Weryfikacja internetowego kalkulatora strat i nagrzewania szyn według normy PN-EN 35224
Aplikacja internetowa do obliczania strat w szynach rozdzielnic niskiego napięcia wykorzystuje architekturę klient-serwer. Frontend w JavaScript umożliwia wprowadzanie parametrów szafy, szyn i aparatów, wizualizację wyników oraz dwuwymiarową termogramę rozkładu temperatury. Backend w Python implementuje algorytmy obliczeń fizycznych.
Użytkownik definiuje parametry i natychmiast otrzymuje: straty mocy dla szyn i aparatów, temperaturę wewnątrz szafy, szczegółowe obliczenia krok po kroku oraz kolorowy termogram.
Model fizyczny obliczeń
Wytwarzanie ciepła z uwzględnieniem temperatury
Moc według prawa Joule'a-Lenza jest korygowana zależnością rezystancji od temperatury:
R(T) = R₂₀ × [1 + α × (T - 20°C)]
gdzie α = 0.00393 1/°C dla miedzi. Uwzględnia to sprzężenie zwrotne: nagrzewanie zwiększa R, wzmacniając wytwarzanie ciepła.
Efekty prądu przemiennego
Efekt naskórkowości i efekt zbliżenia są modelowane współczynnikami:
- k_skin: 1.0 przy grubości ≤10 mm, do 1.2–1.3 przy większej;
- k_prox: 1.1–1.6 w zależności od ułożenia szyn.
Rezystancja efektywna: R_EF = R₂₀ × (1 + αΔT) × k_skin × k_prox.
Powierzchnia wymiany ciepła
Dla pojedynczej szyny: A = 2 × (w × l + h × l + w × h).
W pakiecie:
- Przerwa ≥ grubości: sumowanie powierzchni;
- Stykające się: powierzchnie zewnętrzne ze współczynnikiem 0.7.
Mechanizmy odprowadzania ciepła
Konwekcja: 6.5 W/(m²·K) pionowo, 5.0 poziomo; +20–50% przy wentylacji. Promieniowanie: +15% do współczynnika. Podejście zapewnia dokładność dla wstępnych ocen, uzupełniając normę IEC 60890.
Warunki weryfikacji
Testowanie według normy PN-EN 35224-2024 (IEC TR 60890:2022, Załącznik E):
| Parametr | Wartość |
|----------|----------|
| T_powietrza | 55°C |
| T_szyn | 70°C |
| Materiał | Miedź |
| Kształt | Prostokątne |
| Orientacja | Poziome |
| Szyn/fazę | 1–2 |
| Częstotliwość | 50 Hz |
| Długość | 1 m |
42 testy (21 na konfigurację) dla przekrojów 24–1200 mm².
Metryki: MAPE, RMSE, R².
Wyniki dla jednej szyny
- MAPE: 4.3%;
- RMSE: 1.0 W/m;
- R²: 0.979.
Odchylenie ≤7%, zależność fizyczna odtworzona dokładnie. Nadaje się do obliczeń według normy.
Wyniki dla dwóch szyn
- MAPE: 6.7%;
- RMSE: 1.1 W/m;
- R²: 0.987.
Konserwatywne przesunięcie, maksimum przy średnich przekrojach. Uwzględnienie efektu zbliżenia poprawne.
Zastosowania
Narzędzie przydatne do:
- Analizy układów;
- Oceny wpływu przekroju, materiału, orientacji;
- Warunków niestandardowych (szyny pionowe, aluminium, inna T_otoczenia);
- Wstępnych obliczeń z dokładnością normy.
Co jest istotne
- R² 0.979–0.987 potwierdza fizyczną adekwatność modelu.
- MAPE 4–7% umożliwia oceny inżynierskie bez pełnej symulacji.
- Uwzględnienie efektu naskórkowości, zbliżenia i wymiany ciepła rozszerza zastosowanie poza tabele norm.
- Format internetowy zapewnia szybkość i dostępność bez instalacji oprogramowania.
- Konserwatyzm wyników zwiększa bezpieczeństwo doborów.
— Editorial Team
Brak komentarzy.