Размер медного проводника по сравнению с повышением температуры в разъединителях 145 кВ

Связь между температурным током разъединителя на 145 кВ и размером медного проводника заключается в балансе между пропускной способностью тока и эффективностью теплоотдачи. Температурный ток означает максимальный непрерывный ток, который проводник может передавать без превышения установленного предела повышения температуры, а размер медного проводника напрямую влияет на этот параметр.

Понимание этой связи начинается с физических свойств материала проводника. Проводимость, удельное сопротивление и коэффициент теплового расширения меди определяют как генерацию тепла под нагрузкой, так и скорость теплоотдачи. Более крупные поперечные сечения уменьшают сопротивление на единицу длины, что приводит к меньшему выделению тепла при том же токе. Например, медный проводник сечением 2,5 мм² имеет меньший температурный подъем, чем проводник сечением 1,5 мм² при передаче 20 А.

При выборе размера проводника необходимо комплексно оценить три ключевых фактора:

• Характеристики нагрузки, включая величину и продолжительность колебаний тока. Оборудование с частыми запусками/остановками или кратковременными перегрузками требует учета эффектов временного повышения температуры на изоляцию.

• Температура окружающей среды: более высокие температуры окружающей среды требуют использования более крупных проводников для компенсации дополнительного теплового напряжения.

• Метод установки: замкнутые каналы обеспечивают плохую теплоотдачу; размер проводника следует увеличить как минимум на 20% по сравнению с открытыми установками.

Критические пороги можно оценить с помощью формулы:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
где I — ток, R — сопротивление на единицу длины, t — время, m — масса проводника, а c — удельная теплоемкость. На практике часто используются справочные таблицы, например, при температуре окружающей среды 40°C стандартные провода BV имеют следующие значения допустимых токов: 1,5 мм² → 16 А, 2,5 мм² → 25 А, 4 мм² → 32 А.

Необходимо избегать распространенных заблуждений. Некоторые полагают, что простое увеличение размера проводника решает проблему перегрева, но плохой контакт, окисление соединений или ослабленные контакты могут вызвать локальные горячие точки. В одном случае плохо обжатый контакт из меди сечением 4 мм² нагрелся до 120°C при всего лишь 15 А, значительно превысив общий температурный подъем проводника, равный 65°C.

Чистота меди значительно влияет на температурный подъем. Безкислородная медь (99,9% Cu) имеет на 8–12% меньшее удельное сопротивление, чем вторичная медь, что позволяет обеспечить примерно на 10% большую пропускную способность тока при том же размере. Рекомендуется использовать медные провода, соответствующие стандартам GB/T 395, для электрических применений.

Практические стратегии применения можно структурировать в три уровня:

• Уровень 1 (Базовое соответствие): выбирать размер проводника на основе 1,2× номинального тока.

• Уровень 2 (Динамическая компенсация): корректировка с учетом коэффициента мощности — индуктивные нагрузки требуют проводников на 5–8% больше.

• Уровень 3 (Резервирование): резервировать 20% тока на критических цепях для неожиданных скачков.

Теплоотдачу можно улучшить за счет структурных и материальных усовершенствований:

• Сложенные проводники предлагают >30% большую поверхность, чем цельнометаллические провода.

• Оловянное покрытие уменьшает контактное сопротивление на 15–20%.

• В закрытых коммутационных устройствах замена связанных кабелей медными шинами улучшает теплоотдачу на 40%, снижая количество точек соединения.

Интервалы технического обслуживания влияют на долгосрочную стабильность. Проверяйте плотность соединений каждые 500 часов работы, используйте термографию для мониторинга распределения температуры и своевременно заменяйте окисленные контакты. В условиях высокой влажности применяйте антикоррозийные покрытия, чтобы предотвратить электрохимическое разрушение, которое увеличивает сопротивление.

Специальные сценарии требуют специализированных подходов:

• Высокочастотное оборудование (>1 кГц): эффект кожного слоя становится значительным; используйте несколько параллельных тонких жил вместо одного толстого проводника.

• Несбалансированные трехфазные системы: выбирайте размер проводников на основе максимального фазного тока; нейтральные проводники должны быть не меньше, чем фазные.

Экспериментальное подтверждение является необходимым. Постройте испытательную установку и проведите испытания при 1,5× номинального тока в течение 2 часов, записывая кривые температурного подъема в критических точках. Критерии приемлемости: температура окружающей среды + температурный подъем проводника ≤ тепловой рейтинг изоляции (например, ≤70°C для ПВХ).

Геометрия расположения кабелей влияет на охлаждение:

• Поддерживайте расстояние ≥2× диаметра кабеля для параллельных прокладок.

• Вертикальная установка обеспечивает на 15–20% лучшую теплоотдачу, чем горизонтальная прокладка — предпочитайте для линий с высоким током.

• Минимальный радиус изгиба должен быть ≥6× диаметра проводника, чтобы избежать локального удержания тепла.

Динамически контролируйте старение проводника: при нормальном использовании сопротивление меди увеличивается примерно на 0,5% ежегодно. Через пять лет переоцените допустимую силу тока. Установите датчики температуры в критических узлах и внедрите реальные пороговые значения предупреждения.

Медно-алюминиевые переходные соединения требуют особого внимания. Гальваническая коррозия возникает на границах различных металлов — всегда используйте сертифицированные биметаллические соединители и наносите антиоксидантную смазку. Один анализ отказа подстанции показал, что незащищенные медно-алюминиевые соединения в условиях высокой влажности увеличивали контактное сопротивление в три раза в течение трех месяцев, что приводило к перегоранию.

Необходимо также учитывать падение напряжения, особенно при длинных линиях. Убедитесь, что конечное напряжение остается ≥95% от номинального значения. Когда применяются ограничения как по повышению температуры, так и по падению напряжения, выберите размер проводника, определяемый более строгим требованием.

Тепловое сопротивление изоляции имеет значительное значение. Теплопроводность сильно варьируется — например, теплопроводность силиконовой резины в два раза выше, чем у ПВХ, что позволяет пропускать на 8–12% больший ток при одинаковом размере. Для применения при высоких температурах используйте изоляцию из сшитого полиэтилена (XLPE), рассчитанную на непрерывную работу до 90°C.

Наконец, электромагнитные эффекты — кожный эффект и эффект близости — снижают эффективную площадь проводника в системах переменного тока. Для крупных одножильных проводников использование нескольких меньших параллельных проводников более эффективно для контроля температуры, чем один слишком большой.
Мы предлагаем профессиональный калькулятор — пожалуйста, посетите раздел Калькулятор на нашем сайте, если вам он нужен!