Tamaño do condutor de cobre vs aumento de temperatura en desconnectores de 145kV

A relación entre a corrente de aumento de temperatura dun desconector de 145 kV e o tamaño do condutor de cobre reside no equilibrio entre a capacidade de condución de corrente e a eficiencia na disipación de calor. A corrente de aumento de temperatura refírese á corrente máxima continua que pode soportar un condutor sen superar o seu límite especificado de aumento de temperatura, e o tamaño do condutor de cobre inflúe directamente neste parámetro.

Comprender esta relación comeza coas propiedades físicas do material do condutor. A conductividade, a resistividade e o coeficiente de expansión térmica do cobre determinan tanto a xeración de calor baixo carga como a taxa de disipación de calor. Áreas maiores da sección transversal reducen a resistencia por unidade de lonxitude, xerando así menos calor á mesma corrente. Por exemplo, un cable de cobre de 2,5 mm² presenta un aumento de temperatura inferior ao dun cable de 1,5 mm² cando transporta 20 A.

Ao escoller o tamaño do condutor, deben avaliarse tres factores clave de forma holística:

• Características da carga, incluíndo magnitude e duración das fluctuacións de corrente. Os equipos con arrinques/paradas frecuentes ou sobrecargas a curto prazo requiren considerar os efectos do aumento de temperatura transitorio sobre o illamento.

• Temperatura ambiente: temperaturas ambientais máis altas requiren condutores máis grandes para compensar a tensión térmica adicional.

• Método de instalación: os condutos pechados ofrecen unha mala disipación de calor; o tamaño do condutor debe aumentarse polo menos un 20% en comparación coas instalacións abertas.

Poden estimarse limiares críticos usando a fórmula:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
onde I é a corrente, R é a resistencia por unidade de lonxitude, t é o tempo, m é a masa do condutor e c é a capacidade calorífica específica. Na práctica, úsanse comúnmente táboas de consulta rápida—por exemplo, a unha temperatura ambiente de 40 °C, os cables estándar BV teñen as seguintes capacidades en amperes: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Deben evitarse erros comúns. Algúns asumen que simplemente aumentar o tamaño do condutor resolve o sobrecalentamento—pero contactos terminais deficientes, oxidación nas conexións ou conexións floxas poden causar puntos quentes localizados. Nun caso, unha conexión de cobre de 4 mm² mal prensada alcanzou os 120 °C con só 15 A, superando amplamente o aumento de temperatura global do condutor de 65 °C.

A pureza do cobre afecta significativamente ao aumento de temperatura. O cobre sen oxicación (99,9% Cu) ten unha resistividade 8–12% menor que o cobre reciclado, permitindo unha capacidade de corrente ~10% maior co mesmo tamaño. Recoméndase empregar cable de cobre conforme coa norma GB/T 395 para aplicacións eléctricas.

As estratexias prácticas de aplicación poden estructurarse en tres niveis:

• Nivel 1 (Emparellamento básico): Escoller o tamaño do condutor baseándose no 1,2× da corrente nominal.

• Nivel 2 (Compensación dinámica): Axustar segundo o factor de potencia—cargas indutivas requiren condutores un 5–8% máis grandes.

• Nivel 3 (Deseño de redundancia): Reservar un marxe de corrente do 20% nos circuitos críticos para sobretensións inesperadas.

Pode mellorarse a disipación de calor mediante melloras estruturais e materiais:

• Os condutores trenzados ofrecen unha superficie >30% maior que os cables de núcleo sólido.

• O enchapado en estaño reduce a resistencia de contacto nun 15–20%.

• Nos armarios pechados, substituír os cables agrupados por barras de cobre mellora a disipación de calor nun 40% mentres reduce os puntos de conexión.

Os intervalos de mantemento afectan á estabilidade a longo prazo. Inspeccionar a apertura das conexións cada 500 horas de funcionamento, usar imaxe térmica para monitorizar a distribución de temperatura e substituír inmediatamente os terminais oxidados. En ambientes húmidos, aplicar revestimentos anticorrosivos para previr a degradación electroquímica que incrementa a resistencia.

Escenarios especiais requiren enfoques personalizados:

• Equipos de alta frecuencia (>1 kHz): o efecto pel é considerable; usar múltiples filamentos finos en paralelo en vez dun único condutor grosor.

• Sistemas trifásicos desequilibrados: dimensionar os condutores segundo a corrente da fase máis alta; os condutores neutros non deben ser máis pequenos que os condutores de fase.

A validación experimental é esencial. Construír un banco de probas e operar a 1,5× a corrente nominal durante 2 horas, rexistrando as curvas de aumento de temperatura en puntos críticos. Criterios de aceptación: Temperatura ambiente + Aumento de temperatura do condutor ≤ Clasificación térmica do illamento (p. ex., ≤70 °C para PVC).

A xeometría do trazado do cable afecta ao arrefriamento:

• Manter un espazado ≥2× o diámetro do cable para traxectos paralelos.

• A instalación vertical disipa o calor un 15–20% mellor que o encamiñamento horizontal—preferible para liñas de alta corrente.

• O radio mínimo de curvatura debe ser ≥6× o diámetro do condutor para evitar acumulacións localizadas de calor.

Monitorizar dinamicamente o envellecemento do condutor: baixo uso normal, a resistencia do cobre aumenta ~0,5% anualmente. Despois de cinco anos, reavaliar a ampacidade. Instalar sensores de temperatura en nodos críticos e implementar limiares de aviso en tempo real.

As xuntas de transición cobre-aluminio requiren atención especial. A corrosión gálica ocorre nas interfaces de metais diferentes—debe usar sempre conectores bimetalicos certificados e aplicar graxa antioxidante. Unha análise de fallo dunha subestación mostrou que as xuntas Cu-Al non protexidas en condicións húmidos triplicaron a resistencia de contacto no prazo de tres meses, levando a un derretimento.

Tamén debe terse en conta a caída de tensión, especialmente en recorridos de longa distancia. Aségurese de que a tensión terminal permanezca ≥95% do valor nominal. Cando se apliquen restricións tanto de aumento de temperatura como de caída de tensión, seleccione o tamaño do conductor dictado polo requisito máis estrinxente.

A resistencia térmica da aislación é significativa. A conductividad térmica varía ampliamente—por exemplo, o caucho de silicón ten o dobre que o PVC, permitindo unha corrente 8–12% maior no mesmo tamaño. Para aplicacións de alta temperatura, use a aislación de PE reticulado (XLPE), calificado para operación continua ata 90°C.

Finalmente, os efectos electromagnéticos—efecto de superficie e efecto de proximidade—reducen a área efectiva do conductor en sistemas AC. Para grandes conductores mononucleados, o uso de múltiples conductores paralelos menores é máis eficaz para o control de temperatura que un único superdimensionado.
Ofrecemos un calculador profesional—visite a sección Calculadora do noso sitio web se o necesita!