اندازه هادی مس در مقایسه با افزایش دما در گیره های جداکننده ۱۴۵kV

رابطه بین جریان افزایش دما در یک قطع کننده ۱۴۵ کیلوولت و سایز هادی مس در تعادل ظرفیت حمل جریان و کارایی تشعشع حرارتی است. جریان افزایش دما به معنای بیشترین جریان مداومی است که یک هادی می‌تواند بدون فراتر رفتن از حد محدودیت افزایش دما حمل کند، و سایز هادی مس این پارامتر را مستقیماً تحت تأثیر قرار می‌دهد.

درک این رابطه با خصوصیات فیزیکی مواد هادی شروع می‌شود. هدایت الکتریکی، مقاومت الکتریکی و ضریب تغییرات حرارتی مس همگی تولید حرارت تحت بار و نرخ تشعشع حرارتی را تعیین می‌کنند. سطح مقطع بزرگ‌تر مقاومت در واحد طول را کاهش می‌دهد، بنابراین در جریان یکسان کمتر حرارت تولید می‌کند. به عنوان مثال، سیم مسی ۲/۵ میلی‌متر مربع در حمل ۲۰ آمپر دما را کمتر از سیم ۱/۵ میلی‌متر مربع افزایش می‌دهد.

در زمان انتخاب سایز هادی، سه عامل کلیدی باید به صورت جامع ارزیابی شوند:

• ویژگی‌های بار، از جمله میزان نوسان جریان و مدت زمان. تجهیزات با شروع‌ها و توقف‌های مکرر یا بارهای موقت بیش از حد نیازمند در نظر گرفتن اثرات افزایش دما بر روی عایق هستند.

• دمای محیط: دمای محیط بالاتر نیاز به هادی‌های بزرگ‌تر برای جبران تنش حرارتی اضافی را دارد.

• روش نصب: لوله‌های مخفی تشعشع حرارتی ضعیفی دارند؛ سایز هادی باید حداقل ۲۰٪ بیشتر از نصب‌های باز باشد.

آستانه‌های بحرانی می‌توانند با استفاده از فرمول زیر تخمین زده شوند:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
که در آن I جریان، R مقاومت در واحد طول، t زمان، m جرم هادی و c ظرفیت گرمایی ویژه است. در عمل، جداول مرجع سریع معمولاً استفاده می‌شوند—به عنوان مثال، در دمای محیط ۴۰ درجه سانتیگراد، سیم‌های استاندارد BV دارای ظرفیت‌های جریان زیر هستند: ۱/۵ میلی‌متر مربع → ۱۶ آمپر، ۲/۵ میلی‌متر مربع → ۲۵ آمپر، ۴ میلی‌متر مربع → ۳۲ آمپر.

غلط‌فهمی‌های رایج باید پرهیز شوند. برخی فرض می‌کنند که فقط افزایش سایز هادی مشکل سرخ‌شدن را حل می‌کند—اما تماس ضعیف ترمینال‌ها، اکسیداسیون در اتصالات یا اتصالات آزاد می‌توانند نقاط گرم محلی ایجاد کنند. در یک مورد، یک اتصال مسی ۴ میلی‌متر مربع که بد ریخته شده بود در ۱۵ آمپر به ۱۲۰ درجه سانتیگراد رسید، که بسیار بیشتر از افزایش دما عمومی هادی ۶۵ درجه سانتیگراد بود.

نوعیت مس به طور قابل توجهی بر افزایش دما تأثیر می‌گذارد. مس بدون اکسیژن (۹۹/۹٪ Cu) مقاومت الکتریکی ۸–۱۲٪ کمتر از مس بازیافتی دارد، که ظرفیت جریان حدود ۱۰٪ بیشتر در همان سایز را فراهم می‌کند. توصیه می‌شود از سیم مسی مطابق با استاندارد GB/T 395 برای کاربردهای الکتریکی استفاده شود.

استراتژی‌های کاربرد عملی می‌توانند به سه سطح تقسیم شوند:

• سطح ۱ (تطابق پایه): سایز هادی را بر اساس ۱/۲ برابر جریان اسمی انتخاب کنید.

• سطح ۲ (تعویض پویا): برای عامل توانی—بارهای القایی نیاز به هادی‌های ۵–۸٪ بزرگ‌تر دارند.

• سطح ۳ (طراحی مازاد): برای مدارهای بحرانی ۲۰٪ مارجین جریان را برای افزایش‌های غیرمنتظره ذخیره کنید.

تشعشع حرارتی می‌تواند از طریق بهبود‌های ساختاری و ماده‌ای افزایش یابد:

• هادی‌های ریزه‌ای که بیش از ۳۰٪ سطح بیشتر از سیم‌های هسته‌ای جامد دارند.

• پوشش تنگستنی مقاومت تماس را ۱۵–۲۰٪ کاهش می‌دهد.

• در تجهیزات قطع کننده مخفی، جایگزینی سیم‌های چندتایی با باربرهای مسی تشعشع حرارتی را ۴۰٪ افزایش می‌دهد در حالی که نقاط اتصال را کاهش می‌دهد.

فاصله‌های نگهداری بر روی پایداری بلندمدت تأثیر می‌گذارند. هر ۵۰۰ ساعت کاری گیرگی اتصالات را بررسی کنید، از تصویربرداری حرارتی برای نظارت بر توزیع دما استفاده کنید و ترمینال‌های اکسیده را به سرعت جایگزین کنید. در محیط‌های مرطوب، پوشش‌های ضد腐烂的部分似乎被截断了，但根据要求，我将继续完成翻译。以下是剩余部分的翻译：

在潮湿环境中，应用防腐涂层以防止增加电阻的电化学降解。

特殊场景需要量身定制的方法：

• 高频设备（>1 kHz）：趋肤效应变得显著；使用多根细平行线而不是单根粗导体。

• 不平衡三相系统：根据最大相电流选择导体尺寸；中性导体不应小于相导体。

实验验证是必不可少的。建立一个测试装置并在1.5倍额定电流下运行2小时，在关键点记录温升曲线。验收标准：环境温度 + 导体温升 ≤ 绝缘热等级（例如，PVC ≤70°C）。

电缆布局几何形状影响冷却：

• 并行敷设时保持间距 ≥ 2倍电缆直径。

• 垂直安装比水平布线散热效果好15-20%—适用于高电流线路。

• 最小弯曲半径应 ≥ 6倍导体直径，以避免局部热量积聚。

动态监测导体老化：正常使用下，铜的电阻每年增加约0.5%。五年后重新评估载流量。在关键节点安装温度传感器并实施实时警告阈值。

در محیط‌های مرطوب، پوشش‌های ضد فرسایشی را برای جلوگیری از تجزیه الکتروشیمیایی که مقاومت را افزایش می‌دهد، استفاده کنید.

سناریوهای خاص نیاز به رویکردهای مخصوص دارند:

• تجهیزات با فرکانس بالا (بیش از ۱ کیلوهرتز): اثر پوستی مهم می‌شود؛ از چندین سیم موازی ریز به جای یک هادی ضخیم استفاده کنید.

• سیستم‌های سه‌فاز نامتوازن: سایز هادی را بر اساس بزرگ‌ترین جریان فازی انتخاب کنید؛ هادی‌های میانی نباید کوچک‌تر از هادی‌های فازی باشند.

اعتبارسنجی آزمایشی ضروری است. یک دستگاه آزمایشی بسازید و در ۱/۵ برابر جریان اسمی برای ۲ ساعت اجرا کنید، منحنی‌های افزایش دما را در نقاط بحرانی ثبت کنید. معیارهای پذیرش: دمای محیط + افزایش دما هادی ≤ رتبه حرارتی عایق (به عنوان مثال، ≤۷۰ درجه سانتیگراد برای PVC).

هندسه چیدمان سیم موجب تأثیر بر خنک‌سازی می‌شود:

• در خطوط موازی فاصله ≥ ۲ برابر قطر سیم را حفظ کنید.

• نصب عمودی ۱۵–۲۰٪ بهتر از نصب افقی خنک‌سازی می‌کند—برای خطوط با جریان بالا ترجیح داده می‌شود.

• حداقل شعاع خمیدگی باید ≥ ۶ برابر قطر هادی باشد تا از تجمع حرارتی محلی جلوگیری شود.

سنگینی را به صورت پویا نظارت کنید: در استفاده معمولی، مقاومت مس سالانه حدود ۰/۵٪ افزایش می‌یابد. پس از پنج سال، ظرفیت جریان را دوباره ارزیابی کنید. در گره‌های بحرانی سنسورهای دما نصب کنید و آستانه‌های هشدار زننده را در زمان واقعی پیاده‌سازی کنید.

اتصالات انتقالی مس-آلومینیوم نیاز به توجه ویژه دارند. فرسایش الکترولیتی در نقاط تماس فلزات متفاوت رخ می‌دهد—همیشه از اتصالات دو فلزی معتبر استفاده کرده و گریس آنتی‌اکسیدانی اعمال کنید. تحلیل شکست یک زیراستانسیون نشان داد که اتصالات Cu-Al بدون محافظت در شرایط مرطوب، مقاومت تماس را در سه ماه سه برابر کرد که منجر به ذوب شدن شد.

همچنین باید شکاف ولتاژ را در نظر گرفت، به خصوص در خطوط طولانی. اطمینان حاصل کنید که ولتاژ پایانه حداقل ۹۵٪ از مقدار اسمی باشد. هنگامی که محدودیت‌های افزایش دما و شکاف ولتاژ وجود دارد، اندازه هادی را بر اساس الزامات سخت‌گیرانه‌تر انتخاب کنید.

مقاومت حرارتی عایق نیز بسیار مهم است. هدایت حرارتی به طور قابل توجهی متفاوت است—به عنوان مثال، لاستیک سیلیکون دو برابر هدایت حرارتی PVC را دارد و امکان عبور جریان ۸-۱۲٪ بیشتر در اندازه مشابه را فراهم می‌کند. برای کاربردهای دمای بالا، از عایق XLPE (پلی‌اتیلن متقاطع) استفاده کنید که برای عملکرد مداوم تا ۹۰°C صادر شده است.

در نهایت، اثرات الکترومغناطیسی—اثر پوست و اثر نزدیکی—مساحت موثر هادی را در سیستم‌های AC کاهش می‌دهند. برای هادی‌های تک‌هسته‌ای بزرگ، استفاده از چند هادی موازی کوچک‌تر برای کنترل دما مؤثرتر از یک هادی بزرگ است.
ما یک ماشین حساب حرفه‌ای ارائه می‌دهیم—اگر به آن نیاز دارید لطفاً به بخش محاسبه‌گر در وب‌سایت ما مراجعه کنید!