銅導体サイズと145kV分離スイッチでの温度上昇

145 kV分離スイッチの温度上昇電流と銅導体のサイズとの関係は、電流容量と熱放出効率のバランスにあります。温度上昇電流とは、指定された温度上昇限界を超えないで導体が持続的に流せる最大電流を指し、銅導体のサイズはこのパラメータに直接影響します。

この関係を理解するには、導体材料の物理的特性から始める必要があります。銅の導電性、抵抗率、および熱膨張係数は、負荷下での発熱量と熱放出速度を決定します。断面積が大きいほど単位長さあたりの抵抗が低くなり、同じ電流でも発熱が少なくなります。例えば、20 Aの電流を流す場合、2.5 mm²の銅線は1.5 mm²の銅線よりも温度上昇が少ないです。

導体サイズを選択する際には、以下の3つの主要な要素を総合的に評価する必要があります：

• 負荷特性：電流の変動幅と持続時間。頻繁な起動/停止や短時間の過負荷がある設備では、絶縁材に対する一時的な温度上昇効果を考慮する必要があります。

• 周囲温度：周囲温度が高い場合は、追加の熱ストレスを相殺するためにより大きな導体が必要です。

• 設置方法：閉鎖配管では熱放出が悪いため、開放設置に比べて導体サイズを少なくとも20%増やす必要があります。

重要な閾値は以下の公式を使用して推定できます：
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
ここで I は電流、R は単位長さあたりの抵抗、t は時間、m は導体の質量、c は比熱です。実際には、一般的に簡易参照表が使用されます。例えば、周囲温度40°Cの場合、標準BVワイヤの許容電流は以下の通りです：1.5 mm² → 16 A、2.5 mm² → 25 A、4 mm² → 32 A。

一般的な誤解を避ける必要があります。単純に導体サイズを増やすだけで過熱問題が解決すると考える人がいますが、端子接点の接触不良、接合部の酸化、または緩んだ接続により局所的なホットスポットが生じることがあります。あるケースでは、不適切な圧着が行われた4 mm²の銅接続がわずか15 Aで120°Cに達しました。これは導体の全体的な温度上昇（65°C）を大幅に超えるものです。

銅の純度は温度上昇に大きく影響します。無酸素銅（99.9% Cu）はリサイクル銅よりも抵抗率が8〜12%低いため、同じサイズで約10%高い電流容量を可能にします。電気用途にはGB/T 395規格に準拠した銅線を使用することをお勧めします。

実用的な適用戦略は以下の3つのレベルに構成できます：

• レベル1（基本マッチング）：定格電流の1.2倍に基づいて導体サイズを選択します。

• レベル2（動的補償）：力率を考慮して調整します—誘導負荷では導体サイズを5〜8%大きくする必要があります。

• レベル3（冗長設計）：重要な回路には予想外の急激な電流増加に対応するため、20%の電流余裕を確保します。

熱放出は構造的および材料的な改善によって強化することができます：

• ストランド導体は実心導体よりも30%以上の表面積を持っています。

• 錫メッキは接点抵抗を15〜20%減少させます。

• 閉鎖型開閉器では、束ねられたケーブルを銅バーに置き換えることで熱放出が40%向上し、接続点も減少します。

メンテナンス間隔は長期的な安定性に影響します。500時間ごとに接続の緊密性を確認し、熱画像を使用して温度分布を監視し、酸化した端子をすぐに交換してください。湿気の多い環境では、電気化学的劣化による抵抗増加を防ぐために防腐コーティングを施してください。

特殊なシナリオでは特別なアプローチが必要です：

• 高周波機器（＞1 kHz）：皮膚効果が顕著になるため、太い導体ではなく複数の細いストランドを並列に使用します。

• 非対称三相システム：最も高い相電流に基づいて導体サイズを決定します。中性線の導体は相線の導体と同じかそれ以上にする必要があります。

実験的検証は不可欠です。試験装置を構築し、定格電流の1.5倍で2時間運転し、重要なポイントでの温度上昇曲線を記録します。合格基準：周囲温度 + 導体の温度上昇 ≤ 絶縁材の耐熱温度（例：PVCの場合≤70°C）。

ケーブル配置の幾何学は冷却に影響します：

• 並行配線の場合はケーブル直径の2倍以上の間隔を維持します。

• 垂直配線は水平配線よりも15〜20%熱放出が良いため、高電流線路ではこれを優先します。

• 最小曲げ半径は導体直径の6倍以上にして、局所的な熱トラップを避ける必要があります。

導体の老化を動的に監視します：通常使用条件下では、銅の抵抗は年間約0.5%増加します。5年後には再評価し、重要なノードに温度センサーを設置し、リアルタイム警告しきい値を実装します。

銅-アルミニウム間の遷移接合部には特別な注意が必要です。異種金属間でガルバニック腐食が発生します—常に認定された二重金属コネクタを使用し、酸化防止グリースを適用してください。ある変電所での故障分析では、保護されていないCu-Al接合部が湿った条件下で3ヶ月以内に接触抵抗が3倍になり、溶融につながることが示されました。

電圧降下も考慮する必要があります、特に長距離配線においては。端子電圧が公称値の95%以上であることを確認してください。温度上昇と電圧降下の両方の制約が適用される場合、より厳しい要件に基づいて導体サイズを選択してください。

絶縁物の熱抵抗も重要です。熱伝導率は大きく異なります—例えば、シリコーンゴムはPVCの2倍であり、同じサイズで8～12%高い電流を許容します。高温用途にはXLPE（クロスリンケッドポリエチレン）絶縁を使用し、連続運転で最大90°Cまで対応できます。

最後に、電磁効果—スキン効果と近接効果—は交流システムで有効導体面積を減らします。大きな単芯導体の場合、複数の小さな並行導体を使用することは、温度管理において単一の大型導体よりも効果的です。
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