Überprüfung der Berechnung der Sammelschienenverluste gemäß Russischer Norm 35224

Verifizierung eines webbasierten Rechners für Stromschienenverluste und -erwärmung gemäß GOST 35224

Diese Webanwendung zur Berechnung von Verlusten in Niederspannungs-Schaltanlagen (NSP) verwendet eine Client-Server-Architektur. Das JavaScript-Frontend übernimmt die Eingabe von Schrank-, Stromschienen- und Geräteparametern, die Visualisierung der Ergebnisse und ein 2D-Thermogramm der Temperaturverteilung. Das Python-Backend implementiert die physikalischen Berechnungsalgorithmen.

Benutzer geben Parameter ein und erhalten sofort: Leistungsverluste für Stromschienen und Geräte, interne Schranktemperatur, schrittweise Berechnungen und ein farbiges Thermogramm.

Physikalisches Berechnungsmodell

Wärmeerzeugung unter Berücksichtigung der Temperatur

Die Joule-Lenz-Leistung wird für die Temperaturabhängigkeit des Widerstands angepasst:

R(T) = R₂₀ × [1 + α × (T - 20°C)]

wobei α = 0,00393 1/°C für Kupfer. Dies berücksichtigt die Rückkopplung: Erwärmung erhöht R, was wiederum die Wärmeerzeugung steigert.

Wechselstromeffekte

Skin-Effekt und Proximity-Effekt werden mit Koeffizienten modelliert:

• k_skin: 1,0 für Dicke ≤10 mm, bis zu 1,2–1,3 für größere Dicken;
• k_prox: 1,1–1,6 abhängig von der Stromschienenanordnung.

Effektiver Widerstand: R_EFF = R₂₀ × (1 + αΔT) × k_skin × k_prox.

Wärmeaustauschfläche

Für eine einzelne Stromschiene: A = 2 × (b × l + h × l + b × h).

In einem Stromschienenpaket:

• Spalt ≥ Dicke: Summe der Einzelflächen;
• Dicht gepackt: äußere Oberflächen mit einem Koeffizienten von 0,7.

Wärmeabfuhrmechanismen

Konvektion: 6,5 W/(m²·K) vertikal, 5,0 horizontal; +20–50 % mit Belüftung. Strahlung: +15 % zum Koeffizienten. Dieser Ansatz gewährleistet Genauigkeit für Vorabschätzungen und ergänzt IEC 60890.

Verifizierungsbedingungen

Tests gemäß GOST 35224-2024 (IEC TR 60890:2022, Anhang E):

| Parameter | Wert |

|-----------|-------|

| T_Luft | 55°C |

| T_Stromschiene | 70°C |

| Material | Kupfer |

| Form | Rechteckig |

| Ausrichtung | Horizontal |

| Stromschienen/Phase | 1–2 |

| Frequenz | 50 Hz |

| Länge | 1 m |

42 Tests (21 pro Konfiguration) für Querschnitte von 24–1200 mm².

Metriken: MAPE, RMSE, R².

Ergebnisse für eine einzelne Stromschiene

• MAPE: 4,3 %;
• RMSE: 1,0 W/m;
• R²: 0,979.

Abweichung ≤7 %, physikalische Abhängigkeit genau wiedergegeben. Geeignet für GOST-basierte Berechnungen.

Ergebnisse für zwei Stromschienen

• MAPE: 6,7 %;
• RMSE: 1,1 W/m;
• R²: 0,987.

Konservative Tendenz, Maximum bei mittleren Querschnitten. Modellierung des Proximity-Effekts ist korrekt.

Anwendungsbereiche

Das Tool ist nützlich für:

• Layout-Analyse;
• Bewertung der Auswirkungen von Querschnitt, Material, Ausrichtung;
• Nicht-standardisierte Bedingungen (vertikale Stromschienen, Aluminium, verschiedene Umgebungstemperaturen);
• Vorabberechnungen mit GOST-Genauigkeit.

Wichtige Erkenntnisse

• R² 0,979–0,987 bestätigt die physikalische Angemessenheit des Modells.
• MAPE 4–7 % ermöglicht ingenieurtechnische Schätzungen ohne vollständige Simulation.
• Berücksichtigung von Skin-Effekt, Proximity und Wärmeaustausch erweitert die Anwendbarkeit über GOST-Tabellen hinaus.
• Webbasiertes Format gewährleistet Geschwindigkeit und Zugänglichkeit ohne Softwareinstallation.
• Konservative Ergebnisse erhöhen die Auswahlssicherheit.

— Editorial Team