Mida del conductor de cobre vs augment de temperatura en desconnectors de 145kV

La relació entre la corrent d'augment de temperatura d'un interruptor de 145 kV i la mida del conductor de cobre es troba en l'equilibri entre la capacitat de conducció de corrent i l'eficiència de dissipació de calor. La corrent d'augment de temperatura fa referència a la màxima corrent contínua que un conductor pot portar sense superar el límit especificat d'augment de temperatura, i la mida del conductor de cobre influeix directament en aquest paràmetre.

Comprendre aquesta relació comença amb les propietats físiques del material del conductor. La conductivitat, la resistivitat i el coeficient de dilatació tèrmica del cobre determinen tant la generació de calor sota càrrega com la velocitat de dissipació de calor. Les àrees de secció transversal més grans reduïxen la resistència per unitat de longitud, generant menys calor a la mateixa corrent. Per exemple, un fil de cobre de 2,5 mm² presenta un augment de temperatura inferior al d'un fil de 1,5 mm² quan porta 20 A.

En seleccionar la mida del conductor, cal avaluar tres factors clau de manera holística:

• Característiques de la càrrega, incloent la magnitud i durada de les fluctuacions de corrent. L'equipament amb inicis/parades freqüents o sobrecàrregues a curt termini requereix considerar els efectes de l'augment temporal de temperatura sobre l'aïllament.

• Temperatura ambiental: Les temperatures ambientals més altes necessiten conductors més grans per compensar l'estrès tèrmic addicional.

• Mètode d'instal·lació: Les conduites tancades oferixen una pobra dissipació de calor; la mida del conductor hauria de ser incrementada com a mínim un 20% en comparació amb les instal·lacions obertes.

Els llindars crítics es poden estimar utilitzant la fórmula:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
on I és la corrent, R és la resistència per unitat de longitud, t és el temps, m és la massa del conductor, i c és la capacitat calorífica específica. En la pràctica, sovint s'utilitzen taules de referència ràpida—per exemple, a 40°C de temperatura ambient, els fils BV estàndard tenen les següents ampacitats: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Cal evitar algunes concepcions errònies. Algú assumeix que simplement augmentar la mida del conductor soluciona el sobrecalentament—però un contacte terminal deficient, l'oxidació en les unions o les connexions folrades poden causar punts calents localitzats. En un cas, una connexió de cobre de 4 mm² mal crimpada arribà a 120°C amb només 15 A, molt per sobre de l'augment de temperatura massiva del conductor de 65°C.

La purezza del cobre afecta significativament l'augment de temperatura. El cobre sense oxigen (99,9% Cu) té una resistivitat un 8–12% menor que el cobre reciclat, permetent una capacitat de corrent ~10% superior a la mateixa mida. Es recomana utilitzar fils de cobre que compleixen amb les normes GB/T 395 per aplicacions elèctriques.

Les estratègies d'aplicació pràctica es poden estructurar en tres nivells:

• Nivell 1 (Coincidència bàsica): Seleccioneu la mida del conductor basant-se en 1,2× la corrent nominal.

• Nivell 2 (Compensació dinàmica): Ajusteu pel factor de potència—les càrregues inductives requereixen conductors un 5–8% més grans.

• Nivell 3 (Disseny de redundància): Reserveu un marge de corrent del 20% en circuits crítics per a sorres inesperades.

La dissipació de calor es pot millorar mitjançant millores estructurals i de material:

• Els conductors multibrànquia ofereixen >30% més superfície que els fils de nucli sòlid.

• El platil de estany redueix la resistència de contacte en un 15–20%.

• En el quadre de commutació tancat, reemplaçar els cables agrupats amb barres de cobre millorea la dissipació de calor en un 40% mentre que redueix els punts de connexió.

Els intervals de manteniment impacten la estabilitat a llarg termini. Inspecteu la fitxa de les connexions cada 500 hores d'operació, utilitzeu imatges tèrmiques per monitorar la distribució de temperatura i reemplaceu promptament els terminals oxidats. En entorns humits, apliqueu revestiments anticorrosius per prevenir la degradació electroquímica que augmenta la resistència.

Els escenaris especials requereixen enfoques personalitzats:

• Equips d'alta freqüència (>1 kHz): L'efecte de pele es converteix en significatiu; utilitzeu múltiples brànquies fines en paral·lel en lloc d'un únic conductor gros.

• Sistemes trifàsics desequilibrats: Dimensioneu els conductors basant-se en la corrent més alta de la fase; els conductors neutres no haurien de ser menors que els conductors de fase.

La validació experimental és essencial. Construeixi un banc de proves i executeu-lo a 1,5× la corrent nominal durant 2 hores, registrant les corbes d'augment de temperatura en punts crítics. Criteris d'acceptació: Temperatura ambient + Augment de temperatura del conductor ≤ Classificació tèrmica de l'aïllament (per exemple, ≤70°C per al PVC).

La geometria de la disposició del cable afecta el refredament:

• Manteniu un espaiament ≥2× el diàmetre del cable per a carrers paral·lels.

• L'instal·lació vertical dissipa el calor un 15–20% millor que la ruta horitzontal—preferible per a línies de corrent elevada.

• El radi de doblegament mínim hauria de ser ≥6× el diàmetre del conductor per evitar la captura de calor localitzada.

Monitoritzeu l'envejecimiento del conductor de manera dinàmica: sota un ús normal, la resistència del cobre augmenta ~0,5% anualment. Després de cinc anys, reavalieu la capacitat de corrent. Instal·leu sensors de temperatura en nodes crítics i implementeu llindars d'alerta en temps real.

Les juntes de transició cobre-alumini requereixen atenció especial. La corrosió gavanica es produeix en les interfícies de metalls diferents—sempre utilitzeu connectors bimetàl·lics certificats i apliqueu graxa antioxiants. Un anàlisi d'una fallida a una subestació va mostrar que les juntes Cu-Al sense protecció en condicions húmides triplicaven la resistència de contacte en tres mesos, conduint a un fusió.

També s'ha de tenir en compte la caiguda de tensió, especialment en recorreguts llargs. Assegureu-vos que la tensió terminal roman ≥95% del valor nominal. Quan es presten ambdós requisits, la elevació de temperatura i la caiguda de tensió, seleccioneu la mida del conductor determinada pel requisit més estrict.

La resistència tèrmica de l'aïllament és molt significativa. La conductivitat tèrmica varia ampliament—per exemple, el cau de silici és el doble que el PVC, permetent una corrent un 8–12% més alta a la mateixa mida. Per a aplicacions de temperatures altes, utilitzeu aïllaments d'PEX (polietilène reticulat), qualificats per operar continuament fins a 90°C.

Finalment, els efectes electromagnètics—l'efecte de superfície i l'efecte de proximitat—reduïxen l'àrea efectiva del conductor en sistemes AC. Per a conductors individuals grans, utilitzar diversos conductors paral·lels més petits és més eficient per al control de la temperatura que un sol conductor sobredimensionat.
Ofereixem una calculadora professional—si la necessiteu, visiteu la secció Calculadora del nostre lloc web!