Μέγεθος ηλεκτροδόχου χαλκού σε σχέση με την αύξηση της θερμοκρασίας σε αποσυνδέστες 145kV
Η σχέση μεταξύ του ρεύματος αύξησης θερμοκρασίας ενός διαχωριστικού 145 kV και του μεγέθους του καταναλωτή από χαλκό βρίσκεται στην ισορροπία της δυνατότητας φόρτωσης ρεύματος και της αποτελεσματικότητας αποδόσεως θερμότητας. Το ρεύμα αύξησης θερμοκρασίας αναφέρεται στο μέγιστο συνεχές ρεύμα που μπορεί να μεταφέρει ένας καταναλωτής χωρίς να υπερβεί τον προδιαγραφόμενο οριακό όριο αύξησης θερμοκρασίας, και το μέγεθος του καταναλωτή από χαλκό επηρεάζει άμεσα αυτό το παράμετρο.
Η κατανόηση αυτής της σχέσης ξεκινά από τις φυσικές ιδιότητες του υλικού του καταναλωτή. Η συγκεκριμένη γεωμετρία, η αντίσταση και η συντελεστής θερμικής διεύρυνσης του χαλκού καθορίζουν τόσο την παραγωγή θερμότητας υπό φόρτο όσο και την ταχύτητα αποδόσεως θερμότητας. Μεγαλύτερες διατομές μειώνουν την αντίσταση ανά μονάδα μήκους, επομένως παράγονται λιγότερη θερμότητα στο ίδιο ρεύμα. Για παράδειγμα, ένας καταναλωτής 2.5 mm² χαλκού παρουσιάζει μικρότερη αύξηση θερμοκρασίας από έναν 1.5 mm² όταν μεταφέρει 20 A.
Κατά την επιλογή του μεγέθους του καταναλωτή, πρέπει να αξιολογηθούν συνολικά τρεις βασικοί παράγοντες:
Χαρακτηριστικά φόρτου, συμπεριλαμβανομένης της μεγέθους και διάρκειας της διακύμανσης του ρεύματος. Σεξοδικό εξοπλισμό με συχνές εκκινήσεις/τερματισμούς ή σύντομες υπερφορές χρειάζεται να ληφθεί υπόψη η επίδραση της προσωρινής αύξησης θερμοκρασίας στην απομόνωση.
Θερμοκρασία περιβάλλοντος: Υψηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος απαιτούν μεγαλύτερους καταναλωτές για την αντιστάθμιση της επιπλέον θερμικής έντασης.
Μέθοδος εγκατάστασης: Κλειστά αγωγάκια παρέχουν κακή απόδοση αποδόσεως θερμότητας· το μέγεθος του καταναλωτή πρέπει να αυξηθεί κατά τουλάχιστον 20% σε σχέση με ανοιχτές εγκαταστάσεις.
Κρίσιμοι ορίοι μπορούν να εκτιμηθούν χρησιμοποιώντας τον τύπο:
ΔΤ = (Ι² · R · t) / (m · c)
όπου Ι είναι το ρεύμα, R είναι η αντίσταση ανά μονάδα μήκους, t είναι ο χρόνος, m είναι το βάρος του καταναλωτή, και c είναι η ιδιαίτερη θερμική ικανότητα. Στην πράξη, συνήθως χρησιμοποιούνται ταχείες πίνακες αναφοράς—για παράδειγμα, σε 40°C θερμοκρασία περιβάλλοντος, οι τυπικοί καλωδιακοί καταναλωτές BV έχουν τις ακόλουθες δυνατότητες: 1.5 mm² → 16 A, 2.5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.
Πρέπει να αποφεύγονται κοινές παρανοήσεις. Μερικοί υποθέτουν ότι η απλή αύξηση του μεγέθους του καταναλωτή λύνει το πρόβλημα της υπερθέρμανσης—αλλά κακές επαφές στα τερματικά, οξείδωση στις συνδέσεις ή χαλαρές συνδέσεις μπορούν να προκαλέσουν τοπικά θερμοκριτικά σημεία. Σε ένα παράδειγμα, μια κακά συμπιεσμένη σύνδεση 4 mm² χαλκού έφτασε στα 120°C με μόλις 15 A, πολύ πάνω από την αύξηση θερμοκρασίας του καταναλωτή, η οποία ήταν 65°C.
Η καθαρότητα του χαλκού επηρεάζει σημαντικά την αύξηση θερμοκρασίας. Ο χαλκός χωρίς οξυγόνο (99.9% Cu) έχει 8–12% μικρότερη αντίσταση από τον ανακυκλωμένο χαλκό, επιτρέποντας ~10% μεγαλύτερη δυνατότητα φόρτωσης ρεύματος στο ίδιο μέγεθος. Συνιστάται η χρήση καλωδίων χαλκού που συμμορφώνονται με τις προδιαγραφές GB/T 395 για ηλεκτρικές εφαρμογές.
Οι πρακτικές στρατηγικές εφαρμογής μπορούν να δομηθούν σε τρία επίπεδα:
Επίπεδο 1 (Βασική Αναλογία): Επιλέξτε το μέγεθος του καταναλωτή με βάση το 1.2× την κατανεμημένη ροή ρεύματος.
Επίπεδο 2 (Δυναμική Αντιστάθμιση): Προσαρμόστε για τον συντελεστή ρυθμού—οι επαγωγικοί φορτίοι απαιτούν 5–8% μεγαλύτερους καταναλωτές.
Επίπεδο 3 (Σχεδιασμός Επιπλέον): Αποθηκεύστε 20% επιπλέον ρεύμα σε κρίσιμες γραμμές για αναμενόμενες απότομες αυξήσεις.
Η απόδοση θερμότητας μπορεί να βελτιστοποιηθεί μέσω δομικών και υλικών βελτιώσεων:
Οι καταναλωτές με σωλήνα παρέχουν >30% μεγαλύτερη επιφάνεια από τους καταναλωτές με στερεό πυρήνα.
Η κατάλευκη πλακωμένη επιφάνεια μειώνει την αντίσταση επαφής κατά 15–20%.
Σε κλειστά διαχωριστικά, η αντικατάσταση των συνδεδεμένων καλωδίων με συνδεδεμένες συνδέσεις από χαλκό βελτιώνει την απόδοση θερμότητας κατά 40% ενώ μειώνει τα σημεία σύνδεσης.
Οι διαστάσεις διατήρησης επηρεάζουν τη μακροχρόνια σταθερότητα. Έλεγχος της συμπίεσης των συνδέσεων κάθε 500 ωρών λειτουργίας, χρήση θερμογραφικής εικόνας για την παρακολούθηση της κατανομής της θερμοκρασίας, και αντικατάσταση των οξειδωμένων τερματικών σε αμέση βάση. Σε υγρασμένα περιβάλλοντα, εφαρμόστε αντικατάστασης για να προληφθεί η ηλεκτροχημική κατάρρευση που αυξάνει την αντίσταση.
Ειδικές περιπτώσεις απαιτούν προσαρμοσμένες προσεγγίσεις:
Εξοπλισμός υψηλής συχνότητας (>1 kHz): Το φαινόμενο της επιδέρμιας γίνεται σημαντικό· χρησιμοποιήστε παράλληλα λεπτά νήματα αντί για ένα μεγάλο καταναλωτή.
Ανεξισορροπημένα τριφασικά συστήματα: Επιλέξτε τους καταναλωτές με βάση την υψηλότερη ροή ρεύματος φάσης· οι καταναλωτές της ουδέτερης φάσης δεν πρέπει να είναι μικρότεροι από τους καταναλωτές της φάσης.
Η πειραματική επιβεβαίωση είναι απαραίτητη. Δημιουργήστε έναν πειραματικό στάσιμο και τρέξτε τον 1.5× την κατανεμημένη ροή ρεύματος για 2 ώρες, καταγράφοντας τις καμπύλες αύξησης θερμοκρασίας σε κρίσιμα σημεία. Κριτήρια αποδοχής: Θερμοκρασία περιβάλλοντος + Αύξηση θερμοκρασίας του καταναλωτή ≤ Θερμική βαθμίδα απομόνωσης (π.χ., ≤70°C για PVC).
Η γεωμετρία της διάταξης των καλωδίων επηρεάζει την ψύξη:
Διατήρηση απόστασης ≥2× διάμετρος καλωδίου για παράλληλες διαδρομές.
Η κατακόρυφη εγκατάσταση διασπείρει θερμότητα 15–20% καλύτερα από την οριζόντια διαδρομή—προτιμάται για γραμμές υψηλού ρεύματος.
Η ελάχιστη ακτίνα καμπύλης πρέπει να είναι ≥6× διάμετρος καταναλωτή για να αποφευχθεί η τοπική παγίδα θερμότητας.
Μονίτορινγκ της γήρανσης του καταναλωτή δυναμικά: υπό φυσική χρήση, η αντίσταση του χαλκού αυξάνεται ~0.5% ετησίως. Μετά από πέντε χρόνια, αξιολογήστε ξανά τη δυνατότητα φόρτωσης. Εγκαταστήστε αισθητήρες θερμοκρασίας σε κρίσιμα σημεία και εφαρμόστε πραγματικού χρόνου κατώτατα όρια προειδοποίησης.
Οι συνδέσεις μετάβασης χαλκού-αλουμινίου απαιτούν ειδική προσοχή. Η γαλανική διάβρωση συμβαίνει στα σύνορα μεταξύ διαφορετικών μετάλλων—πάντα χρησιμοποιείστε πιστοποιημένες διμεταλλικές συνδέσεις και εφαρμόζετε βρωμικό λιπαντικό. Μια ανάλυση αποτυχίας υποσταθμίου έδειξε ότι οι άνυποψης Cu-Al συνδέσεις σε υγρασιούχες συνθήκες τριπλασίωσαν την αντίσταση επαφής εντός τριών μηνών, οδηγώντας σε λιώση.
Πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η μείωση της τάσης, ειδικά σε μεγάλες αποστάσεις. Να εξασφαλίζεται ότι η τάση στο τερματικό παραμένει ≥95% της νομικής τιμής. Όταν ισχύουν και οι περιορισμοί της αύξησης της θερμοκρασίας και της μείωσης της τάσης, επιλέξτε το μέγεθος του διαγωνίου που δικτύει ο αυστηρότερος περιορισμός.
Η θερμική αντίσταση της απομόνωσης έχει σημαντική σημασία. Η θερμική αγωγικότητα διαφέρει ευρέως—π.χ., η σιλικόνη είναι διπλάσια σε σύγκριση με το PVC, επιτρέποντας 8–12% υψηλότερη ροή ρεύματος στο ίδιο μέγεθος. Για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, χρησιμοποιήστε απομόνωση XLPE (cross-linked polyethylene), που είναι κατάλληλη για συνεχή λειτουργία έως 90°C.
Τέλος, οι ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις—το φαινόμενο δέρματος και το φαινόμενο πλησιοχωρίας—μειώνουν την αποδοτική επιφάνεια του διαγωνίου σε συστήματα AC. Για μεγάλα μονοπυκνό διαγωνία, η χρήση πολλαπλών μικρότερων παράλληλων διαγωνίων είναι πιο αποτελεσματική για τον έλεγχο της θερμοκρασίας από ένα μοναδικό υπερβολικά μεγάλο.
Προσφέρουμε ένα επαγγελματικό υπολογιστή—παρακαλούμε επισκεφθείτε την ενότητα Calculator στον ιστότοπό μας αν το χρειάζεστε!
