Gibt es Regeln für die Auswahl der Drahtstärke für Einzelpulsanwendungen?

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Ich versuche, Draht für UL 508a-Platten zu dimensionieren. Ich habe die Anforderungen an die Drahtstärke von UL, 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 gespart werden, wenn kein Kabel für den Dauerbetrieb verwendet wird!

Gibt es eine geeignete Möglichkeit, die Größe von Drähten für solche Impulsanwendungen zu bestimmen? Wenn die Dauerstromstärke von (zum Beispiel) 75C Kupferlitzen mit 4 AWG 85 Ampere beträgt, wie viel kann ich zwei Sekunden lang laufen lassen? Gibt es eine Faustregel? Eine Gleichung? Ein Tisch? Angemessene Anwendung von Kalkül?

current wire gauge Stephen Collings
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Eine Frage und ein Kommentar. Warum fragen Sie UL nicht einfach nach ihren Anforderungen in diesem Fall? Oder fragen Sie Ihren Drahtlieferanten, was er empfiehlt? Zweitens denke ich, was hier der begrenzende Faktor sein wird, ist die Stromdichte. Bei einem so kurzen Arbeitszyklus könnten Sie versucht sein, mit der Drahtstärke so klein wie möglich zu werden, aber Sie können Fehler bekommen, wenn Ihre Stromdichte zu hoch ist, selbst wenn Ihr Arbeitszyklus wirklich niedrig ist. Ihr Kabelhersteller verfügt möglicherweise über Informationen zur maximalen Stromdichte.
Eric
In vielen Kabeltabellen sind die maximalen Nennströme aus verschiedenen Quellen und für verschiedene Anwendungen aufgeführt (freie Luft, Luftkanäle, Geräte, Neumond ...). Die höchste davon ist in Ihrem Fall sicher, vorausgesetzt, Sie können die Dauer unter Fehlerbedingungen auf ein bekanntes Maximum begrenzen und kennen die wahre maximale Amplitude. Ich mag Chris Johnsons Ansatz des isolierten thermischen Eingangs, als ob er ohne Kühlung (geschlossenes System) verwendet würde. Er gibt Ihnen eine absolute maximal tolerierbare Bewertung nach den "Gesetzen der Physik". Tatsächlich wird ein Bruchteil davon sein.
Russell McMahon
Nur-Interesse-Datenpunkt: Netzkabel für den Verbrauchergebrauch, die auf Kunststoff-Aufwickelspulen mit einem Griff geliefert werden, damit Benutzer sie nach Gebrauch wieder aufwickeln können, schmelzen, wenn sie bei Nennlast aufgewickelt werden :-)] dh die Langzeitenergie Eingang überschreitet die verfügbare Kühlleistung. Natürlich schmilzt die Isolierung und nicht der Draht.
Russell McMahon

Antworten:

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Wenn diese Frage in einer Physikprüfung wäre, würde ich sie wie folgt beantworten: ob dies in der Praxis eine vernünftige Idee ist, ist eine ganz andere Frage. Man müsste ziemlich sicher sein, dass kein Fehlerzustand den Strom länger als zwei Sekunden fließen lassen kann.

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 abgegebene Gesamtwärmeenergie beträgt daher E = I ^ 2 R t, wobei t = 2 Sekunden die Zeit ist, für die der Strom aktiv ist. Wir schätzen (konservativ), dass vernachlässigbare Wärme während dieser 2 Sekunden 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. Ein Draht muss mit R und M so gewählt werden, dass dieser Temperaturanstieg T akzeptabel ist.

Chris Johnson
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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 könnte es einen Unterschied von 1% machen, und 30 Sekunden macht es 5%.
Stephen Collings
+1 Dies ist die Hälfte der erforderlichen Analyse. Dies ist jedoch nur dann ausreichend, wenn es immer nur einen einzigen Impuls geben wird (dh effektiv eine unendliche Zeit zwischen den Impulsen). Um die andere Hälfte der Analyse durchzuführen, müssen Sie den Betrag bestimmen, um den die Temperatur zwischen den Impulsen abnimmt. Der Betrag, um den die Temperatur zwischen den Impulsen abnimmt, muss größer sein als der Anstieg infolge des Impulses. 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.
Alx9r
In der Tat ist dies nicht die ganze Geschichte. Es ist möglicherweise nicht einfach, einen geeigneten Koeffizienten für das Newtonsche Gesetz der Kühlung zu ermitteln, der von der Dicke und den thermischen Eigenschaften der Drahtisolierung, möglicherweise auch des Gehäuses, abhängt.
Chris Johnson
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Der Widerstand des Drahtes hat zwei Haupteffekte. Das erste ist, dass es einen Spannungsabfall an der Last verursacht, und dies ist unabhängig vom Arbeitszyklus. Das zweite ist, dass sich der Draht dadurch erwärmt, was zum Ausfall führen kann.

Im Allgemeinen sollte die Verkabelung in allen Anwendungen konservativ bewertet werden, da Sie wirklich nicht möchten, dass das Kabel selbst der Fehlerpunkt ist, selbst unter Fehlerbedingungen wie übermäßigem Arbeitszyklus oder Überstrom. Das Kabel muss dem Fehler standhalten, bis die Schutzausrüstung betriebsbereit ist.

Dave Tweed
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Der Widerstand ändert sich mit der Temperatur, sodass er indirekt mit dem Arbeitszyklus in Beziehung gesetzt werden kann.
Diego C Nascimento
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Die Norm enthält eine Strombelastbarkeitstabelle (Tabelle 36.1), die sich auf Leistungswiderstände bezieht (wie bei Motorbremswiderständen). Die kürzeste angezeigte "Einschaltzeit" (und der niedrigste Arbeitszyklus) beträgt 5 Sekunden ein / 75 Sekunden aus (6,25% Arbeitszyklus). Unter diesen Bedingungen ermöglichen sie eine Stromstärke des Leiters von 35% des Motor-FLA. Es gibt ein bisschen mehr Informationen im Lead-In zu verschiedenen Ein / Aus-Zeiten, aber die Bedeutung scheint etwas durcheinander zu sein.

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

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

Spehro Pefhany
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