Dimensione del conduttore in rame vs aumento di temperatura nei disconnettori a 145kV

Il rapporto tra la corrente di aumento di temperatura di un disgiuntore da 145 kV e la sezione del conduttore in rame si basa sull'equilibrio tra la capacità di portata della corrente e l'efficienza di dissipazione del calore. La corrente di aumento di temperatura si riferisce alla massima corrente continua che un conduttore può trasportare senza superare il limite specificato di aumento di temperatura, e la sezione del conduttore in rame influenza direttamente questo parametro.

La comprensione di questo rapporto inizia con le proprietà fisiche del materiale del conduttore. La conduttività, la resistività e il coefficiente di espansione termica del rame determinano sia la generazione di calore sotto carico che il tasso di dissipazione del calore. Sezioni trasversali maggiori riducono la resistenza per unità di lunghezza, generando quindi meno calore alla stessa corrente. Ad esempio, un filo di rame da 2,5 mm² presenta un aumento di temperatura inferiore rispetto a un filo da 1,5 mm² quando trasporta 20 A.

Quando si seleziona la sezione del conduttore, tre fattori chiave devono essere valutati in modo olistico:

• Caratteristiche del carico, incluse le fluttuazioni di corrente e la loro durata. Equipaggiamenti con avviamenti/fermate frequenti o sovraccarichi a breve termine richiedono la considerazione degli effetti dell'aumento di temperatura transitorio sull'isolamento.

• Temperatura ambiente: temperature ambientali più elevate richiedono conduttori più grandi per compensare lo stress termico aggiuntivo.

• Metodo di installazione: i condotti chiusi offrono una povera dissipazione del calore; la sezione del conduttore dovrebbe essere aumentata almeno del 20% rispetto alle installazioni aperte.

Le soglie critiche possono essere stimare utilizzando la formula:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
dove I è la corrente, R è la resistenza per unità di lunghezza, t è il tempo, m è la massa del conduttore e c è la capacità termica specifica. In pratica, sono comunemente utilizzate tabelle di riferimento rapido—ad esempio, a 40°C di temperatura ambiente, i cavi BV standard hanno le seguenti capacità di portata: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

È necessario evitare alcuni fraintendimenti comuni. Alcuni ritengono che semplicemente aumentare la sezione del conduttore risolva il sovrarriscaldamento—ma un contatto dei terminali povero, l'ossidazione nelle giunzioni o connessioni allentate possono causare punti caldi localizzati. In un caso, una connessione di rame da 4 mm² mal crimpata ha raggiunto 120°C a soli 15 A, superando di gran lunga l'aumento di temperatura bulk del conduttore di 65°C.

La purezza del rame influisce significativamente sull'aumento di temperatura. Il rame privo di ossigeno (99,9% Cu) ha una resistività inferiore del 8–12% rispetto al rame riciclato, consentendo una capacità di corrente ~10% superiore alla stessa sezione. Si consiglia di utilizzare cavi di rame conformi agli standard GB/T 395 per applicazioni elettriche.

Le strategie di applicazione pratica possono essere strutturate in tre livelli:

• Livello 1 (Abbinamento di base): selezionare la sezione del conduttore in base a 1,2× la corrente nominale.

• Livello 2 (Compensazione dinamica): regolare in base al fattore di potenza—i carichi induttivi richiedono conduttori 5–8% più grandi.

• Livello 3 (Progettazione con ridondanza): riservare un margine di corrente del 20% sui circuiti critici per impennate impreviste.

La dissipazione del calore può essere migliorata attraverso miglioramenti strutturali e materiali:

• I conduttori a fascio offrono >30% di superficie maggiore rispetto ai fili a nucleo solido.

• Il rivestimento in stagno riduce la resistenza di contatto del 15–20%.

• Nelle armature chiuse, la sostituzione dei cavi raccolti con barre di rame migliora la dissipazione del calore del 40% riducendo i punti di connessione.

Gli intervalli di manutenzione influiscono sulla stabilità a lungo termine. Controllare la strettezza delle connessioni ogni 500 ore di funzionamento, utilizzare l'imaging termico per monitorare la distribuzione della temperatura e sostituire tempestivamente i terminali ossidati. In ambienti umidi, applicare rivestimenti anticorrosione per prevenire la degradazione elettrochimica che aumenta la resistenza.

Scenari speciali richiedono approcci personalizzati:

• Equipaggiamenti ad alta frequenza (>1 kHz): l'effetto di prossimità diventa significativo; utilizzare più fili sottili paralleli invece di un singolo conduttore spesso.

• Sistemi trifase non bilanciati: dimensionare i conduttori in base alla corrente della fase più alta; i conduttori neutrali non dovrebbero essere più piccoli dei conduttori di fase.

La validazione sperimentale è essenziale. Costruire un banco di prova e farlo funzionare a 1,5× la corrente nominale per 2 ore, registrando le curve di aumento di temperatura nei punti critici. Criteri di accettazione: temperatura ambiente + aumento di temperatura del conduttore ≤ classe termica dell'isolamento (ad esempio, ≤70°C per il PVC).

La geometria del tracciato dei cavi influenza il raffreddamento:

• Mantenere uno spazio ≥2× il diametro del cavo per le linee parallele.

• L'installazione verticale dissipa il calore dal 15 al 20% meglio della disposizione orizzontale—preferibile per le linee ad alta corrente.

• Il raggio minimo di curvatura dovrebbe essere ≥6× il diametro del conduttore per evitare la trappola locale di calore.

Monitorare dinamicamente l'invecchiamento del conduttore: con un uso normale, la resistenza del rame aumenta di ~0,5% annualmente. Dopo cinque anni, rivalutare la capacità di portata. Installare sensori di temperatura nei nodi critici e implementare soglie di avviso in tempo reale.

Le giunzioni di transizione rame-alluminio richiedono una particolare attenzione. La corrosione galvanica si verifica all'interfaccia tra metalli diversi—si deve sempre utilizzare connettori bimetallici certificati e applicare grasso antiossidante. Un'analisi di guasto in una sottostazione ha mostrato che le giunzioni Cu-Al non protette in condizioni umide hanno triplicato la resistenza di contatto entro tre mesi, portando al collasso.

È necessario considerare anche il calo di tensione, specialmente in percorsi a lunga distanza. Assicurarsi che la tensione ai capi rimanga ≥95% del valore nominale. Quando si applicano sia le limitazioni di aumento di temperatura che quelle di calo di tensione, selezionare la sezione del conduttore in base alla restrizione più severa.

La resistenza termica dell'isolante è altamente rilevante. La conducibilità termica varia ampiamente—ad esempio, quella della gomma siliconica è doppia rispetto al PVC, consentendo una corrente superiore dell'8–12% alla stessa sezione. Per le applicazioni ad alta temperatura, utilizzare isolanti in PE reticolato (XLPE), classificati per operazioni continue fino a 90°C.

Infine, gli effetti elettromagnetici—effetto di pelle e effetto di prossimità—riducono l'area efficace del conduttore nei sistemi CA. Per i grandi conduttori mononucleati, l'uso di più piccoli conduttori paralleli è più efficace per il controllo della temperatura rispetto a un singolo conduttore sovrastazionato.
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