Ukuran Konduktor Tembaga vs Kenaikan Suhu pada Disconnector 145kV

Hubungan antara arus kenaikan suhu dari disconnector 145 kV dan ukuran konduktor tembaga terletak pada keseimbangan kapasitas penghantaran arus dan efisiensi pembuangan panas. Arus kenaikan suhu merujuk pada arus kontinu maksimum yang dapat dibawa oleh konduktor tanpa melebihi batas kenaikan suhu yang ditentukan, dan ukuran konduktor tembaga secara langsung mempengaruhi parameter ini.

Pemahaman tentang hubungan ini dimulai dengan sifat fisik bahan konduktor. Konduktivitas, resistivitas, dan koefisien ekspansi termal tembaga menentukan baik pembangkitan panas di bawah beban maupun laju pembuangan panas. Luas penampang yang lebih besar mengurangi resistansi per satuan panjang, sehingga menghasilkan panas yang lebih sedikit pada arus yang sama. Misalnya, kabel tembaga 2,5 mm² menunjukkan kenaikan suhu yang lebih rendah daripada kabel 1,5 mm² saat membawa 20 A.

Dalam memilih ukuran konduktor, tiga faktor kunci harus dievaluasi secara holistik:

• Karakteristik beban, termasuk fluktuasi arus dan durasinya. Peralatan dengan start/stop yang sering atau beban berlebihan jangka pendek memerlukan pertimbangan efek kenaikan suhu transien terhadap isolasi.

• Suhu lingkungan: Suhu lingkungan yang lebih tinggi memerlukan konduktor yang lebih besar untuk mengimbangi stres termal tambahan.

• Metode pemasangan: Selokan tertutup menawarkan pembuangan panas yang buruk; ukuran konduktor harus ditingkatkan setidaknya 20% dibandingkan dengan pemasangan terbuka.

Ambang batas kritis dapat diperkirakan menggunakan rumus:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
di mana I adalah arus, R adalah resistansi per satuan panjang, t adalah waktu, m adalah massa konduktor, dan c adalah kapasitas panas spesifik. Dalam praktiknya, tabel referensi cepat biasanya digunakan—misalnya, pada suhu lingkungan 40°C, kabel BV standar memiliki ampacity sebagai berikut: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Anggapan umum yang salah harus dihindari. Beberapa orang mengira bahwa hanya dengan meningkatkan ukuran konduktor dapat mengatasi kelebihan panas—namun kontak terminal yang buruk, oksidasi di sambungan, atau koneksi longgar dapat menyebabkan hotspot lokal. Dalam satu kasus, sambungan tembaga 4 mm² yang dipres dengan buruk mencapai 120°C hanya dengan 15 A, jauh melebihi kenaikan suhu total konduktor sebesar 65°C.

Kemurnian tembaga sangat mempengaruhi kenaikan suhu. Tembaga bebas oksigen (99,9% Cu) memiliki resistivitas 8–12% lebih rendah daripada tembaga daur ulang, memungkinkan kapasitas arus ~10% lebih tinggi pada ukuran yang sama. Disarankan untuk menggunakan kabel tembaga yang sesuai dengan standar GB/T 395 untuk aplikasi listrik.

Strategi aplikasi praktis dapat dikelompokkan menjadi tiga tingkatan:

• Tingkat 1 (Pencocokan Dasar): Pilih ukuran konduktor berdasarkan 1,2× arus nominal.

• Tingkat 2 (Kompensasi Dinamis): Sesuaikan untuk faktor daya—beban induktif memerlukan konduktor 5–8% lebih besar.

• Tingkat 3 (Desain Redundansi): Cadangkan 20% margin arus pada sirkuit kritis untuk lonjakan tak terduga.

Pembuangan panas dapat ditingkatkan melalui perbaikan struktural dan material:

• Konduktor bertelaian menawarkan >30% luas permukaan lebih banyak daripada kabel inti padat.

• Pelapisan timah mengurangi resistansi kontak sebesar 15–20%.

• Dalam peralatan switchgear tertutup, mengganti kabel bundel dengan busbar tembaga meningkatkan pembuangan panas sebesar 40% sambil mengurangi titik-titik sambungan.

Interval pemeliharaan mempengaruhi stabilitas jangka panjang. Periksa ketatnya sambungan setiap 500 jam operasi, gunakan pencitraan termal untuk memantau distribusi suhu, dan ganti terminal yang teroksidasi segera. Dalam lingkungan lembab, terapkan lapisan anti-korosi untuk mencegah degradasi elektrokimia yang meningkatkan resistansi.

Skenario khusus membutuhkan pendekatan yang disesuaikan:

• Peralatan frekuensi tinggi (>1 kHz): Efek kulit menjadi signifikan; gunakan beberapa helaian tipis paralel daripada satu konduktor tebal.

• Sistem tiga fasa tidak seimbang: Ukur konduktor berdasarkan arus fasa tertinggi; konduktor netral tidak boleh lebih kecil dari konduktor fasa.

Validasi eksperimental sangat penting. Bangun rig uji dan jalankan pada 1,5× arus nominal selama 2 jam, rekam kurva kenaikan suhu pada titik-titik kritis. Kriteria penerimaan: Suhu lingkungan + Kenaikan suhu konduktor ≤ Rating termal isolasi (misalnya, ≤70°C untuk PVC).

Geometri tata letak kabel mempengaruhi pendinginan:

• Pertahankan jarak ≥2× diameter kabel untuk jalur paralel.

• Pemasangan vertikal mendispersikan panas 15–20% lebih baik daripada rute horizontal—disarankan untuk garis arus tinggi.

• Radius lengkungan minimum harus ≥6× diameter konduktor untuk menghindari perangkap panas lokal.

Pantau penuaan konduktor secara dinamis: di bawah penggunaan normal, resistansi tembaga meningkat sekitar 0,5% per tahun. Setelah lima tahun, re-evaluasi ampacity. Pasang sensor suhu pada simpul-simpul kritis dan implementasikan ambang batas peringatan real-time.

Sambungan transisi tembaga-aluminium memerlukan perhatian khusus. Korosi galvanis terjadi pada antarmuka logam yang berbeda—selalu gunakan konektor bi-logam bersertifikat dan terapkan grease antioksidan. Analisis kegagalan satu substation menunjukkan bahwa sambungan Cu-Al yang tidak terlindungi dalam kondisi lembab menggandakan tiga kali hambatan kontak dalam tiga bulan, menyebabkan meleleh.

Penurunan tegangan juga harus dipertimbangkan, terutama pada jarak yang jauh. Pastikan tegangan terminal tetap ≥95% dari nilai nominal. Ketika batasan kenaikan suhu dan penurunan tegangan berlaku, pilih ukuran konduktor sesuai dengan persyaratan yang lebih ketat.

Kekuatan termal isolasi sangat penting. Konduktivitas termal bervariasi luas—misalnya, karet silikon dua kali lipat dibandingkan PVC, memungkinkan arus 8–12% lebih tinggi pada ukuran yang sama. Untuk aplikasi suhu tinggi, gunakan isolasi XLPE (polyethylene cross-linked), yang dirating untuk operasi berkelanjutan hingga 90°C.

Akhirnya, efek elektromagnetik—efek kulit dan efek kedekatan—mengurangi area konduktor yang efektif dalam sistem AC. Untuk konduktor tunggal besar, menggunakan beberapa konduktor paralel yang lebih kecil lebih efektif untuk kontrol suhu daripada satu yang terlalu besar.
Kami menawarkan kalkulator profesional—silakan kunjungi bagian Kalkulator di situs web kami jika Anda membutuhkannya!