Kopparledars storlek jämfört med temperaturhöjning i 145kV-avkopplare

Förhållandet mellan uppvärmningsströmmen för en 145 kV kopplare och kopparledares storlek ligger i att balansera strömbarhet och värmeavledningskapacitet. Uppvärmningsströmmen refererar till den maximala kontinuerliga strömmen som en ledare kan bära utan att överstiga dess specificerade temperaturgräns, och kopparledarens storlek påverkar direkt denna parameter.

Förståelsen av detta förhållande börjar med det fysiska egenskaper hos ledmaterialet. Koppars elektriska ledningsförmåga, resistivitet och termisk utvidgningskoefficient bestämmer både värmegenerering under belastning och värmeavledningshastighet. Större tvärsnittsarealer minskar resistansen per enhetslängd, vilket genererar mindre värme vid samma ström. Till exempel visar en 2,5 mm² kopparledare lägre temperaturökning än en 1,5 mm² ledare vid 20 A.

När man väljer ledarestorlek måste tre viktiga faktorer utvärderas i sin helhet:

• Belastningskarakteristika, inklusive strömfluktuationers magnitud och varaktighet. Utrustning med frekventa start/stopp eller kortvariga överbelastningar kräver hänsyn till transitoriska temperaturöknings effekter på isoleringen.

• Omgivande temperatur: Högare omgivande temperaturer kräver större ledare för att kompensera ytterligare termisk stress.

• Installationsmetod: Inneslutna ledningsrör erbjuder dålig värmeavledning; ledarestorleken bör ökas med minst 20% jämfört med öppna installationer.

Kritiska tröskelvärden kan uppskattas med formeln:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
där I är ström, R är resistans per enhetslängd, t är tid, m är ledarmassa, och c är specifik värme. I praktiken används ofta snabbreferensbord—till exempel, vid 40°C omgivande temperatur har standard BV-ledare följande ampaciteter: 1,5 mm² → 16 A, 2,5 mm² → 25 A, 4 mm² → 32 A.

Vanliga missuppfattningar måste undvikas. Några antar att det räcker med att öka ledarestorleken för att lösa överhettning—men dålig kontakt vid terminaler, oxidation vid anslutningar eller löskopplingar kan orsaka lokala heta punkter. I ett fall nådde en dåligt smalad 4 mm² kopparanslutning 120°C vid bara 15 A, långt över ledarens totala temperaturökning på 65°C.

Kopparrenhet påverkar betydligt temperaturökningen. Syrefritt koppar (99,9% Cu) har 8–12% lägre resistivitet än återvunnet koppar, vilket möjliggör ~10% högre strömkapacitet vid samma storlek. Det rekommenderas att använda kopparledare som uppfyller GB/T 395-standard för elektriska tillämpningar.

Praktiska tillämpningsstrategier kan struktureras i tre nivåer:

• Nivå 1 (Grundläggande matchning): Välj ledarestorlek baserat på 1,2× den nominella strömmen.

• Nivå 2 (Dynamisk kompensation): Anpassa för effektfaktor—induktiva belastningar kräver 5–8% större ledare.

• Nivå 3 (Redundansdesign): Reservera 20% strömmarginal på kritiska kretsar för oväntade toppar.

Värmeavledning kan förbättras genom strukturella och materialförbättringar:

• Strandsatta ledare erbjuder >30% större yta än solidkärnledare.

• Blysbefläckning minskar kontaktresistansen med 15–20%.

• I inneslutna brytare, ersätt bundna kabler med kopparbusbar förbättrar värmeavledningen med 40% samtidigt som anslutningspunkterna minskas.

Underhållsintervall påverkar långsiktig stabilitet. Kontrollera anslutningsfasthet var 500 drifttimmar, använd termografisk bildbehandling för att övervaka temperaturfördelning, och byt ut oxidiserade terminaler snabbt. I fuktiga miljöer, applicera korrosionsbeständiga beläggningar för att förhindra elektrokemisk nedbrytning som ökar resistansen.

Speciella scenarier kräver anpassade tillvägagångssätt:

• Högfrekvensutrustning (>1 kHz): Hudverkan blir signifikant; använd flera parallella tunna strängar istället för en enda tjock ledare.

• Obalanserade trefas-system: Ställ in ledarestorlek baserat på den högsta fasströmmen; neutralledare ska inte vara mindre än fasledare.

Experimentell validering är nödvändig. Bygg en testrigg och kör vid 1,5× nominell ström i 2 timmar, registrera temperaturökning kurvor vid kritiska punkter. Acceptanskriterier: Omgivande temperatur + Ledarens temperaturökning ≤ Isoleringens termiska gräns (t.ex., ≤70°C för PVC).

Kabelläge geometri påverkar kylning:

• Bibehåll avstånd ≥2× kabelformen för parallella körningar.

• Vertikal installation avleder värme 15–20% bättre än horisontell routing—föredras för högströmslinjer.

• Minsta böjradie ska vara ≥6× ledarens diameter för att undvika lokal värmeinträngning.

Övervaka ledarens åldring dynamiskt: under normal användning ökar kopparresistansen ~0,5% årligen. Efter fem år, omskatta ampaciteten. Installera temperatursensorer vid kritiska noder och implementera realtidsvarningsgränser.

Koppar-aluminiumövergångskopplingar kräver särskild uppmärksamhet. Galvanisk korrosion uppstår vid gränssnitt mellan olika metaller—använd alltid certifierade bimetaliska kopplingar och applicera antioxidativ smörja. En analys av ett understationsfel visade att oskyddade Cu-Al-kopplingar i fuktiga förhållanden trippelde kontaktmotståndet inom tre månader, vilket ledde till en smältning.

Spänningsfall måste också beaktas, särskilt vid långa sträckor. Se till att spänningen vid slutet är ≥95% av den nominella värdet. När både temperaturökning och spänningsfall begränsningar gäller, välj ledförarens storlek enligt den strängare kravet.

Isolations termiska egenskaper spelar en betydande roll. Termisk konduktivitet varierar stort—till exempel har silikonkautschuk två gånger så hög värmeledning som PVC, vilket möjliggör 8–12% högre ström vid samma storlek. För högtemperaturapplikationer använd XLPE (korslänkad polyeten) isolering, godkänd för kontinuerlig drift upp till 90°C.

Till sist, elektromagnetiska effekter—skinneffekt och närhetseffekt—minskar effektiv ledarföryttring i AC-system. För stora enkärliga ledare är det mer effektivt att använda flera mindre parallella ledare för temperaturkontroll än en enda överdimensionerad.
Vi erbjuder en professionell kalkylator—besök Calculator-avsnittet på vår webbplats om du behöver den!