Gibt es Regeln für die Auswahl des Drahtquerschnitts für Einzelpulsanwendungen?

Ich versuche, Kabel für UL 508a-Panels zu dimensionieren. Ich habe die Anforderungen von UL für die Drahtstärke, aber diese Anforderungen gelten für den Dauereinsatz. Das Gerät, das ich entwerfe, läuft nur zwei Sekunden lang, mit Minuten oder Stunden zwischen den Läufen. Da die interessierenden Ströme 25, 50, 100 und 200 Ampere betragen, kann viel eingespart werden, wenn kein Draht verwendet wird, der für den Dauerbetrieb ausgelegt ist!

Gibt es eine geeignete Methode zur Dimensionierung von Drähten für Impulsanwendungen wie diese? Wenn die Dauerstrombelastbarkeit von (z. B.) 75C Kupferlitze 4 AWG 85 A beträgt, wie viel kann ich zwei Sekunden lang laufen lassen? Gibt es eine Faustregel? Irgendeine Gleichung? Ein Tisch? Angemessene Anwendung von Kalkül?

Eine Frage und ein Kommentar. Erstens, warum fragen Sie nicht einfach UL, was ihre Anforderungen in diesem Fall sind? Oder fragen Sie Ihren Drahtlieferanten, was er empfiehlt? Zweitens denke ich, dass der begrenzende Faktor hier die Stromdichte sein wird. Bei einem so kurzen Arbeitszyklus könnten Sie versucht sein, den Drahtquerschnitt so klein wie möglich zu halten, aber Sie können Fehler bekommen, wenn Ihre Stromdichte zu hoch ist, selbst wenn Ihr Arbeitszyklus wirklich niedrig ist. Ihr Kabelhändler hat möglicherweise Informationen zur maximalen Stromdichte.
Viele Kabeltabellen listen maximale Nennströme aus verschiedenen Quellen und unter verschiedenen Anwendungen auf (freie Luft, kanalisiert, in Geräten, Neumond ...). Die höchste davon dürfte in Ihrem Fall sicher sein, VORAUSGESETZT, DASS Sie die Dauer unter Fehlerbedingungen auf ein bekanntes Maximum begrenzen können und dass Sie die wahre maximale Amplitude kennen. Ich mag Chris Johnsons thermischen Input-in-Isolation-Ansatz, als ob er mit NO-Kühlung (geschlossenes System) verwendet wird und Ihnen eine absolut maximal tolerierbare Bewertung nach "Gesetzen der Physik" gibt. Tatsächlich wird ein Bruchteil davon sein.
Datenpunkt nur für Interessenten: Netzkabel für Verbraucher, die auf Kunststoff-Aufwickelspulen mit Griff geliefert werden, damit Benutzer sie nach Gebrauch wieder aufwickeln können, schmelzen, wenn sie bei Nennlast aufgewickelt werden :-)] dh die Langzeitenergie Input die verfügbare Kühlleistung übersteigt. Natürlich schmilzt die Isolierung und nicht der Draht.

Antworten (3)

Wenn diese Frage in einer Physikklausur stehen würde, würde ich sie wie folgt beantworten; ob das in der praxis sinnvoll ist, steht auf einem anderen blatt. Man müsste ziemlich sicher sein, dass kein Fehlerzustand länger als zwei Sekunden Strom fließen lässt.

Wir kennen aus der Spezifikation des Drahtes den Widerstand pro Meter R und die Kupfermasse pro Meter M. Angesichts des Stroms I wissen wir, dass die im Draht verbrauchte Leistung I^2 R pro Meter beträgt. Die pro Meter Draht dissipierte Gesamtwärmeenergie ist daher E=I^2 R t, wobei t=2 Sekunden die Zeit ist, für die der Strom aktiv ist. Wir (vorsichtig) schätzen, dass während dieser 2 Sekunden vernachlässigbare Wärme den Kupferdraht verlässt, und daher ist der Temperaturanstieg T gegeben durch

T=E/(MC) = I^2 R t / (MC)

wobei C die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist. Mit R und M muss ein Draht so gewählt werden, dass dieser Temperaturanstieg T akzeptabel ist.

Ich habe Rth berücksichtigt und gerade eine Tabelle erstellt, in der Ihr Ansatz mit meinem verglichen wird. Rth ist auf diesen Zeitskalen tatsächlich vernachlässigbar. Fünf Sekunden können einen Unterschied von 1 % ausmachen, und 30 Sekunden machen 5 % aus.
+1 Dies ist die Hälfte der erforderlichen Analyse. Dies ist jedoch nur in dem Fall angemessen, in dem es immer nur einen einzelnen Puls geben wird (dh effektiv unendliche Zeit zwischen Pulsen). Um die andere Hälfte der Analyse durchzuführen, müssen Sie den Betrag bestimmen, um den die Temperatur zwischen den Impulsen abfällt. Der Betrag, um den die Temperatur zwischen den Pulsen abfällt, muss größer sein als der Anstieg als Ergebnis des Pulses. Andernfalls trägt jeder Impuls dazu bei, die Temperatur auf immer höhere Werte zu erhöhen. Die Kühlung folgt mit ziemlicher Sicherheit dem Newtonschen Gesetz der Kühlung, daher sollte die Analyse einfach sein.
Tatsächlich ist dies nicht die ganze Geschichte. Es ist möglicherweise nicht einfach, einen geeigneten Koeffizienten für das Newtonsche Abkühlungsgesetz zu ermitteln, das eine Funktion der Dicke und der thermischen Eigenschaften der Drahtisolierung, möglicherweise auch des Gehäuses, sein wird.

Der Widerstand des Drahtes hat zwei Haupteffekte. Erstens verursacht es einen Spannungsabfall an der Last, und dieser ist unabhängig von der Einschaltdauer. Das zweite ist, dass es dazu führt, dass sich der Draht erwärmt, was zu einem Ausfall führen kann.

Im Allgemeinen sollte die Verkabelung in allen Anwendungen konservativ ausgelegt werden, da Sie wirklich nicht möchten, dass die Leitung selbst der Fehlerpunkt ist, selbst unter Fehlerbedingungen wie übermäßiger Einschaltdauer oder Überstrom. Der Draht muss dem Fehler standhalten, bis die Schutzausrüstung Zeit zum Ansprechen hat.

Der Widerstand ändert sich mit der Temperatur, sodass er indirekt mit der Einschaltdauer zusammenhängen kann.

In der Norm gibt es eine Strombelastbarkeitstabelle (Tabelle 36.1), die sich auf Leistungswiderstände bezieht (wie bei Motorbremswiderständen). Die kürzeste angezeigte "Einschaltzeit" (und der niedrigste Arbeitszyklus) beträgt 5 Sekunden an/75 Sekunden aus (6,25 % Arbeitszyklus). Unter diesen Bedingungen ermöglichen sie eine Leiterstrombelastbarkeit von 35 % des Motornennstroms. Es gibt ein bisschen mehr Informationen im Lead-In bezüglich unterschiedlicher Ein-/Auszeiten, aber die Bedeutung scheint etwas durcheinander zu sein.

Ob das nun auf Ihre Situation zutrifft oder nicht, darüber möchte ich nicht spekulieren. Es gibt Ihnen zumindest eine Vorstellung davon, was UL als sicher betrachtet, und das ist sicherlich notwendig, aber möglicherweise nicht ausreichend.

Wie andere bereits gesagt haben, müssten Sie einen Stromkreisschutz haben, der für die tatsächlich verwendete Drahtgröße geeignet ist, nicht für die Stoßströme.

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