कॉपर कंडक्टर का आकार व 145kV डिस्कनेक्टर में तापमान वृद्धि

145 किलोवोल्ट डिसकनेक्टर के तापमान-बढ़ाई धारा और तांबे के चालक के आकार के बीच का संबंध धारा-संवहन क्षमता और ताप विसरण की प्रभावशीलता को संतुलित करने में है। तापमान-बढ़ाई धारा एक चालक द्वारा अपनी निर्दिष्ट तापमान-बढ़ाई सीमा को पार न करते हुए ले जा सकने वाली अधिकतम निरंतर धारा को संदर्भित करती है, और तांबे के चालक का आकार इस पैरामीटर को प्रत्यक्ष रूप से प्रभावित करता है।

इस संबंध को समझने का आरंभ चालक सामग्री के भौतिक गुणों से होता है। तांबे की चालकता, प्रतिरोधकता, और ऊष्मीय विस्तार गुणांक लोड के तहत उत्पन्न होने वाले ताप और ताप विसरण दर दोनों को निर्धारित करते हैं। बड़े अनुप्रस्थ क्षेत्रफल इकाई लंबाई पर प्रतिरोध को कम करते हैं, जिससे एक ही धारा पर कम ताप उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, 20 A की धारा ले जाने पर 2.5 mm² तांबे की तार की तुलना में 1.5 mm² तांबे की तार का तापमान-बढ़ाई कम होता है।

चालक के आकार का चयन करते समय तीन महत्वपूर्ण कारकों का समग्र रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए:

• लोड की विशेषताएं, जिनमें धारा की उतार-चढ़ाव की मात्रा और अवधि शामिल हैं। अक्सर शुरू/रोक या छोटी अवधि के ओवरलोड वाले उपकरणों के लिए अस्थायी तापमान-बढ़ाई के प्रभाव को विद्युत अनुवरोध पर ध्यान देना आवश्यक है।

• आसपास का तापमान: उच्च आसपास का तापमान अतिरिक्त ऊष्मीय तनाव को निरस्त करने के लिए बड़े चालकों की आवश्यकता होती है।

• स्थापना विधि: बंद नलिकाएं गर्मी के विसरण के लिए खराब होती हैं; खुली स्थापनाओं की तुलना में चालक का आकार कम से कम 20% बढ़ा देना चाहिए।

क्रिटिकल थ्रेशहोल्ड का अनुमान निम्न सूत्र का उपयोग करके लगाया जा सकता है:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
जहाँ I धारा, R इकाई लंबाई पर प्रतिरोध, t समय, m चालक का द्रव्यमान, और c विशिष्ट ऊष्मीय क्षमता है। व्यावहारिक रूप से, त्वरित संदर्भ तालिकाएं आमतौर पर उपयोग की जाती हैं—उदाहरण के लिए, 40°C आसपास के तापमान पर, मानक BV तारों की निम्न धारा-संवहन क्षमताएं होती हैं: 1.5 mm² → 16 A, 2.5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A।

सामान्य गलत धारणाओं से बचना चाहिए। कुछ लोग सिर्फ चालक के आकार को बढ़ाने से ओवरहीटिंग को हल करने का अनुमान लगाते हैं—लेकिन खराब टर्मिनल संपर्क, जंक्शन पर ऑक्सीकरण, या ढीले कनेक्शन लोकल हॉटस्पॉट्स का कारण बन सकते हैं। एक मामले में, एक खराब क्रिम्प किया गया 4 mm² तांबे का कनेक्शन सिर्फ 15 A पर 120°C तक पहुंच गया, जो चालक के बल्क तापमान-बढ़ाई 65°C से बहुत अधिक था।

तांबे की शुद्धता तापमान-बढ़ाई पर महत्वपूर्ण रूप से प्रभाव डालती है। ऑक्सीजन-मुक्त तांबा (99.9% Cu) रीसाइकल तांबे की तुलना में 8–12% कम प्रतिरोधकता रखता है, जिससे एक ही आकार पर ~10% अधिक धारा-संवहन क्षमता होती है। विद्युत अनुप्रयोगों के लिए GB/T 395 मानकों के अनुसार तांबे की तार का उपयोग करना सुझाव दिया जाता है।

व्यावहारिक अनुप्रयोग रणनीतियों को तीन टियरों में संरचित किया जा सकता है:

• टियर 1 (बुनियादी मैचिंग): 1.2× रेटेड धारा पर आधारित चालक का आकार चुनें।

• टियर 2 (डाइनामिक कंपेंसेशन): पावर फैक्टर के लिए समायोजित करें—इंडक्टिव लोडों के लिए 5–8% बड़े चालकों की आवश्यकता होती है।

• टियर 3 (रेडंडेंसी डिजाइन): अप्रत्याशित उत्थान के लिए महत्वपूर्ण परिपथों पर 20% धारा मार्जिन रिजर्व करें।

संरचनात्मक और सामग्री सुधारों के माध्यम से ताप विसरण में सुधार किया जा सकता है:

• स्ट्रैंडेड चालक सोलिड-कोर तारों की तुलना में >30% अधिक सतह क्षेत्रफल प्रदान करते हैं।

• टिन-प्लेटिंग 15–20% कम संपर्क प्रतिरोध प्रदान करती है।

• बंद स्विचगियर में, बंडल्ड केबलों को तांबे के बसबार्स से बदलने से 40% ताप विसरण में सुधार होता है और कनेक्शन बिंदुओं की संख्या कम होती है।

निरीक्षण अंतराल लंबांक ताकत को प्रभावित करते हैं। प्रत्येक 500 ऑपरेटिंग घंटों के बाद कनेक्शन की गठन की जांच करें, तापमान वितरण की निगरानी के लिए थर्मल इमेजिंग का उपयोग करें, और ऑक्सीकृत टर्मिनलों को तुरंत बदलें। गीले वातावरण में, इलेक्ट्रोकेमिकल अपघटन को रोकने के लिए एंटी-कोरोजन कोटिंग लगाएं जो प्रतिरोध को बढ़ाता है।

विशेष परिदृश्यों के लिए विशिष्ट दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है:

• उच्च-आवृत्ति उपकरण (>1 kHz): स्किन प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाता है; एक एकल मोटे चालक के बजाय एकाधिक समानांतर फाइन स्ट्रैंड का उपयोग करें।

• असंतुलित तीन-फेज सिस्टम: चालकों को सबसे ऊंची फेज धारा के आधार पर आकार दें; न्यूट्रल चालक फेज चालकों से छोटे नहीं होने चाहिए।

प्रयोगशाला प्रमाणिकरण आवश्यक है। एक परीक्षण रिग बनाएं और 2 घंटों के लिए 1.5× रेटेड धारा पर चलाएं, महत्वपूर्ण बिंदुओं पर तापमान-बढ़ाई वक्रों को रिकॉर्ड करें। स्वीकृति मानदंड: आसपास का तापमान + चालक तापमान-बढ़ाई ≤ अनुवरोध तापीय रेटिंग (उदाहरण के लिए, PVC के लिए ≤70°C)।

केबल लेआउट ज्यामिति शीतलन पर प्रभाव डालती है:

• समानांतर चलाने के लिए दोगुना केबल व्यास के समान या अधिक अंतर बनाएं।

• वर्टिकल स्थापना होरिजोंटल रूटिंग की तुलना में 15–20% बेहतर ताप विसरण करती है—उच्च-धारा लाइनों के लिए पसंद की जाए।

• न्यूनतम मोड त्रिज्या केन्द्रक व्यास के 6 गुना या अधिक होनी चाहिए ताकि स्थानीय ताप फंसने से बचा जा सके।

चालक की उम्र का निरीक्षण गतिविधि से: सामान्य उपयोग के दौरान, तांबे का प्रतिरोध वार्षिक ~0.5% बढ़ता है। पांच वर्षों के बाद, अम्पेसिटी का पुनर्मूल्यांकन करें। महत्वपूर्ण नोड्स पर तापमान सेंसर स्थापित करें और वास्तविक समय में चेतावनी की सीमाएं लागू करें।

तांबे-अल्यूमिनियम ट्रांजिशन जंक्शन को विशेष ध्यान देना होता है। विभिन्न धातुओं के मिलने वाले इंटरफ़ेस पर गैलवेनिक संक्षारण होता है—हमेशा प्रमाणित द्वि-धातु अपरेटर का उपयोग करें और एंटीऑक्सिडेंट ग्रीस लगाएं। एक सबस्टेशन फ़ेल एनालिसिस ने दिखाया कि आर्द्र शर्तों में सुरक्षित नहीं रखे गए Cu-Al जंक्शनों का संपर्क प्रतिरोध तीन महीनों में तीन गुना हो गया, जिसके कारण मेल्टडाउन हुआ।

वोल्टेज गिरावट को भी विचार किया जाना चाहिए, विशेष रूप से लंबी दूरी के रन में। सुनिश्चित करें कि टर्मिनल वोल्टेज नामित मान का ≥95% रहे। जब तापमान वृद्धि और वोल्टेज गिरावट दोनों प्रतिबंध लागू होते हैं, तो गंभीरता से आवश्यकताओं के अनुसार चालक का आकार चुनें।

इंसुलेशन थर्मल प्रतिरोध में बहुत महत्व है। थर्मल चालकता व्यापक रूप से भिन्न होती है—उदाहरण के लिए, सिलिकोन रबर PVC की तुलना में दो गुना होती है, जिससे समान आकार पर 8–12% अधिक विद्युत धारा संभव होती है। उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए, XLPE (क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन) इंसुलेशन का उपयोग करें, जो लगातार 90°C तक कार्य करने के लिए रेट किया गया है।

अंत में, विद्युत चुंबकीय प्रभाव—स्किन प्रभाव और प्रोक्सिमिटी प्रभाव—AC सिस्टम में प्रभावी चालक क्षेत्र को कम करते हैं। बड़े एकल-कोर चालकों के लिए, एक ओवरसाइज्ड एकल के मुकाबले एकाधिक छोटे समानांतर चालकों का उपयोग तापमान नियंत्रण के लिए अधिक प्रभावी होता है।
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