Розмір медного провідника в залежності від підвищення температури у вимикачах напруги 145 кВ

Зв'язок між поточним підвищенням температури відключувача на 145 кВ та розміром медного провідника полягає у балансуванні пропускної здатності струму та ефективності теплообміну. Поточне підвищення температури означає максимальний безперервний струм, який може проводити провідник без перевищень вказаного ліміту підвищення температури, а розмір медного провідника безпосередньо впливає на цей параметр.

Розуміння цього зв'язку починається з фізичних властивостей матеріалу провідника. Провідність, опор провідності та коефіцієнт теплового розширення міді визначають і генерацію тепла при навантаженні, і швидкість теплообміну. Більші площі поперечного перерізу зменшують опір на одиницю довжини, отже, при тій самій силі струму генеруються менше тепла. Наприклад, медний дріт з площею поперечного перерізу 2,5 мм² демонструє нижче підвищення температури, ніж дріт з площею 1,5 мм² при проводженні 20 А.

При виборі розміру провідника повинні бути оцінені три ключових фактори:

• Характеристики навантаження, включаючи величину коливань струму та тривалість. Обладнанню з частими запусками/зупинками або короткотривалими перегрузками слід врахувати вплив тимчасового підвищення температури на ізоляцію.

• Оточуюча температура: Вища оточуюча температура потребує більших провідників для компенсації додаткового термального напруження.

• Метод встановлення: Закриті каналопроводи мають поганий теплообмін; розмір провідника повинен бути збільшений принаймні на 20% по відношенню до відкритих встановлень.

Критичні пороги можна оцінити за допомогою формули:
ΔT = (I² · R · t) / (m · c)
де I — струм, R — опір на одиницю довжини, t — час, m — маса провідника, c — питома теплоємність. На практиці часто використовуються таблиці для швидкого звертання—наприклад, при оточуючій температурі 40°C, стандартні дроти BV мають такі значення: 1,5 мм² → 16 А, 2,5 мм² → 25 А, 4 мм² → 32 А.

Потрібно уникати типових помилок. Деякі вважають, що просто збільшення розміру провідника вирішує проблему перегріву, але погана контактна зв'язка, окислення в з'єднаннях або розслаблені з'єднання можуть спричинити локальні гарячі точки. У одного випадку, погано зігнутий з'єднання 4 мм² мідний провідник досяг 120°C при лише 15 А, значно перевищуючи загальне підвищення температури провідника 65°C.

Чистота міді значно впливає на підвищення температури. Безкиснева мідь (99,9% Cu) має на 8–12% менший опір, ніж вторсина, що дозволяє ~10% більшу пропускну здатність при тій же площі. Рекомендується використовувати медні дроти, які відповідають стандартам GB/T 395 для електротехнічних застосувань.

Стратегії практичного застосування можна структурувати на три рівні:

• Рівень 1 (Базове супровідство): Виберіть розмір провідника на основі 1,2× номінального струму.

• Рівень 2 (Динамічна компенсація): Застосуйте корекцію для коефіцієнта потужності—индуктивні навантаження потребують провідників більшого розміру на 5–8%.

• Рівень 3 (Проектування з резервуванням): Зарезервуйте 20% маржі струму на критичних лініях для неочікуваних вибухів.

Теплообмін можна підвищити за допомогою структурних та матеріальних покращень:

• Провідники з розміченням надають >30% більша поверхня, ніж однорідні дроти.

• Оліювання знижує контактний опір на 15–20%.

• У закритому комутаційному обладнанні, заміна пучків кабелів на медні шини підвищує теплообмін на 40%, а також зменшує точки з'єднання.

Інтервали технічного обслуговування впливають на довгострокову стабільність. Перевіряйте затягненість з'єднань кожні 500 годин роботи, використовуйте теплове зображення для моніторингу розподілу температури та своєчасно замінюйте окислені з'єднання. У вологих середовищах застосовуйте антикорозійні покриття, щоб запобігти електрохімічному виробленню, яке збільшує опір.

Спеціальні сценарії потребують спеціальних підходів:

• Обладнання високої частоти (>1 кГц): Ефект шкіри стає значним; використовуйте кілька паралельних тонких провідників замість одного товстого.

• Несиметричні трифазні системи: Розмірюйте провідники на основі найвищого струму фази; нейтральні провідники не повинні бути меншими, ніж фазові провідники.

Експериментальне підтвердження є необхідним. Побудуйте тестову установку та працюйте при 1,5× номінального струму протягом 2 годин, записуючи криві підвищення температури в критичних точках. Критерії прийняття: Оточуюча температура + Підвищення температури провідника ≤ Тепловий рейтинг ізоляції (наприклад, ≤70°C для ПВХ).

Геометрія розташування кабелів впливає на охолодження:

• Зберігайте відстань ≥2× діаметр кабелю для паралельних прокладок.

• Вертикальне встановлення підвищує теплообмін на 15–20% краще, ніж горизонтальне розташування—передайте для ліній з великим струмом.

• Мінімальний радіус згину повинен бути ≥6× діаметр провідника, щоб уникнути локальне зловлення тепла.

Моніторуйте старіння провідника динамічно: при нормальному використанні, опір міді збільшується ~0,5% щорічно. Після п'яти років переоцініть пропускну здатність. Встановіть датчики температури в критичних вузлах та реалізуйте реальні часові пороги попередження.

Мідно-алюмінієві перехідні з'єднання потребують особливої уваги. Гальванічне корозія відбувається на межі різних металів — завжди використовуйте сертифіковані біметалеві з'єднувачі та наносіть антиоксидантну змастку. Один аналіз відмови підстанції показав, що незахищені Cu-Al з'єднання в вологих умовах трьома місяцями подвійно збільшили контактний опір, що призвело до розплавлення.

Також слід врахувати спад напруги, особливо при довгих прокладках. Забезпечте, щоб напруга на кінцевих з'єднаннях залишалася ≥95% від номінального значення. Коли застосовуються обмеження як по температурному підвищенню, так і по спаду напруги, виберіть розмір провідника, який диктується стрімкішим вимогами.

Термічний опір ізоляції має значний вплив. Термічна провідність суттєво відрізняється — наприклад, силиконова гума має удвічі більшу провідність, ніж ПВХ, що дозволяє передавати 8–12% більший струм при однаковому розмірі. Для високотемпературних застосувань використовуйте ізоляцію XLPE (сшитий поліетилен), яка розрахована на безперервну роботу до 90°C.

Нарешті, електромагнітні ефекти — ефект шкіри та ефект близькості — зменшують ефективну площу провідника в AC системах. Для великих одноядерних провідників, використання декількох менших паралельних провідників більш ефективне для контролю температури, ніж один надмірно великий.
Ми пропонуємо професійний калькулятор — будь ласка, відвідайте розділ Калькулятор на нашому сайті, якщо вам потрібен!