Velikost měděného vodiče ve srovnání s teplotním nárůstem v 145kV odpojovacích zařízeních

Vztah mezi proudem způsobujícím nárůst teploty u odpojovače 145 kV a velikostí měděného vodiče spočívá v rovnováze mezi vodivostí proudu a účinností odvodu tepla. Proud způsobující nárůst teploty označuje maximální trvalý proud, který může vodič vést, aniž by překročil stanovený limit nárůstu teploty, přičemž velikost měděného vodiče tento parametr přímo ovlivňuje.

Porozumění tomuto vztahu začíná fyzikálními vlastnostmi materiálu vodiče. Vodivost mědi, její rezistivita a koeficient tepelné roztažnosti určují jak tvorbu tepla za zatížení, tak rychlost odvodu tepla. Větší průřezové plochy snižují odpor na jednotku délky, čímž generují méně tepla při stejném proudu. Například měděný kabel s průřezem 2,5 mm² vykazuje nižší nárůst teploty než kabel s průřezem 1,5 mm² při proudu 20 A.

Při výběru velikosti vodiče je třeba komplexně vyhodnotit tři klíčové faktory:

• Charakteristiky zátěže, včetně velikosti a doby trvání kolísání proudu. Zařízení s častým startem/zastavením nebo krátkodobými přetíženími vyžadují zohlednění vlivu přechodného nárůstu teploty na izolaci.

• Okolní teplota: Vyšší okolní teploty vyžadují větší vodiče kvůli kompenzaci dodatečného tepelného namáhání.

• Způsob instalace: Uzavřené potrubí nabízí špatný odvod tepla; velikost vodiče by měla být zvýšena alespoň o 20 % ve srovnání s otevřenou instalací.

Kritické hodnoty lze odhadnout pomocí vzorce:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
kde I je proud, R je odpor na jednotku délky, t je čas, m je hmotnost vodiče a c je měrná tepelná kapacita. V praxi se běžně používají tabulky pro rychlý přehled – například při okolní teplotě 40 °C mají standardní kabely BV tyto proudové zatížitelnosti: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Je nutno se vyvarovat běžných omylů. Někteří předpokládají, že prosté zvětšení průřezu vodiče řeší přehřívání – ale špatný kontakt na svorkách, oxidace v místech spojů nebo volné připojení mohou způsobit lokální horká místa. V jednom případě dosáhlo špatně stlačené připojení měděného vodiče 4 mm² teploty 120 °C již při proudu 15 A, což daleko převyšuje celkový nárůst teploty vodiče o 65 °C.

Čistota mědi významně ovlivňuje nárůst teploty. Bezkyselová měď (99,9 % Cu) má o 8–12 % nižší rezistivitu než recyklovaná měď, což umožňuje přibližně o 10 % vyšší proudovou kapacitu při stejném průřezu. Doporučuje se používat měděné vodiče vyhovující normě GB/T 395 pro elektrické aplikace.

Strategie praktického použití lze rozdělit do tří úrovní:

• Úroveň 1 (základní shoda): Vyberte velikost vodiče na základě 1,2× jmenovitého proudu.

• Úroveň 2 (dynamická kompenzace): Upravte podle účiníku – induktivní zátěže vyžadují o 5–8 % větší vodiče.

• Úroveň 3 (návrh s rezervou): Rezervujte 20% proudovou rezervu na kritických obvodech pro neočekávané špičky.

Odvedení tepla lze vylepšit konstrukčními a materiálovými opatřeními:

• Lankové vodiče nabízejí >30 % větší povrchovou plochu než plnobloké vodiče.

• Cínování snižuje přechodový odpor o 15–20 %.

• U uzavřených rozváděčů výměna svazků kabelů za měděné sběrnice zlepší odvod tepla o 40 % a současně sníží počet připojovacích bodů.

Interval údržby ovlivňuje dlouhodobou stabilitu. Každých 500 provozních hodin zkontrolujte utažení spojů, použijte termografii ke sledování rozložení teploty a včas nahraďte oxidované svorky. Ve vlhkém prostředí použijte protikorozní nátěry, abyste zabránili elektrochemické degradaci, která zvyšuje odpor.

Speciální situace vyžadují přizpůsobené přístupy:

• Vysokofrekvenční zařízení (>1 kHz): Skinefekt je významný; použijte více paralelních tenkých lan namísto jednoho silného vodiče.

• Nesymetrické třífázové systémy: Velikost vodičů navrhněte podle nejvyššího fázového proudu; nulový vodič by neměl být menší než fázové vodiče.

Experimentální ověření je nezbytné. Sestavte testovací zařízení a provozujte ho po dobu 2 hodiny při 1,5× jmenovitém proudu, přičemž zaznamenejte křivky nárůstu teploty v klíčových bodech. Přijímací kritéria: Okolní teplota + nárůst teploty vodiče ≤ tepelná odolnost izolace (např. ≤70 °C pro PVC).

Geometrie uspořádání kabelů ovlivňuje chlazení:

• Dodržujte vzdálenost ≥2× průměr kabelu u paralelních tras.

• Svislá instalace odvádí teplo o 15–20 % lépe než horizontální uspořádání – preferujte pro vodiče s vysokým proudem.

• Minimální poloměr ohybu by měl být ≥6× průměr vodiče, aby nedošlo k lokálnímu zachycení tepla.

Dynamicky sledujte stárnutí vodičů: za normálního provozu se odpor mědi zvyšuje přibližně o 0,5 % ročně. Po pěti letech znovu vyhodnoťte proudovou zatížitelnost. Na klíčových místech nainstalujte senzory teploty a implementujte prahové hodnoty pro reálné varování.

Přechodové spoje měď-hliník vyžadují zvláštní pozornost. Elektrochemická koroze se vyskytuje na rozhraních různých kovů – vždy používejte certifikované dvoukovové spoje a aplikujte protikorozní mast. Jedna analýza selhání podstanice ukázala, že nechráněné Cu-Al spoje za vlhkých podmínek ztrojnásobily kontaktový odpor během tří měsíců, což vedlo k tavení.

Je také nutné zohlednit pokles napětí, zejména při dlouhých vedeních. Ujistěte se, že koncové napětí zůstává ≥95 % nominální hodnoty. Pokud se uplatňují obojí omezení – teplotní stoupání a pokles napětí – zvolte průřez vodiče podle přísnějšího požadavku.

Tepelný odpor izolace je velmi důležitý. Tepelná vodivost se liší – například tepelná vodivost silikonové gumy je dvojnásobná oproti PVC, což umožňuje 8–12 % vyšší proud u stejného průřezu. Pro vysokoteplotní aplikace použijte izolaci z křížově propojené polyethylenu (XLPE), která je navržena pro nepřetržité provozování až do 90°C.

Nakonec, elektromagnetické efekty – kůžový a blízkostní efekt – snižují efektivní plochu vodiče v AC systémech. Pro velké jednovláknové vodiče je použití několika menších paralelních vodičů efektivnější pro kontrolu teploty než jeden příliš velký vodič.
Nabízíme profesionální kalkulačku – pokud ji potřebujete, navštivte sekci Kalkulačka na našem webu!