Wielkość przewodnika miedziowego a wzrost temperatury w rozłącznikach 145kV

Zależność między prądem wzrostu temperatury wyłącznika nożowego 145 kV a wielkością przewodnika miedzianego opiera się na równowadze pomiędzy zdolnością przewodnika do przesyłania prądu a efektywnością odprowadzania ciepła. Prąd wzrostu temperatury oznacza maksymalny prąd ciągły, jaki przewodnik może przewodzić bez przekroczenia określonego limitu wzrostu temperatury, a rozmiar przewodnika miedzianego bezpośrednio wpływa na ten parametr.

Zrozumienie tej zależności zaczyna się od właściwości fizycznych materiału przewodnika. Przewodność miedzi, rezystywność oraz współczynnik rozszerzalności termicznej decydują zarówno o wytwarzaniu ciepła pod obciążeniem, jak i szybkości odprowadzania ciepła. Większe pole przekroju poprzecznego zmniejsza rezystancję na jednostkę długości, co powoduje mniejsze wydzielanie ciepła przy tym samym prądzie. Na przykład przewód miedziany o przekroju 2,5 mm² wykazuje niższy wzrost temperatury niż przewód o przekroju 1,5 mm² przy przepływie prądu 20 A.

Przy doborze wielkości przewodnika należy kompleksowo ocenić trzy kluczowe czynniki:

• Charakterystykę obciążenia, w tym wielkość i czas trwania fluktuacji prądu. Urządzenia często uruchamiane/wyłączane lub pracujące w warunkach chwilowych przeciążeń wymagają uwzględnienia efektów wzrostu temperatury przejściowej na izolację.

• Temperaturę otoczenia: wyższe temperatury otoczenia wymagają większych przewodników w celu kompensacji dodatkowego naprężenia termicznego.

• Sposób instalacji: zamknięte kanały kablowe zapewniają słabe odprowadzanie ciepła; wielkość przewodnika powinna być zwiększona o co najmniej 20% w porównaniu z instalacjami otwartymi.

Krytyczne progi można oszacować za pomocą wzoru:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
gdzie I to prąd, R to rezystancja na jednostkę długości, t to czas, m to masa przewodnika, a c to ciepło właściwe. W praktyce często stosuje się tabele szybkiego odniesienia — na przykład przy temperaturze otoczenia 40°C standardowe przewody BV mają następujące wartości dopuszczalnego obciążenia prądem: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Należy unikać typowych błędnych przekonań. Niektórzy zakładają, że po prostu zwiększenie przekroju przewodnika rozwiązuje problem przegrzewania — jednak słabe połączenie końcowe, utlenienie styków lub luźne połączenia mogą powodować lokalne punkty gorące. W jednym przypadku źle skręcony zacisk miedziany 4 mm² osiągnął temperaturę 120°C przy zaledwie 15 A, znacznie przekraczając wzrost temperatury całego przewodnika wynoszący 65°C.

Czystość miedzi znacząco wpływa na wzrost temperatury. Miedź beztlenowa (99,9% Cu) ma o 8–12% niższą rezystywność niż miedź wtórna, umożliwiając ~10% wyższą zdolność przenoszenia prądu przy tej samej wielkości. Zaleca się stosowanie przewodów miedzianych zgodnych ze standardem GB/T 395 dla zastosowań elektrycznych.

Strategie praktycznego zastosowania można ująć w trzech poziomach:

• Poziom 1 (Podstawowe dopasowanie): dobierz przekrój przewodnika na podstawie 1,2× prądu znamionowego.

• Poziom 2 (Kompensacja dynamiczna): dostosuj wartość do współczynnika mocy — obciążenia indukcyjne wymagają przewodów o 5–8% większym przekroju.

• Poziom 3 (Projektowanie rezerwowe): zapewnij 20% zapas prądowy w obwodach krytycznych na wypadek nieoczekiwanych szoków prądowych.

Odprowadzanie ciepła można poprawić poprzez usprawnienia konstrukcyjne i materiałowe:

• Przewody wielożyłowe oferują >30% większą powierzchnię niż przewody pełnoskładane.

• Pozłacanie zmniejsza rezystancję styku o 15–20%.

• W zamkniętym sprzęcie łączeniowym zastąpienie wiązki kabli szynami miedzianymi poprawia odprowadzanie ciepła o 40%, jednocześnie zmniejszając liczbę punktów połączeń.

Interwały konserwacji wpływają na długoterminową stabilność. Co 500 godzin pracy sprawdzaj napięcie połączeń, używaj termografii do monitorowania rozkładu temperatury i natychmiast wymieniaj utlenione zaciski. W wilgotnych środowiskach stosuj powłoki antykorozyjne, aby zapobiec degradacji elektrochemicznej, która zwiększa rezystancję.

Specjalne scenariusze wymagają indywidualnego podejścia:

• Urządzenia wysokiej częstotliwości (>1 kHz): efekt naskórkowy staje się istotny; zamiast pojedynczego grubego przewodnika stosuj wiele równoległych cienkich żył.

• Niezbilansowane układy trójfazowe: dobieraj przekrój przewodników na podstawie największego prądu fazowego; przewody neutralne nie powinny mieć mniejszego przekroju niż przewody fazowe.

Weryfikacja eksperymentalna jest niezbędna. Zbuduj stanowisko testowe i pracuj z prądem 1,5× znamionowego przez 2 godziny, rejestrując krzywe wzrostu temperatury w punktach krytycznych. Kryteria akceptacji: temperatura otoczenia + wzrost temperatury przewodnika ≤ temperatura robocza izolacji (np. ≤70°C dla PVC).

Geometria układu kabla wpływa na chłodzenie:

• Zachowaj odstęp ≥2× średnica kabla dla linii równoległych.

• Instalacja pionowa odprowadza ciepło o 15–20% lepiej niż pozioma — preferowana dla linii wysokoprądowych.

• Minimalny promień gięcia powinien wynosić ≥6× średnica przewodnika, aby uniknąć lokalnego gromadzenia się ciepła.

Monitoruj dynamicznie starzenie się przewodnika: w normalnych warunkach użytkowania rezystancja miedzi rośnie o ~0,5% rocznie. Po pięciu latach ponownie oceniaj zdolność przenoszenia prądu. Instaluj czujniki temperatury w węzłach krytycznych i wprowadź progowe wartości ostrzegawcze w czasie rzeczywistym.

Stosunki przejściowe miedź-aluminium wymagają szczególnej uwagi. Korozyja galwaniczna występuje na styku różnych metali—zawsze używaj certyfikowanych połączeń dwumetalowych i stosuj smar antyoksydacyjny. Analiza awarii jednej z podstacji wykazała, że niechronione stawy Cu-Al w wilgotnych warunkach potroiły opór kontaktu w ciągu trzech miesięcy, prowadząc do topnienia.

Należy również uwzględnić spadek napięcia, zwłaszcza przy długich odcinkach. Upewnij się, że napięcie końcowe wynosi co najmniej 95% wartości nominalnej. Gdy obowiązują ograniczenia dotyczące wzrostu temperatury i spadku napięcia, wybierz rozmiar przewodnika określony przez bardziej restrykcyjne wymaganie.

Istotne jest również termiczne oporność izolacji. Współczynnik przewodzenia ciepła różni się znacznie—np. silicone rubber ma dwa razy większą przewodność ciepła niż PVC, co pozwala na 8–12% wyższe prądy przy tym samym rozmiarze. Dla aplikacji wysokotemperaturowych używaj izolacji XLPE (polietylen krzyżowany), która jest dopuszczona do ciągłej pracy do 90°C.

Wreszcie, efekty elektromagnetyczne—efekt skórkowy i efekt bliskości—zmniejszają skuteczny obszar przewodnika w systemach AC. Dla dużych pojedynczych przewodników, użycie wielu mniejszych równoległych przewodników jest bardziej efektywne dla kontroli temperatury niż jeden nadmiernie duży.
Oferujemy profesjonalny kalkulator—prosimy odwiedzić sekcję Kalkulator na naszej stronie internetowej, jeśli go potrzebujesz!