حجم الموصل النحاسي مقابل ارتفاع درجة الحرارة في مفصلي 145 كيلوفولت

علاقة التيار الذي يسبب ارتفاع درجة الحرارة في الفاصل الكهربائي بجهد 145 كيلوفولت مع حجم الموصل النحاسي تكمن في توازن قدرة الحمل الحراري وفعالية التشتت الحراري. يشير التيار الذي يسبب ارتفاع درجة الحرارة إلى أقصى تيار مستمر يمكن للموصل أن يحمله دون تجاوز حد الارتفاع المحدد لدرجة الحرارة، ويؤثر حجم الموصل النحاسي بشكل مباشر على هذا المعلمة.

يفترض فهم هذه العلاقة بدءًا من الخصائص الفيزيائية لمادة الموصل. تحدد خصائص التوصيل والمقاومة ومعامل التمدد الحراري للنحاس كل من إنتاج الحرارة تحت الحمل ومعدل التشتت الحراري. الأسطح المقطعية الأكبر تقلل من المقاومة لكل وحدة طول، وبالتالي تنتج حرارة أقل عند نفس التيار. على سبيل المثال، يظهر سلك نحاسي بقطر 2.5 ملم² ارتفاع درجة حرارة أقل من سلك بقطر 1.5 ملم² عند حمل 20 أمبير.

عند اختيار حجم الموصل، يجب تقييم ثلاثة عوامل رئيسية بشكل شامل:

• خصائص الحمل، بما في ذلك حجم وتذبذب التيار وفترة الاستمرار. يتطلب المعدات ذات الانطلاقات المتكررة أو الأحمال الزائدة القصيرة النظر في آثار الارتفاع المؤقت لدرجة الحرارة على العزل.

• درجة الحرارة المحيطة: تتطلب درجات الحرارة المحيطة الأعلى موصلات أكبر للتخفيف من الإجهاد الحراري الإضافي.

• طريقة التركيب: توفر الأنابيب المغلقة تشتتاً حرارياً ضعيفاً؛ يجب زيادة حجم الموصل بنسبة لا تقل عن 20٪ مقارنة بالتركيبات المفتوحة.

يمكن تقدير العتبات الحرجة باستخدام الصيغة:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
حيث I هو التيار، R هي مقاومة الوحدة الطولية، t هي الزمن، m هي كتلة الموصل، وc هي السعة الحرارية النوعية. عملياً، يتم استخدام جداول مرجعية سريعة - على سبيل المثال، عند درجة حرارة محيطية 40 درجة مئوية، فإن الأسلاك BV القياسية لها القدرات التالية: 1.5 ملم² → 16 أمبير، 2.5 ملم² → 25 أمبير، 4 ملم² → 32 أمبير.

يجب تجنب المفاهيم الخاطئة الشائعة. يفترض البعض أن زيادة حجم الموصل تحل مشكلة الاشتعال الزائد - ولكن التواصل السيء للطرف، أو الأكسدة في اللحامات، أو الاتصالات الفضفاضة قد تسبب بقع ساخنة محلية. في حالة واحدة، وصلت نقطة توصيل نحاسية بقطر 4 ملم² غير مضغوط جيدًا إلى 120 درجة مئوية عند مجرد 15 أمبير، مما يتجاوز ارتفاع درجة الحرارة الكلي للموصل وهو 65 درجة مئوية.

يؤثر نقاؤ النحاس بشكل كبير على ارتفاع درجة الحرارة. النحاس الخالي من الأكسجين (99.9% Cu) له مقاومة أقل بنسبة 8-12% من النحاس المعاد تدويره، مما يسمح بقدرة تيار أعلى بنسبة ~10% عند نفس الحجم. يُنصح باستخدام أسلاك نحاسية تتوافق مع معايير GB/T 395 للتطبيقات الكهربائية.

يمكن تنظيم استراتيجيات التطبيق العملية في ثلاث مستويات:

• المستوى الأول (التقابيل الأساسية): اختيار حجم الموصل بناءً على 1.2× التيار المقنن.

• المستوى الثاني (التعويض الديناميكي): تعديل نسبة العامل المحرك - تتطلب الأحمال الاستقرائية موصلات أكبر بنسبة 5-8%.

• المستوى الثالث (تصميم الاحتياطي): احتياط 20% من الهامش الحالي على الدوائر الحرجة للأحمال غير المتوقعة.

يمكن تعزيز التشتت الحراري من خلال التحسينات الهيكلية والمادية:

• توفر الأسلاك المتعددة الأجزاء >30% من المساحة السطحية أكثر من الأسلاك ذات اللب الثابت.

• تقلل التغليف بالقصدير من مقاومة التواصل بنسبة 15-20%.

• في الأجهزة الكهربائية المغلقة، يحسن استبدال الكابلات المتصلة بالموصلات النحاسية التشتت الحراري بنسبة 40% بينما يقلل من نقاط التواصل.

تؤثر فترات الصيانة على الاستقرار طويل الأمد. تحقق من شد الاتصالات كل 500 ساعة تشغيل، استخدم التصوير الحراري لمراقبة توزيع درجة الحرارة، واستبدل الأطراف المتأكسدة على الفور. في البيئات الرطبة، طبق طلاءات مضادة للتآكل لمنع التدهور الكهروكيميائي الذي يزيد من المقاومة.

تحتاج السيناريوهات الخاصة إلى نهج مخصص:

• المعدات عالية التردد (>1 كيلو هرتز): يصبح تأثير الجلد مهمًا؛ استخدم عدة أسلاك رقيقة متوازية بدلاً من موصل واحد سميك.

• أنظمة ثلاثية الأطوار غير متوازنة: حدد حجم الموصلات بناءً على أعلى تيار لأحد الأطوار؛ يجب ألا تكون الموصلات المحايدة أصغر من الموصلات الأطوارية.

يعد التحقق التجريبي ضروريًا. بنِ راكب تجارب وشغله بمعدل 1.5× التيار المقنن لمدة ساعتين، وسجل منحنيات ارتفاع درجة الحرارة في النقاط الحرجة. معايير القبول: درجة الحرارة المحيطة + ارتفاع درجة حرارة الموصل ≤ تصنيف الحرارة العازل (مثل ≤70 درجة مئوية للبولي فينيل كلوريد).

يؤثر هندسة تخطيط الكابلات على التبريد:

• حافظ على مسافة ≥2× قطر الكابل للركض الموازي.

• يقوم التركيب العمودي بالتخلص من الحرارة بنسبة 15-20% أفضل من التوجيه الأفقي - تفضيل لخطوط التيار العالي.

• يجب أن يكون نصف قطر الانحناء الأدنى ≥6× قطر الموصل لتجنب فخ الحرارة المحلية.

راقب تقادم الموصل بشكل ديناميكي: تحت الاستخدام الطبيعي، تزداد مقاومة النحاس حوالي 0.5% سنوياً. بعد خمس سنوات، إعادة تقييم القدرة على التحميل. ثبت أجهزة الاستشعار الحرارية في العقد الحرجة وقم بتنفيذ عتبات تحذيرية في الوقت الحقيقي.

تحتاج مفاصل النحاس-الألومنيوم إلى عناية خاصة. يحدث التآكل الكهروكيميائي عند واجهة المعادن المختلفة - يجب دائمًا استخدام موصلات ثنائية المعدن معتمدة وتطبيق زيت مضاد للأكسدة. أظهر تحليل فشل محطة أن مفاصل Cu-Al غير المحمية في ظروف رطبة تضاعفت مقاومة الاتصال ثلاث مرات خلال ثلاثة أشهر، مما أدى إلى الانصهار.

يجب أيضًا مراعاة انخفاض الجهد، خاصة في المسافات الطويلة. تأكد من أن الجهد النهائي يبقى ≥95٪ من القيمة الاسمية. عندما تنطبق قيود ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الجهد، اختر حجم الموصل الذي يحدده الشرط الأكثر صرامة.

يهم بشكل كبير مقاومة الحرارة العازلة. تختلف الموصلية الحرارية بشكل كبير - على سبيل المثال، مطاط السيليكون هو ضعف PVC، مما يسمح بتيار أعلى بنسبة 8-12٪ بنفس الحجم. للاستخدامات ذات درجات الحرارة العالية، استخدم عزل XLPE (البولي إيثيلين المتشابك)، المصنف للعمل المستمر حتى 90 درجة مئوية.

أخيرًا، تؤدي التأثيرات الكهرومغناطيسية - تأثير الجلد والتأثير القربى - إلى تقليل مساحة الموصل الفعالة في الأنظمة المتذبذبة. بالنسبة للموصلات الواحدة الأساسية الكبيرة، يكون استخدام عدة موصلات موازية أصغر أكثر فعالية للتحكم في درجة الحرارة من واحد مفرط الحجم.
نقدم آلة حاسبة احترافية - يرجى زيارة قسم الآلة الحاسبة على موقعنا إذا كنت بحاجة إليها!