 200 1.785 86.2 525 585 480 535 6,670 1,667 667 333.4 25 x 10 250 2.232 68.9 625 695 580 645 13,020 2,083 1,042 416.6 30 x 10 300 2.678 57.4 720 825 700 795 22,500 2,500 1,500 500.0 40 x 10 400 3.571 43.1 910 1,030 880 995 53,330 3,333 2,667 666.6 50 x 10 500 4.64 34.4 1,090 1,235 1,060 1,200 104 x 103 4,167 4,168 833.4 60 x 10 600 5.356 28.7 1,270 1,435 1,200 1,355 180 x 103 5,000 6,000 1,000 Page 23 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 80 x 10 800 7.142 21.5 1,615 1,840 1,525 1,735 427 x 103 6,667 10,670 1,333 100 x 10 1,000 8.928 17.2 1,950 2,225 1,800 2,065 833 x 103 8,333 16,670 1,667 120 x 10 1,200 10.71 14.3 2,285 2,610 2,100 2,395 144 x 103 10,000 23,980 2,000 160 x 10 1,600 14.28 10.7 2,930 3,380 2,620 3,040 341 x 103 13,330 42,660 2,666 200 x 10 2,00 17.84 8.62 3,550 4,150 3,140 3,630 6.67 x 106 16,670 66,670 3,334 250 x 10 2,500 22.30 6.89 4,320 5,030 3,710 4,310 13.0 x 106 20,830 104 x 103 4,166 25 x 12 300 2.678 57.4 700 710 640 650 15,630 3,599 1,250 599.8 30 x 12 360 3.214 47.8 805 820 750 765 27,000 4,319 1,800 719.8 40 x 12 480 4.285 35.9 1,010 1,100 950 1,030 64,000 5,759 3,200 959.8 50 x 12 600 5.356 28.7 1,210 1,330 1,160 1,275 125 x 103 7,199 5,000 1,199 60 x 12 720 6.428 23.9 1,405 1,550 1,320 1,455 216 x 103 8,639 7,200 1,439 80 x 12 960 8.570 17.9 1,785 2,000 1,670 1,870 512 x 103 11,519 12,800 1,919 100 x 12 1,200 10.71 14.3 2,155 2,420 2,010 2,255 1.00 x 106 14,390 20,000 2,398 120 x 12 1,440 12.85 11.9 2,520 2,880 2,310 2,640 1.73 x 106 17,280 28,800 2,880 160 x 12 1,920 17.14 8.97 3,225 3,650 2,860 3,235 4.10 x 106 23,040 51,200 3,840 200 x 12 2,400 21.43 7.18 3,910 4,480 3,380 3,870 8.00 x 106 28,790 80,000 4,798 250 x 12 3,000 26.78 5.74 4,750 5,440 4,060 4,650 15.6 x 106 35,990 125 x 103 5,998 25 x 16 400 3.571 43.1 840 960 740 855 20,830 8,533 16.7 x 103 1,067 30 x 16 480 4.285 35.9 960 1,095 845 975 35,990 10,240 24.0 x 103 1,280 Page 24 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 40 x 16 640 5.713 26.9 1,200 1,370 1,055 1,220 85,330 13,650 42.7 x 103 1,706 50 x 16 800 7.142 21.5 1,430 1,635 1,260 1,450 167 x 103 17,070 66.7 x 103 2,134 60 x 16 960 8.570 17.9 1,660 1,895 1,460 1,685 288 x 103 20,480 96.0 x 103 2,560 80 x 16 1,280 11.43 13.4 2,100 2,400 1,850 2,130 683 x 103 27,310 171 x 103 3,414 100 x 16 1,600 14.28 10.7 2,530 2,880 2,220 2,560 1.33 x 106 34,130 267 x 103 4,266 120 x 16 1,920 17.14 8.97 2,940 3,360 2,590 2,990 2.30 x 106 40,960 384 x 103 5,120 160 x 16 2,560 22.85 6.73 3,750 4,360 3,180 3,700 5.46 x 106 54,610 683 x 103 6,826 200 x 16 3,200 28.57 5.38 4,540 5,725 3,760 4,370 10.7 x 106 68,270 1.07 x 106 8,534 250 x 16 4,000 35.71 4.31 5,520 6,425 4,500 5,250 20.8 x 106 85,330 1.67 x 106 10,670 300 x 16 4,800 42.84 3.59 6,460 7,525 5,270 6,150 36.0 x 102 x 103 2.40 x 106 12,800 106 Notes: 1. Ratings apply for single bars on edge operating in a 40°C ambient temperature with 50°C temperature rise. 2. A.C. Ratings are for frequencies up to 60 Hz. 3. ‘Free Air’ Conditions assume some air movement other than convection currents, and may be applicable for outside installations. ‘Still’ and ‘Free’ Air Conditions both assume no enclosure. 4. Source data: www.cda.org.uk ‫ كما‬Laminated bars ‫ويمكن استخدام مساحتين مقطع متماثلتين او اكثر فى كل فازة لتغذية الحمل وتسمى بال‬ :‫يلى‬ Laminated bars When a number of conductors are used in parallel, the total current capacity is less than the rating for a single bar times the number of bars used. This is due to the obstruction to convection and radiation losses from the inner conductors. Page 25 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- To facilitate the making of interleaved joints, the spacing between laminated bars is often made equal to the bar thickness. For 6.3 mm thick bars up to 150 mm wide, mounted on edge with 6.3 mm spacings between laminations, the isolated bar DC rating may be multiplied by the following factors to obtain the total rating. No. of laminations Multiplying factor 2 3 4 5 6 8 10 1.8 2.5 3.2 3.9 4.4 5.5 6.5 :‫ونتيجة اختيارك من الخطوة الرابعة ستكون على الشكل التالى‬ nos. of bar(s) per phase = cross section area of busbar = cm x cm per phase Ir (rating current of busbar) = Example#5: from example#4 select the suitable BTS standard current rating (Ir) and cross section from the above table? - For example#4: IZ0 ≥ 840 A From above table the suitable BTS standard current rating (Ir) and cross section are: 60 x 4.0 240 2.142 71.8 775 860 770 855 72,000 320.0 2,400 160.0 25 x 16 400 3.571 43.1 840 960 740 855 20,830 8,533 16.7 1,067 x 103 ‫ طيب ايه الفرق بينهم؟‬.. 25x16 ‫ و‬60x4 ‫هنالقى ان عندنا مساحتين مقطع مالئمين هما‬ ‫ اى‬60x4 mm ‫مساحة المقطع‬ 240 mm2 ‫بيتم توفير فى كمية النحاس‬ ‫المستخدمة مما يقلل سعر الباسبار‬ ‫عن الحالة االولى‬ ‫ اى‬25x16 mm ‫مساحة المقطع‬ 400 mm2 ‫تستخدم كمية نحاس اعلى من الحل‬ %166 = 240/400 ‫الثانى‬ Page 26 of 54 ‫التوفير‬ ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫بنسبة ‪ %66‬مما يزيد من سعر‬ ‫الباسبار عن الحالة الثانية‬ ‫= ‪ 855‬امبير ‪ 400 /‬مم‪2‬‬ ‫=‪ 2.14‬امبير كل مم‪2‬‬ ‫اقل من الحالة الثانية ألن كثافة‬ ‫التيار اقل‬ ‫درجة عزل اقل من الحالة الثانية‬ ‫كثافة التيار‬ ‫االرتفاع فى درجة الحرارة‬ ‫العوازل المستخدمة‬ ‫= ‪ 855‬امبير ‪ 240 /‬مم‪= 2‬‬ ‫‪ 3.56‬امبير لكل مم‪2‬‬ ‫اكثر من الحالة االولى ألن كثافة‬ ‫التيار اعلى‬ ‫يجب استخدام عوزال بدرجة عزل‬ ‫اعلى من الحالة االولى لتتحمل‬ ‫االرتفاع فى درجة الحرارة‬ ‫ونتيجة اختيارك ستكون على الشكل التالى‪:‬‬ ‫‪nos. bar(s) per phase = 1‬‬ ‫‪1.6‬‬ ‫‪cm per phase‬‬ ‫‪2.5 cm x‬‬ ‫= ‪cross section area of busbar‬‬ ‫‪Ir (rating current of busbar) = 855 A‬‬ ‫كما يمكن استخدام اكثر من ‪ Lamination‬او ‪ bar‬فيمكن استخدام عدد (‪ Lamination )2‬او ‪ bar‬من مساحات‬ ‫المقطع التالية وذلك بعد تطبيق المعامل فى الجدول اعاله‪:‬‬ ‫‪40 x‬‬ ‫‪2.50‬‬ ‫‪13,330 52.08666.5 41.66‬‬ ‫‪475‬‬ ‫‪425 475 425‬‬ ‫‪172‬‬ ‫‪0.893‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪8,999 1600 599.6 80.00‬‬ ‫‪475‬‬ ‫‪430 475 430‬‬ ‫‪143‬‬ ‫‪1,071‬‬ ‫‪30 x 4.0 120‬‬ ‫ونتيجة اختيارك ستكون على الشكل التالى‪:‬‬ ‫‪nos. bar(s) per phase = 2 each with cross section area of busbar = 3 cm x‬‬ ‫‪0.4 cm‬‬ ‫‪per phase‬‬ ‫‪0.8 cm‬‬ ‫‪cross section area of busbar = 3 cm x‬‬ ‫‪Ir (rating current of busbar) = 1.8 x 475 = 855 A‬‬ ‫‪Page 27 of 54‬‬ ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Busbar Current Carrying ‫ على ال‬enclosure ‫ حساب تأثير حجم ال‬:‫الخطوة الخامسة‬ conventional bus systems ‫ فى حالة استخدام ال‬Capacity The enclosure of the bus system provides the cooling surface for heat dissipation. Its size has an important bearing on the temperature rise of conductors and consequently their current-carrying capacity. The enclosure effect and the ventilating conditions of the surroundings in which the enclosure is to be installed should thus be considered when designing a bus system. The ratio of the area of the current-carrying conductors to the area of the enclosure will provide the basis to determine the heat dissipation effect. Table 28.6 suggests the approximate dissipation factors that can be considered as likely deratings for a bus system under different conditions. Page 28 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Example#6: as in Figure 28.33(a), Size of busbar enclosure – 870 mm x 380 mm, Material of enclosure: aluminium where the busbar is indoor in a well ventilated room. calculate the suitable derating factor for the size of the enclosure effect on the busbar current carrying capacity. • Due to size of enclosure and environmental conditions of location The Enclosure is of non-magnetic material, therefore it will be devoid of hysteresis and eddy current losses. Heat dissipation factor = Cross-sectional area of active aluminium / Area of enclosure = (3x 4 x 152.4 x 6.35) + (2 x152.4 x6.35) / 380 x870 = 0.041 or 4% As in Table 28.6, by simple interpolation, for condition of location against serial number 2, derating = 0.77 Page 29 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ‫ فحص نت يجة االختيار من الخطوة السابقة‬:‫الخطوة السادسة‬ :‫ مراحل كما يلى‬3 ‫وتشتمل هذه الخطوة على‬ ‫ للباسبارات‬Temperature Rise ‫ فحص التحميل الحرارى‬:‫اوال‬ Voltage Drop ‫ فحص قيمة ال‬:‫ثانيا‬ Short Circuit ‫ فحص قيمة ال‬:‫ثالثا‬ ‫ للباسبارات‬Temperature Rise ‫ فحص التحميل الحرارى‬:‫اوال‬ Maximum ‫ عند استخدام الباسبارات مش هيوصل لل‬temperature rise ‫الزم نتأكد ان ال‬ ‫ اللى عندى وبنالقى ان فيه مجموعة من العوامل‬operating conditions ‫ طبقا لل‬Temperature Limit :‫ ومنها‬Busbar temperature rise ‫اللى بتأثر على ال‬ 1- Size and material (copper or aluminum) of the bus bar. 2- Whether the bar is insulated. Surprisingly, a bus bar covered with insulation generally runs cooler than an equivalent bare bus bar, because the usually darker color of the insulating material is a better radiator of heat than the shiny surface of a bare bus bar. 3- Size and material (magnetic or non-magnetic) of the enclosure around the bus. 4- Flow of ventilating air past the bus bars or the bus enclosure. 5- Proximity of other conductors and other heat-producing devices. :‫ بيكون فى الجدولين التاليين‬Maximum Temperature Limit ‫وبصفة عامة ال‬ Temperature rise Taken from table V of standard IEC 62271-1 Page 30 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1- According to its function, the same device may belong to several categories given in table V. In this case, the admissible values of temperature and temperature rise to take into consideration are the lowest for category concerned. 2- For vacuum switchgear, the limit values of temperature and temperature rise do not apply to vacuum devices. Other devices must not exceed the values for temperature and temperature rise given in table V. 3- All the necessary precautions must be taken so that absolutely no damage is caused to surrounding materials. 7- When contact components are protected in different ways, the temperature and temperature rises that are allowed are those for the element for which table V authorizes the highest values. 1- According to its function, the same device may belong to several categories given in table V. In this case, the admissible values of temperature and temperature rise to take into consideration are the lowest for category concerned. 2- For vacuum switchgear, the limit values of temperature and temperature rise do not apply to vacuum devices. Other devices must not exceed the values for temperature and temperature rise given in table V. 3- All the necessary precautions must be taken so that absolutely no damage is caused to surrounding materials. 4- When the contact components are protected in different manners, the temperatures and temperature rises that are allowed are those of the element for which table V authorizes the lowest values. 5- The quality of coating must be such that a protective layer remains in the contact zone: - after the making and breaking test (if it exists), Page 31 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - after the short time withstand current test, - after the mechanical endurance test, according to specifications specific to each piece of equipment. Should this not be true, the contacts must be considered as "bare". 6- For fuse contacts, the temperature rise must be in conformity with publications concerning high voltage fuses. :‫ كما يلى‬MELSON & BOTH ‫ولفحص التحميل الحرارى للباسبارات بنستخدم معادلة‬ The MELSON & BOTH equation published in the "Copper Development Association" review allows us to define the permissible current in a conductor: Where: I : permissible current expressed in amperes (A) derating in terms of current should be considered: - for an ambient temperature greater than 40°C - for a protection index greater than IP5 θn: ambient temperature (θn ≤ 40°C) in °C (θ - θn): permissible temperature rise* in °C S: busbar cross section in cm 2 p: outside busbar perimeter in cm ρ20: conductor resistivity at 20°C copper: 1.83 µΩ cm & aluminium: 2.90 µΩ cm α : temperature coefficient of the resistivity: 0,004 k : conditions coefficient product of 6 coefficients (k1, k2, k3, k4, k5, k6), described below Definition of coefficients k1, 2, 3, 4, 5, 6: Coefficient k1 is a function of the number of bar strips per phase for: Page 32 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 bar (k1 = 1) 2 or 3 bars, see table below: Coefficient k2 is a function of surface condition of the busbars: bare: k2 = 1 painted: k2 = 1.15 Coefficient k3 is a function of the position of the bars: edge-mounted bars (vertical): k3 = 1 1 bar base-mounted (horizontal): k3 = 0.95 several base-mounted bars (horizontal): k3 = 0.75 Coefficient k4 is a function of the place where the bars are installed: calm indoor atmosphere: k4 = 1 calm outdoor atmosphere: k4 = 1.2 bars in non-ventilated ducting: k4 = 0.80 Coefficient k5 is a function of the artificial ventilation: without artificial ventilation: k5 = 1 ventilation should be dealt with on a case by case basis and then validated by testing. Coefficient k6 is a function of the type of current: for a alternative current of frequency ≤ 60 Hz, k6 is a function of the number of bars n per phase and of their spacing. The value of k6 for a spacing equal to the thickness of the bars: n k6 1 1 2 1 Page 33 of 54 3 0.98 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ‫وبعد تطبيق المعادلة بنعرف اذا كان االختيار بتاعنا لمساحة مقطع الباسبار و قيمة التيار االستاندرد بتاعه صح او‬ :‫خطأ اذا تحقق الشرط التالى‬ The chosen solution: phase nos. bar(s) of cm x cm per Is appropriate if: Ir of the required busbars ≤ I from MELSON & BOTH equation :‫ولتسهيل الحسابات يمكن استخدام المعادالت المختصرة التالية فى كل حالة على حسب شكل الباسبار كما يلى‬ Approximate dc Current Ratings for Flat and Round bars The following equations can be used to obtain the approximate d.c. current rating for single flat and round copper busbars carrying a direct current. The equations assume a naturally bright copper finish where emissivity is 0.1 and where ratings can be improved substantially by coating with a matt black or similar surface. The equations are also approximately true for a.c. current provided that the skin effect and proximity ratios stay close to 1.0, as is true for many low current applications. Methods of calculation for other configurations and conditions can be found in subsequent sections. (a) Flat bars on edge: (1 where I = current, A A = cross-sectional area, mm2 p = perimeter of conductor, mm  = temperature difference between conductor and the ambient air, °C  = resistance temperature coefficient of copper at the ambient temperature, per °C Page 34 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  = resistivity of copper at the ambient temperature, ,  cm (b) Hollow round bars: (2 (c) Solid round bars: (3 If the temperature rise of the conductor is 50°C above an ambient of 40°C and the resistivity of the copper at 20°C is 1.724 cm, then the above formulae become: (i) Flat bars: (4 (ii) Hollow round bars: (5 (iii) Solid round bars: (6 For high conductivity copper tubes where diameter and mass per unit length (see Table 14) are known, (7 where m = mass per unit length of tube, kg/m Page 35 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- d = outside diameter of tube, mm ‫ الجديدة من‬I ‫وفى حالة تغير الوسط المحيط بالباسبار مما يؤدى الى تغير درجة الحرارة يمكن حساب قيمة التيار‬ :‫المعادلة التالية‬ Re-rating for different current or temperature rise conditions Where a busbar system is to be used under new current or temperature rise conditions, the following formula can be used to find the corresponding new temperature rise or current: (8 where I1 = current 1, A I2 = current 2, A 1 = temperature rise for current 1, °C 2 = temperature rise for current 2, °C T1 = working temperature for current 1, °C T2 = working temperature for current 2, °C 20 = temperature coefficient of resistance at 20°C ( = 0.00393) If the working temperature of the busbar system is the same in each case (i.e., T1 = T2), for example when re-rating for a change in ambient temperature in a hotter climate, this formula becomes Page 36 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Example#7: find the current carrying capacity of bus bars of size (1 nos. x 100 mm x 10 mm) with Conditions: Ambient temp : 55 °C Temp. rise : 50 °C 100 x 5.0 500 4464 344 1,355 1,530 1,345 1,520 417 x 1,042 8,334 416.8 103 IB = 1450 A PFLF = 20% and Neglect FGLF Solution:IB (after applying PFLF) = 1450 X 1.2 = 1740 A IZ0 (for ambient temp 55 °C ) = 1740 / 0.75 = 2320A Use 2 liminations of bars 100 mm x 10 mm Ir = 1345A x 1.8 = 2421 A Let us find out the current carrying capacity at ambient 40°C and Temp. Rise of 50°C using the equation for flat bars: A- Cross sectional area of each bar = 100 mm x 10 mm = 1000 mm2 P- Perimeter of each bar = 2 (100 +10) = 220 mm I =7.73 X X31.6227766) = 2003.200129 Amps Page 37 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- For 2 bar(s) per phase, the multiplying factor from the table above is 1.8 I = (2003.200129 Amps x 1.8) = 3605.760 amps = 3600 A Now to find the current carrying capacity at given conditions we have to use the following equation: Where, I1 = 3605.760232 Amps I 2 = Current 2 To be determined θ 1 = Temp. rise for current 1 = 50 °C θ 2 = Temp. rise for current 2 = 35 T 1 = Working temp. for current 1 = 40 °C T 2 = Working temp. for current 2 = 55 °C α 20 = temp. coefficient of Resistant at 20°C (=0.00393) Since Ir = 2421 A of the required busbars ≤ I from MELSON & BOTH equation = 2820 A Hence selection of 2 No. (100 X 5) mm per phase Copper bus bar Will be more sufficient to current rating of Ampere Page 38 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Voltage Drop ‫ فحص قيمة ال‬:‫ثانيا‬ The voltage drop across a bus system should be as low as possible and generally within 1 –2% of the rated voltage. In the case of longer run lengths, it may be required to calculate the voltage drop for three-phase from the formula: ΔU = k ·√ 3 · IB · l · (RL · cos φ + XL · sin φ) For single-phase BTS the formula is: ΔU = k ·2 · IB · l · (RL · cos φ + XL · sin φ) Where ΔU = voltage drop in V IB = rated current in A l = total length of the system in m k = load distribution factor RL = ohmic resistance of the conductor in mΩ/m in case of busbar temperature rise XL = inductive resistance of conductors in mΩ/m in case of busbar temperature rise cos φ = power factor sin φ = reactive power factor Percentage voltage drop is obtained from: where Ur is rated voltage. Use the following tables to get RL & XL: Page 39 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Notes: 1- this table is for LVcompact bus-ducts – electrical characteristics for copper conductor (frequency :50 Hz) 2- R and X would vary with the size and configuration of busbars and their grade and hence from manufacturer to manufacturer. The tables provided here are only for general reference. For exact details one may contact the manufacturer. For the load distribution factor k, a simple formula can be created in the case of a uniform load (identical currents) of multiple tap-offs (see Fig. 2/3). To do this, the factor is averaged from the sum of ratios of individual intervals li (total number n) to the distance between the infeed and the tap-off at the end of the busbar trunking system (it usually corresponds approximately to the total length l): Page 40 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Limit values: k = 0.5 as a minimum value for countless tap-offs k = 0.75 for n = 2 We have two cases: Case#1: for evenly distributed loads Case#2: for unevenly distributed loads Case#1: for evenly distributed loads For center infeed into a busbar trunking system, each section after the infeed can be considered separately. The voltage drop, for example, is reduced to a quarter in the case of exact center infeed with the same intervals between identical loads (Fig. 2/3c). Due to the linear dependency of the voltage drop on the rated current and on the length of the busbar sections, the relations for power distribution between the sections and the interval distributions on the individual sections can be used. This is shown in examples d) and e) in Fig. 2/3 Page 41 of 54 ‫م‪/‬على حسن العشماوى‬ ‫‪www.Electrical-Knowhow.com‬‬ ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ ‫‪---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------‬‬ ‫‪Page 42 of 54‬‬ ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Case#2: for unevenly distributed loads If the loads cannot be considered to be evenly distributed, the voltage drop can be calculated more accurately by using the formulas below. For the distribution of the three-phase loads shown in the figure, the voltage drop can be calculated by the following formula if the BTS has a constant cross section (as usual): Generally speaking, this formula becomes: where: • rt is the phase resistance per unit of length of BTS, measured under thermal steady-state conditions [mΩ/m]; • x is the phase reactance per unit of length of BTS [mΩ/m]; • cosϕm is average power factor of the i-th load; • Ii is i-th load current [A]; • Li is the distance of the i-th load from the beginning of the BTS [m] Example#8: if IB = 1950 A, calculate the voltage drop for three phase busbar rated 2000 A and its length is 80 meters fed from one end when the load at end of line and when the load is distributed evenly, p.f= 0.8 Page 43 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- solution: ΔU = k ·√ 3 · IB · l · (RL · cos φ + XL · sin φ) First: When busbar fed from one end and the load at end of line k = 1 For 2000A busbar from above table: RL = 25.15 X 10-6 ohm/meter XL = 9.8 X 10-6 ohm/meter ΔU = 1 x √ 3 x 1950 x 80 x (25.15 X 10-6 x 0.8 + 9.8 X 10-6 x 0.6) = 7.02 V ΔU% = 7.02 X 100 / 380 = 1.84% Which is accepted because it is from 1 to 2% second: When busbar fed from one end and the load is distributed evenly k = 0.5 For 2000A busbar from above table: RL = 25.15 X 10-6 ohm/meter XL = 9.8 X 10-6 ohm/meter ΔU = 0.5 x √ 3 x 1950 x 80 x (25.15 X 10-6 x 0.8 + 9.8 X 10-6 x 0.6) = 3.51 V ΔU% = 3.51 X 100 / 380 = 0.92% Which is accepted because it is from 1 to 2% Page 44 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ‫ الناتجة عنه‬Temperature Rise ‫ وقيمة ال‬short- circuit ‫ فحص قيمة ال‬:‫ثالثا‬ What are The important parameters in BBT short-circuit sizing? BBT short-circuit sizing is determined by the following parameter: ■ the maximum peak current, peak l: this parameter expresses the instantaneous electrodynamic withstand limits of the busbar trunking. Peak current value is often the most restrictive instantaneous characteristic for the protection device. ■ maximum short-term rms current lcw: this parameter expresses the permissible temperature rise limit of conductors for a given period of time (0.1 to 1 s). ■ the thermal stress in A2s: this parameter expresses the instantaneous thermal stress withstand of the BBT. Notes: 1- Normally, if the short-circuit generates fault conditions that are compatible with the first two characteristics, this constraint is “naturally satisfied”. 2- The assumed short-circuit current to be considered for BBT protection is the one found at supply box level. Page 45 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- How we know that the calculated BBT rating is satisfied for short circuit sizing? Two cases must be considered: case#1: directely protected busbar trunking circuit breaker lcu ≥ assumed Isc at point A BBT peak l ≥ asymmetrical assumed or limited Isc at point A BBT thermal withstand in lcw ≥ thermal stress passing through the BBT case#2: busbar trunking protected downstream from a cable circuit breaker lcu ≥ assumed Isc at point A BBT peak l ≥ asymmetrical assumed or limited Isc at point B BBT thermal withstand in lcw ≥ thermal stress passing through the BBT. If one of these relationships is not verified, a suitable higher rating must be chosen for the BBT. Page 46 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Note: The value of the asymmetrical short-circuit current is obtained from the value of the symmetrical short-circuit current, Isc, multiplied by a standardized asymmetry factor (k). For example: for a circuit with a assumed short-circuit current of 50 kA rms, the first peak reaches 105 kA (50 kA x 2.1). We can summarize the BBT protection and short circuit sizing rules based on the circuit breaker type used for protection in the following table: Page 47 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Methods for calculating Rated currents (Ir) and short-circuit currents (Isc) of standard transformers Method#1: For infeed via transformers, rated currents and symmetrical short-circuit currents can be calculated approximately using the rated apparent power SrT of the transformer: Ir = k · SrT (in A) Where: SrT: the rated apparent power of the transformer in KVA K: constant k = 1.45 for rated voltage UrT = 400 V k = 0.84 for UrT = 690 V Based on this, the prospective initial short-circuit current of a transformer can be calculated approximately using: Isc = Ir / Zsc With the rated value of the impedance voltage Zsc (4% or 6%) Method#2: By knowing the MVA Short circuit (Ssc) of the network which is generally provided by the customer (Utility company) or we can calculate it having the short-circuit current lsc and the operating voltage U as follows: Ssc = √3x Isc x U Note: A specification may give one value in kA rms and one value in MVA as below: Isc = 19 kA rms or 350 MVA at 10 kV if we calculate the equivalent current at 350 MVA we find: Isc = 350 / (√3 x 10) = 20.2 KA rms The difference between 19 and 20.2 KA lies in the way in which we round up the value and in local habits. The value 19 kA rms is probably the most realistic. Page 48 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- another explanation for this difference is possible: in medium and high voltage, IEC 909 applies a coefficient of 1.1 when calculating maximal Isc This coefficient of 1.1 takes account of a voltage drop of 10 % across the faulty installation (cables, etc) Method#3: from tables For the values in Tab. 2/2 from a more exact calculation of the prospective initial symmetrical short-circuit current of the transformer when connecting to a network with unlimited short-circuit power, the voltage factor and the impedance correction factor for transformers were considered according to IEC 60909-0 (VDE 0102). Page 49 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Example#9: Transformer rating - 1500kVA Voltage - 11 / 0.4 kV, % Impedance (Z) = 6 & p.f. = 0.8, check if calculated BBT rating is satisfied for short circuit sizing Solution: Check from the technical catalogue of busway manufacturer the short-circuit withstand of 2500A, we find Icw (t = 1second) = 80kA & Ipk = 198 kA since, Maximum short-circuit at the secondary of Transformer is 36kA ˂ 80 KA. Therefore, 2500A busway short-circuit rating, 80kA is far higher. Selection is justified. Checking the suitability of calculated CSA of BBT for the thermal effects of short circuit We have (2) methods as follows: Method#1: comparing the total temperature after short circuit with the maximum admissible temperature by the parts in contact with the busbars To determine the minimum size of conductor for a required fault level, Isc, to account for the thermal effects one can use the following formula to determine the minimum size of conductor for any fault level: Where: θt = temperature rise (in ⁰C) Isc = symmetrical fault current r.m.s. (in Amps) A = cross-sectional area of the conductor (in mm2)  20 = temperature coefficient of resistance at 20⁰C /⁰C, which as in Table 30.1 is 0.00403 for pure aluminium and 0.00363 for aluminium alloys and 0.00393 for pure copper θ = operating temperature of the conductor at which the fault occurs (in ⁰C) Page 50 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- k = 1.166 for aluminium and 0.52 for copper t = duration of fault (in seconds) θtotal = θn + ( θ– θn) + θt or θtotal = θ + θt θn = Ambient temperature the calculated CSA will be suitable, if θtotal ≤ maximum admissible temperature by the parts in contact with the busbars. Example#10: if Isc =31.5 KA, A=2000 mm2, copper busbar, operating temperature = 90 ⁰C and duration of fault = 3 sec calculate the temperature rise due to short circuit and check the chosen busbar CSA is suitable or not if the parts in contact with the busbars can withstand a maximum temperature of 100 ⁰C. solution: θt = (0.52/100) (31500 x 31500 / 2000 x2000) (1+0.00393 x 90) x 3 = 5.24 ⁰C θtotal = θ + θt = 90 + 5.24 = 95.24 ⁰C check if, θtotal ≤ maximum admissible temperature by the parts in contact with the busbars. 95.24 ≤ 100 then, the chosen busbar CSA is suitable. Method#2: using curves to find the minimum busbar size to account for the thermal effects The above formula from method#1 is also drawn in the form of curves as shown in Figure 28.5, Page 51 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (Isc in kA) versus final temperature. From these curves the minimum conductor size can be easily found for any fault level, for both aluminium and copper conductors and for any desired end temperature. As in the above case Page 52 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Example#11: Determine the minimum conductor size for a fault level of 50 kA for one second for an aluminium conductor. Assuming the temperature rise to be 100 ⁰C and the initial temperature of the conductor at the instant of the fault 85 ⁰C. Solution: The standard size of aluminium flat nearest to this is 50.8 mm x 12.7 mm or (2'' x 1 /2'') or any other equivalent flat size A small difference, if any, between this and that calculated above may be due to approximation and interpolation only. This minimum conductor size will take account of the heating effects during the fault, irrespective of the current rating of the conductor. This much conductor Page 53 of 54 ‫على حسن العشماوى‬/‫م‬ www.Electrical-Knowhow.com ‫الحسابات التصميمة للباسبارات‬ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- size is essential for this fault level even for very low current ratings. However, the required conductor size may be more than this also, depending upon the continuous current it has to carry, as discussed later. Page 54 of 54

Busbar Design Calculations: Types, Classifications & Application Guide

Related documents

Products

Support

Busbar Design Calculations: Types, Classifications & Application Guide

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib