ขนาดของตัวนำทองแดงกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในสวิตช์ตัดไฟ 145kV

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสที่ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นของสวิตช์ตัดวงจรแรงดัน 145 kV และขนาดของสายนำทองแดงอยู่ในการดุลยภาพระหว่างความสามารถในการรับกระแสและประสิทธิภาพในการกระจายความร้อน กระแสที่ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นหมายถึงกระแสต่อเนื่องสูงสุดที่สายนำสามารถรับได้โดยไม่เกินขีดจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่กำหนดไว้ และขนาดของสายนำทองแดงมีผลโดยตรงต่อพารามิเตอร์นี้

การทำความเข้าใจความสัมพันธ์นี้เริ่มต้นจากคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุสายนำ ความนำไฟฟ้า ความต้านทาน และสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของทองแดงจะกำหนดทั้งการสร้างความร้อนภายใต้โหลดและการกระจายความร้อน ขนาดภาคตัดขวางที่ใหญ่ขึ้นจะลดความต้านทานต่อหน่วยความยาว ทำให้สร้างความร้อนน้อยลงที่กระแสเดียวกัน ตัวอย่างเช่น สายทองแดงขนาด 2.5 มม.² จะมีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้อยกว่าสายขนาด 1.5 มม.² เมื่อรับกระแส 20 A

เมื่อเลือกขนาดของสายนำ ต้องประเมินปัจจัยหลักสามประการอย่างครบถ้วน:

• ลักษณะของโหลด รวมถึงขนาดและความยาวของความผันผวนของกระแส อุปกรณ์ที่มีการเปิด-ปิดบ่อยหรือมีการโหลดเกินระยะสั้นต้องคำนึงถึงผลกระทบของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิชั่วขณะต่อฉนวน

• อุณหภูมิแวดล้อม: อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงขึ้นจำเป็นต้องใช้สายนำขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อชดเชยความเครียดทางความร้อนที่เพิ่มขึ้น

• วิธีการติดตั้ง: ท่อปิดมีการกระจายความร้อนที่ไม่ดี ควรเพิ่มขนาดของสายนำขึ้นอย่างน้อย 20% เมื่อเทียบกับการติดตั้งแบบเปิด

ค่าขอบเขตที่สำคัญสามารถประมาณได้โดยใช้สูตร:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
โดย I คือกระแส R คือความต้านทานต่อหน่วยความยาว t คือเวลา m คือมวลของสายนำ และ c คือความจุความร้อนเฉพาะ ในทางปฏิบัติ มักใช้ตารางอ้างอิงอย่างรวดเร็ว เช่น ที่อุณหภูมิแวดล้อม 40°C สาย BV มาตรฐานมีความสามารถในการรับกระแสดังนี้: 1.5 มม.² → 16 A, 2.5 มม.² → 25 A, 4 มม.² → 32 A

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยต้องหลีกเลี่ยง บางคนคิดว่าเพียงแค่เพิ่มขนาดของสายนำจะแก้ปัญหาการร้อนเกิน แต่การติดต่อที่ไม่ดี การออกซิไดซ์ที่จุดต่อ หรือการต่อที่คลายอาจทำให้มีจุดร้อนเฉพาะที่ ในกรณีหนึ่ง การต่อสายทองแดงขนาด 4 มม.² ที่กดไม่ดีทำให้มีอุณหภูมิสูงถึง 120°C ที่กระแสเพียง 15 A ซึ่งสูงกว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของสายนำมากถึง 65°C

ความบริสุทธิ์ของทองแดงมีผลต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ทองแดงไร้ออกซิเจน (99.9% Cu) มีความต้านทานต่ำลง 8–12% เมื่อเทียบกับทองแดงรีไซเคิล ทำให้มีความสามารถในการรับกระแสสูงขึ้น ~10% ที่ขนาดเดียวกัน แนะนำให้ใช้สายทองแดงที่สอดคล้องกับมาตรฐาน GB/T 395 สำหรับการใช้งานทางไฟฟ้า

กลยุทธ์การใช้งานในทางปฏิบัติสามารถแบ่งออกเป็นสามระดับ:

• ระดับ 1 (การจับคู่พื้นฐาน): เลือกขนาดของสายนำตาม 1.2× กระแสที่ระบุ

• ระดับ 2 (การปรับปรุงตามพลังงาน): ปรับตามแฟคเตอร์กำลัง—โหลดอินดักทีฟต้องการสายนำขนาดใหญ่ขึ้น 5–8%

• ระดับ 3 (การออกแบบสำรอง): สำรองกระแส 20% บนวงจรที่สำคัญสำหรับการกระแทกที่ไม่คาดคิด

การกระจายความร้อนสามารถเพิ่มขึ้นผ่านการปรับปรุงโครงสร้างและวัสดุ:

• สายนำหลายเส้นมีพื้นที่ผิวมากกว่าสายนำแบบแข็งถึง 30% ขึ้นไป

• การเคลือบทินลดความต้านทานการติดต่อลง 15–20%

• ในสวิตช์เกียร์ปิด แทนที่สายเคเบิลที่รวมกันด้วยบัสบาร์ทองแดงเพื่อเพิ่มการกระจายความร้อน 40% พร้อมลดจุดต่อ

ช่วงเวลาการบำรุงรักษาส่งผลต่อความมั่นคงในระยะยาว ตรวจสอบความแน่นของจุดต่อทุก 500 ชั่วโมงการทำงาน ใช้การถ่ายภาพความร้อนเพื่อตรวจสอบการกระจายอุณหภูมิ และเปลี่ยนปลายที่ออกซิไดซ์ทันที ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ใช้สารป้องกันการกัดกร่อนเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพทางอิเล็กโตรเคมีที่เพิ่มความต้านทาน

สถานการณ์พิเศษต้องการวิธีการที่เหมาะสม:

• อุปกรณ์ความถี่สูง (>1 kHz): ผลของผิวหนังมีความสำคัญ ใช้สายหลายเส้นขนานแทนสายหนึ่งเส้นที่หนา

• ระบบสามเฟสที่ไม่สมดุล: กำหนดขนาดของสายนำตามกระแสเฟสที่สูงที่สุด สายกลางควรมีขนาดไม่น้อยกว่าสายเฟส

การตรวจสอบทดลองเป็นสิ่งจำเป็น สร้างอุปกรณ์ทดสอบและทำงานที่ 1.5× กระแสที่ระบุเป็นเวลา 2 ชั่วโมง บันทึกเส้นโค้งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่จุดสำคัญ ข้อกำหนดการยอมรับ: อุณหภูมิแวดล้อม + การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของสายนำ ≤ คะแนนความร้อนของฉนวน (เช่น ≤70°C สำหรับ PVC)

รูปทรงการวางสายมีผลต่อการทำความเย็น:

• รักษาช่องว่าง ≥2× เส้นผ่านศูนย์กลางของสายสำหรับการวางขนาน

• การติดตั้งแนวตั้งกระจายความร้อนดีกว่าการวางแนวนอน 15–20%—ควรใช้สำหรับสายที่มีกระแสสูง

• รัศมีการโค้งขั้นต่ำควรมากกว่าหรือเท่ากับ 6× เส้นผ่านศูนย์กลางของสายเพื่อหลีกเลี่ยงการกักเก็บความร้อนเฉพาะที่

ตรวจสอบการเสื่อมสภาพของสายนำอย่างต่อเนื่อง: ภายใต้การใช้งานปกติ ความต้านทานของทองแดงเพิ่มขึ้น ~0.5% ต่อปี หลังจากห้าปี ควรประเมินความสามารถในการรับกระแสใหม่ ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่จุดสำคัญและดำเนินการตั้งค่าการแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์

ข้อต่อระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมต้องได้รับความสนใจเป็นพิเศษ การกัดกร่อนทางไฟฟ้าเกิดขึ้นที่จุดต่อของโลหะที่แตกต่างกัน—ควรใช้ข้อต่อสองโลหะที่ได้รับการรับรองและใช้สารป้องกันออกซิเดชัน การวิเคราะห์กรณีล้มเหลวของสถานีแปลงไฟหนึ่งแสดงให้เห็นว่าข้อต่อ Cu-Al ที่ไม่มีการป้องกันในสภาพแวดล้อมที่ชื้นทำให้ความต้านทานการสัมผัสเพิ่มขึ้นสามเท่าภายในสามเดือน นำไปสู่การหลอมละลาย

ยังต้องคำนึงถึงแรงดันตกคร่อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะทางยาว ต้องแน่ใจว่าแรงดันปลายทางยังคงอยู่ที่ ≥95% ของค่ามาตรฐาน เมื่อมีข้อจำกัดทั้งอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและการตกคร่อมของแรงดัน ให้เลือกขนาดตัวนำตามข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่า

ความต้านทานความร้อนของฉนวนมีความสำคัญมาก ความนำความร้อนมีความหลากหลาย—เช่น ยางซิลิโคนมีความนำความร้อนเป็นสองเท่าของ PVC ทำให้สามารถใช้กระแสไฟฟ้าได้สูงขึ้น 8–12% ในขนาดเดียวกัน สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ให้ใช้ฉนวน XLPE (โพลีเอทิลีนที่เชื่อมโยงกัน) ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการทำงานต่อเนื่องสูงสุดถึง 90°C

สุดท้าย ผลของแม่เหล็กไฟฟ้า—ผลผิวและผลใกล้ชิด—ลดพื้นที่ตัวนำที่มีประสิทธิภาพในระบบ AC สำหรับตัวนำแกนเดียวขนาดใหญ่ การใช้ตัวนำหลายเส้นขนานขนาดเล็กจะมีประสิทธิภาพในการควบคุมอุณหภูมิมากกว่าการใช้ตัวนำขนาดใหญ่เพียงเส้นเดียว
เรามีเครื่องคำนวณมืออาชีพ—โปรดเยี่ยมชมส่วนเครื่องคำนวณบนเว็บไซต์ของเราหากคุณต้องการ!