구리 도체 크기와 145kV 분리기의 온도 상승
145kV 분리기의 온도 상승 전류와 구리 도체 크기 사이의 관계는 전류 용량과 열 방출 효율성 간의 균형에 있습니다. 온도 상승 전류는 지정된 온도 상승 한도를 초과하지 않고 도체가 운반할 수 있는 최대 연속 전류를 의미하며, 구리 도체 크기는 이 매개변수에 직접 영향을 미칩니다.
이 관계를 이해하는 것은 도체 재료의 물리적 특성에서 시작됩니다. 구리의 도전성, 저항률, 열팽창 계수는 부하 하에서의 열 발생 및 열 방출 속도를 결정합니다. 더 큰 단면적이 단위 길이 당 저항을 줄여 동일한 전류에서도 더 적은 열을 발생시킵니다. 예를 들어, 20A를 운반할 때 2.5mm² 구리선은 1.5mm² 구리선보다 낮은 온도 상승을 나타냅니다.
도체 크기를 선택할 때 세 가지 주요 요소를 종합적으로 평가해야 합니다:
부하 특성, 전류 변동의 크기 및 지속 시간 포함. 자주 시작/중지하거나 단시간 과부하가 있는 장비는 절연재에 대한 일시적인 온도 상승 효과를 고려해야 합니다.
주변 온도: 높은 주변 온도에서는 추가적인 열 스트레스를 상쇄하기 위해 더 큰 도체가 필요합니다.
설치 방법: 폐쇄된 콘덕트는 열 방출이 좋지 않으므로, 개방형 설치보다 도체 크기를 최소 20% 증가시켜야 합니다.
임계값은 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
여기서 I는 전류, R은 단위 길이당 저항, t는 시간, m은 도체 질량, c는 비열입니다. 실제로는 빠른 참조 표가 일반적으로 사용되며, 예를 들어 40°C 주변 온도에서 표준 BV 와이어는 다음과 같은 암페어 용량을 가집니다: 1.5mm² → 16A, 2.5mm² → 25A, 4mm² → 32A.
일반적인 오해를 피해야 합니다. 일부는 단순히 도체 크기를 늘리면 과열 문제가 해결될 것이라고 생각하지만, 불량한 단자 접촉, 접합부의 산화 또는 느슨한 연결은 국소적인 핫스팟을 유발할 수 있습니다. 한 사례에서, 15A에서 4mm² 구리 연결부가 제대로 조여지지 않았을 때 120°C까지 상승하여 도체 전체의 온도 상승인 65°C를 크게 초과하였습니다.
구리의 순도는 온도 상승에 크게 영향을 미칩니다. 산소 없는 구리(99.9% Cu)는 재활용 구리보다 8–12% 낮은 저항률을 가지고 있어 동일한 크기에서 약 10% 더 높은 전류 용량을 가능하게 합니다. 전기 응용 분야에서는 GB/T 395 표준을 준수하는 구리 선을 사용하는 것이 권장됩니다.
실용적인 적용 전략은 세 가지 단계로 구조화할 수 있습니다:
단계 1(기본 일치): 정격 전류의 1.2배 기준으로 도체 크기를 선택합니다.
단계 2(동적 보상): 전력 인자를 조정하여 감성 부하에는 5–8% 더 큰 도체가 필요합니다.
단계 3(중복 설계): 중요한 회로에서는 예상치 못한 서지 전류에 대비하여 20%의 전류 여유를 확보합니다.
구조적 및 재료적 개선을 통해 열 방출을 향상시킬 수 있습니다:
다발 도체는 단일코어 선보다 30% 이상 많은 표면적을 제공합니다.
주석 도금은 접촉 저항을 15–20% 줄입니다.
폐쇄형 스위치기어에서 번들 케이블을 구리 바스바로 교체하면 열 방출이 40% 향상되고 연결점이 줄어듭니다.
유지보수 간격은 장기적인 안정성에 영향을 미칩니다. 500시간마다 연결부의 조임 상태를 점검하고, 열 이미징을 사용하여 온도 분포를 모니터링하며, 산화된 단자는 즉시 교체해야 합니다. 습도가 높은 환경에서는 전기화학적 부식을 방지하고 저항을 증가시키기 위해 부식 방지 코팅을 적용하세요.
특별한 시나리오는 맞춤형 접근이 필요합니다:
고주파 장비(>1kHz): 피부 효과가 중요해지므로, 하나의 두꺼운 도체 대신 여러 개의 병렬 미세 스트랜드를 사용하세요.
불균형 3상 시스템: 가장 높은 상 전류를 기준으로 도체 크기를 결정하고, 중성 도체는 상 도체보다 작아서는 안 됩니다.
실험적 검증은 필수적입니다. 실험 장치를 구성하고 정격 전류의 1.5배로 2시간 동안 작동시킨 후, 중요한 지점에서의 온도 상승 곡선을 기록하세요. 수락 기준: 주변 온도 + 도체 온도 상승 ≤ 절연재 열 등급(예: PVC의 경우 ≤70°C).
케이블 배치 기하학은 냉각에 영향을 미칩니다:
평행 배치 시 케이블 직경의 2배 이상의 간격을 유지하세요.
수직 설치는 수평 배치보다 15–20% 더 잘 열을 방출하므로, 고전류 라인에 선호됩니다.
최소 굴곡 반경은 도체 직경의 6배 이상이어야 국소적 열 함정을 피할 수 있습니다.
도체 노화를 동적으로 모니터링하세요: 일반 사용 조건에서 구리 저항은 연간 약 0.5% 증가합니다. 5년 후에는 암페어 용량을 재평가하세요. 중요한 노드에 온도 센서를 설치하고 실시간 경고 임계값을 구현하세요.
구리-알루미늄 전환 접속부는 특별한 주의가 필요합니다. 이종 금속 경계면에서 갈바닉 부식이 발생하므로 항상 인증된 이중 금속 커넥터를 사용하고 산화 방지 그리스를 적용하세요. 한 변전소 실패 분석에 따르면 습도가 높은 조건에서 보호되지 않은 Cu-Al 접속부는 3개월 내에 접촉 저항이 3배로 증가하여 용융되는 것으로 나타났습니다.
전압 강하는 특히 장거리 구간에서는 고려해야 합니다. 단자 전압이 명목 값의 95% 이상 유지되도록 하세요. 온도 상승과 전압 강하 제약이 모두 적용되는 경우 더 엄격한 요구사항을 만족시키는 도체 크기를 선택하세요.
절연체의 열저항은 매우 중요합니다. 열전도율은 크게 다릅니다. 예를 들어 실리콘 고무는 PVC보다 두 배이며 같은 크기에서 8-12% 더 높은 전류를 허용합니다. 고온 애플리케이션의 경우, 연속 작동 온도가 90°C까지 가능한 XLPE(교차 연결 폴리에틸렌) 절연체를 사용하세요.
마지막으로, 교류 시스템에서 피부 효과와 근접 효과는 효과적인 도체 면적을 줄입니다. 큰 단일 코어 도체의 경우, 하나의 과대 사이즈 도체보다 여러 개의 작은 병렬 도체를 사용하는 것이 온도 제어에 더 효과적입니다.
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