اندازه هادی مس در برابر افزایش دما در دیسکانکتورهای ۱۴۵ کیلوولت

رابطه بین جریان افزایش دما در یک جداکننده ۱۴۵ کیلوولت و اندازه هادی مس در تعادل ظرفیت حمل جریان و کارایی تبدیل حرارتی است. جریان افزایش دما به معنای بیشترین جریان مداوم که یک هادی می‌تواند بدون فراتر رفتن از حد مجاز افزایش دما حمل کند، و اندازه هادی مس مستقیماً این پارامتر را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

درک این رابطه با ویژگی‌های فیزیکی مواد هادی شروع می‌شود. هدایت الکتریکی، مقاومت و ضریب توسید حرارتی مس هر دو تولید حرارت زیر بار و نرخ تبدیل حرارتی را تعیین می‌کنند. سطوح مقطع بزرگتر مقاومت بر واحد طول را کاهش می‌دهند، بنابراین در همان جریان کمتر حرارت تولید می‌کنند. به عنوان مثال، سیم مسی ۲.۵ میلی‌متر مربع در حمل ۲۰ آمپر، افزایش دمای کمتری نسبت به سیم ۱.۵ میلی‌متر مربع دارد.

هنگام انتخاب اندازه هادی، سه عامل کلیدی باید به صورت جامع ارزیابی شوند:

• ویژگی‌های بار، از جمله میزان نوسان جریان و مدت زمان. تجهیزات با شروع/توقف مکرر یا بارهای موقتی بیش از حد نیازمند در نظر گرفتن اثرات افزایش دمای موقت بر روی عایق هستند.

• دمای محیط: دماهای محیطی بالاتر نیازمند هادی‌های بزرگتر برای خنثی کردن تنش حرارتی اضافی هستند.

• روش نصب: لوله‌های محدود شده حرارت تبدیل ضعیفی دارند؛ اندازه هادی باید حداقل ۲۰٪ نسبت به نصب‌های باز افزایش یابد.

آستانه‌های بحرانی می‌توانند با استفاده از فرمول زیر تخمین زده شوند:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
که در آن I جریان، R مقاومت بر واحد طول، t زمان، m جرم هادی و c ظرفیت گرمایی مخصوص است. در عمل، جداول مرجع سریع معمولاً استفاده می‌شوند—به عنوان مثال، در دمای محیطی ۴۰ درجه سانتیگراد، سیم‌های استاندارد BV ظرفیت جریان‌های زیر را دارند: ۱.۵ میلی‌متر مربع → ۱۶ آمپر، ۲.۵ میلی‌متر مربع → ۲۵ آمپر، ۴ میلی‌متر مربع → ۳۲ آمپر.

غلط‌فهمی‌های رایج باید اجتناب شوند. برخی فرض می‌کنند که تنها افزایش اندازه هادی مشکل سوزاندن را حل می‌کند—اما تماس ضعیف ترمینال، اکسیداسیون در اتصالات یا اتصالات آزاد می‌توانند نقاط داغ محلی ایجاد کنند. در یک مورد، یک اتصال ۴ میلی‌متر مربع مسی که ضربه‌ای ضعیف داشته است، در فقط ۱۵ آمپر به ۱۲۰ درجه سانتیگراد رسید، که بسیار بیشتر از افزایش دمای کل هادی که ۶۵ درجه سانتیگراد بود، بود.

نقض مس به طور قابل توجهی بر افزایش دما تأثیر می‌گذارد. مس بدون اکسیژن (۹۹.۹٪ Cu) مقاومت ۸–۱۲٪ کمتری نسبت به مس بازیافتی دارد، که ظرفیت جریان حدود ۱۰٪ بالاتر را در همان اندازه امکان‌پذیر 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): اندازه هادی را بر اساس ۱.۲× جریان مجاز انتخاب کنید.

• سطح ۲ (تعویض پویا): برای عامل قدرت تعدیل کنید—بارهای القایی نیازمند هادی‌های ۵–۸٪ بزرگتر هستند.

• سطح ۳ (طراحی اضافه): ۲۰٪ حاشیه جریان را برای مدارهای مهم در مقابل افزایش‌های غیرمنتظره ذخیره کنید.

تبخیر حرارتی می‌تواند از طریق بهبود ساختاری و مصالح افزایش یابد:

• هادی‌های سیمه‌ای سطح ۳۰٪ بیشتری نسبت به سیم‌های هسته‌ای جامد دارند.

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

• در تجهیزات محدود شده، جایگزینی سیم‌های گره‌ای با میله‌های مسی تبخیر حرارتی را ۴۰٪ افزایش می‌دهد و نقاط اتصال را کاهش می‌دهد.

فاصله‌های نگهداری بر 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 فرسایش را برای جلوگیری از تخریب الکتروشیمیایی که مقاومت را افزایش می‌دهد، اعمال کنید.

سناریوهای خاص نیازمند رویکردهای مناسب هستند:

• تجهیزات با فرکانس بالا (˃۱ kHz): اثر پوستی قابل توجه می‌شود؛ از چند سیمه موازی ریز به جای یک هادی ضخیم استفاده کنید.

• سیستم‌های سه‌فاز نامتقارن: اندازه هادی‌ها را بر اساس بیشترین جریان فازی انتخاب کنید؛ هادی‌های میانی نباید کوچک‌تر از هادی‌های فازی باشند.

اعتبارسنجی تجربی ضروری است. یک دستگاه آزمایشی ساخته و آن را با ۱.۵× جریان مجاز برای ۲ ساعت اجرا کنید و منحنی‌های افزایش دما در نقاط بحرانی را ثبت کنید. معیارهای قبولی: دمای محیط + افزایش دمای هادی ≤ حد حرارتی عایق (به عنوان مثال، ≤۷۰ درجه سانتیگراد برای PVC).

هندسه چیدمان سیم‌ها بر خنک‌سازی تأثیر می‌گذارد:

• فاصله ≥۲× قطر سیم برای خطوط موازی حفظ کنید.

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

• شعاع کمترین خمیدگی باید ≥۶× قطر هادی باشد تا از گیر افتادن حرارت محلی جلوگیری شود.

پیری هادی را به صورت پویا نظارت کنید: در استفاده معمولی، مقاومت مس حدود ۰.۵٪ سالانه افزایش می‌یابد. پس از پنج سال، ظرفیت جریان را مجدداً ارزیابی کنید. سنسورهای دما را در گره‌های بحرانی نصب کنید و آستانه‌های هشدار زننده زنده را اجرا کنید.

اتصالات انتقالی مس-آلومینیوم نیاز به توجه خاص دارند. فرسایش گالوانیک در نقاط تماس فلزهای متفاوت رخ می‌دهد—همیشه از کنکتورهای دو فلزی معتبر استفاده کرده و چربی ضد اکسید کاربرد دهید. تحلیل شکست یک زیرстанیون نشان داد که در شرایط مرطوب، اتصالات Cu-Al بدون محافظت در سه ماه مقاومت تماس آنها سه برابر شد، منجر به ذوب شدن.

همچنین باید افت ولتاژ را در نظر گرفت، به ویژه در خطوط طولانی. مطمئن شوید که ولتاژ پایانه حداقل ۹۵٪ ارزش اسمی باقی بماند. هنگامی که هم محدودیت افزایش دما و هم افت ولتاژ وجود دارد، اندازه هادی را بر اساس الزامات سخت‌گیرانه‌تر انتخاب کنید.

مقاومت حرارتی عایق نیز بسیار مهم است. هدایت حرارتی در موارد مختلف متفاوت است—به عنوان مثال، لاستیک سیلیکون دو برابر PVC است، که اجازه می‌دهد جریان ۸-۱۲٪ بیشتر در اندازه یکسان. برای کاربردهای با دمای بالا، از عایق XLPE (پلی‌اتیلن پیوندی) استفاده کنید که برای عملکرد مداوم تا ۹۰°C مجاز است.

در نهایت، اثرات الکترومغناطیسی—اثر پوسته 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 از یک هادی بسیار بزرگ مؤثرتر است.
ما یک ماشین حساب حرفه‌ای ارائه می‌دهیم—لطفاً اگر نیاز دارید به بخش ماشین حساب در وب‌سایت ما مراجعه کنید!