Saiz Konduktor Tembaga berbanding Peningkatan Suhu dalam Penutup 145kV

Hubungan antara arus kenaikan suhu pada pemutus sambung 145 kV dengan saiz konduktor tembaga terletak pada keseimbangan kapasiti penghantaran arus dan kecekapan penyebaran haba. Arus kenaikan suhu merujuk kepada arus berterusan maksimum yang boleh dibawa oleh konduktor tanpa melebihi had kenaikan suhu yang ditetapkan, dan saiz konduktor tembaga secara langsung mempengaruhi parameter ini.

Memahami hubungan ini bermula dengan sifat fizikal bahan konduktor. Konduktiviti, resistiviti, dan pekali ekspansi termal tembaga menentukan penghasilan haba di bawah beban dan kadar penyebaran haba. Luas keratan rentas yang lebih besar mengurangkan rintangan per unit panjang, sehingga menghasilkan haba yang lebih sedikit pada arus yang sama. Sebagai contoh, wayar tembaga 2.5 mm² menunjukkan kenaikan suhu yang lebih rendah daripada wayar 1.5 mm² apabila membawa 20 A.

Apabila memilih saiz konduktor, tiga faktor utama harus dinilai secara menyeluruh:

• Ciri-ciri beban, termasuk magnitud fluktuasi arus dan tempoh. Peralatan dengan permulaan/penutupan yang sering atau beban berlebihan jangka pendek memerlukan pertimbangan efek kenaikan suhu sementara pada isolasi.

• Suhu sekitar: Suhu sekitar yang lebih tinggi memerlukan konduktor yang lebih besar untuk menyeimbangkan tekanan termal tambahan.

• Kaedah pemasangan: Saluran tertutup menawarkan penyebaran haba yang buruk; saiz konduktor harus ditingkatkan setidaknya 20% berbanding pemasangan terbuka.

Ambang batas penting dapat dianggarkan menggunakan formula:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
di mana I adalah arus, R adalah rintangan per unit panjang, t adalah masa, m adalah jisim konduktor, dan c adalah kapasiti haba spesifik. Dalam amalan, jadual rujukan cepat biasanya digunakan—misalnya, pada suhu sekitar 40°C, wayar BV standard memiliki ampacities berikut: 1.5 mm² → 16 A, 2.5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Misconsepsi umum harus dihindari. Beberapa orang menganggap bahawa hanya dengan meningkatkan saiz konduktor dapat menyelesaikan masalah kepanasan—tetapi kontak terminal yang buruk, oksidasi pada sambungan, atau sambungan yang longgar dapat menyebabkan titik panas lokal. Dalam satu kes, sambungan tembaga 4 mm² yang kurang baik mencapai 120°C hanya pada 15 A, jauh melebihi kenaikan suhu bulk konduktor 65°C.

Kemurnian tembaga sangat mempengaruhi kenaikan suhu. Tembaga bebas oksigen (99.9% Cu) memiliki resistiviti 8–12% lebih rendah daripada tembaga daur ulang, memungkinkan kapasitas arus ~10% lebih tinggi pada ukuran yang sama. Disarankan untuk menggunakan wayar tembaga yang mematuhi standar GB/T 395 untuk aplikasi elektrik.

Strategi aplikasi praktis dapat disusun menjadi tiga tahap:

• Tahap 1 (Pencocokan Dasar): Pilih saiz konduktor berdasarkan 1.2× arus nominal.

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

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

Penyebaran haba dapat ditingkatkan melalui peningkatan struktural dan material:

• Konduktor berstranded menawarkan >30% luas permukaan lebih banyak daripada wayar inti padat.

• Pelapis timah mengurangi rintangan kontak sebesar 15–20%.

• Dalam peralatan pemutus sambung tertutup, mengganti kabel bundel dengan busbar tembaga meningkatkan penyebaran haba sebesar 40% sambil mengurangi titik sambungan.

Selang waktu pemeliharaan mempengaruhi stabilitas jangka panjang. Periksa ketegangan 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 rintangan.

Skenario khusus memerlukan pendekatan yang disesuaikan:

• Peralatan frekuensi tinggi (>1 kHz): Efek kulit menjadi signifikan; gunakan beberapa stranded halus paralel daripada konduktor tebal tunggal.

• 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, merekam kurva kenaikan suhu pada titik-titik kritis. Kriteria penerimaan: Suhu sekitar + Kenaikan suhu konduktor ≤ Peringkat termal isolasi (misalnya, ≤70°C untuk PVC).

Geometri tata letak kabel mempengaruhi pendinginan:

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

• Pemasangan vertikal menyebar haba 15–20% lebih baik daripada pemasangan horizontal—preferensikan untuk garis arus tinggi.

• Radius lentur minimum harus ≥6× diameter konduktor untuk menghindari penangkapan haba lokal.

Monitor penuaan konduktor secara dinamis: dalam penggunaan normal, rintangan tembaga meningkat sekitar 0.5% setahun. Setelah lima tahun, re-evaluasi ampacity. Pasang sensor suhu di node kritis dan implementasikan ambang batas peringatan real-time.

Sambungan peralihan tembaga-aluminium memerlukan perhatian khusus. Korosi galvanik berlaku pada antara muka logam yang berbeza—sentiasa gunakan penghubung bi-logam bersertifikat dan terapkan greas antioksidan. Satu analisis kegagalan substation menunjukkan bahawa sambungan Cu-Al yang tidak dilindungi dalam keadaan lembap menggandakan rintangan hubungan tiga kali ganda dalam tempoh tiga bulan, menyebabkan pencairan.

Penurunan voltan juga perlu dipertimbangkan, terutamanya dalam larian jarak jauh. Pastikan voltan terminal kekal ≥95% nilai nominal. Apabila kedua-dua batasan kenaikan suhu dan penurunan voltan berlaku, pilih saiz konduktor yang diperintahkan oleh keperluan yang lebih ketat.

Rintangan termal isolasi amat penting. Konduktiviti termal bervariasi luas—contohnya, getah silikon adalah dua kali lebih tinggi daripada PVC, membolehkan arus 8–12% lebih tinggi pada saiz yang sama. Untuk aplikasi suhu tinggi, gunakan isolasi XLPE (polyethylene silang), yang diberi rating untuk operasi berterusan hingga 90°C.

Akhirnya, kesan elektromagnetik—kesan kulit dan kesan kedekatan—mengurangkan kawasan konduktor yang berkesan dalam sistem AC. Untuk konduktor tunggal besar, menggunakan beberapa konduktor selari yang lebih kecil lebih efektif untuk kawalan suhu berbanding satu yang berlebihan.
Kami menawarkan kalkulator profesional—silakan lawati bahagian Kalkulator di laman web kami jika anda memerlukannya!