¿Existen reglas para seleccionar el calibre de alambre para aplicaciones de pulso único?

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Estoy tratando de dimensionar el cable para los paneles UL 508a. Tengo los requisitos de calibre de cable de UL, pero esos requisitos son para uso continuo. El dispositivo que estoy diseñando solo se ejecutará durante dos segundos, con minutos u horas entre ejecuciones. Dado que las corrientes de interés son de 25, 50, 100 y 200 amperios, ¡hay mucho que ahorrar al no usar cables clasificados para uso continuo!

¿Hay una manera adecuada de dimensionar el cable para aplicaciones de pulso como este? Si la ampacidad continua de (por ejemplo) 75C de cobre trenzado de 4 AWG es de 85 amperios, ¿cuánto puedo correr durante dos segundos? ¿Hay alguna regla general? Alguna ecuación? ¿Una mesa? ¿Aplicación apropiada del cálculo?

current wire gauge Stephen Collings
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Una pregunta y un comentario. Primero, ¿por qué no le preguntas a UL cuáles son sus requisitos en este caso? ¿O pregunte a su proveedor de cables qué le recomiendan? En segundo lugar, creo que lo que será el factor limitante aquí es la densidad de corriente. Con un ciclo de trabajo tan corto, puede verse tentado a ser lo más pequeño posible con el calibre de cable, pero puede obtener fallas si su densidad de corriente es demasiado alta, incluso si su ciclo de trabajo es realmente bajo. Su proveedor de cable puede tener información sobre la densidad de corriente máxima.
Eric
Muchas tablas de cables enumeran las corrientes máximas nominales de diversas fuentes y bajo diversas aplicaciones (aire libre, conductos, en equipos, luna nueva ...). El más alto de estos es seguro en su caso, siempre que pueda limitar la duración a un máximo conocido en condiciones de falla y que conozca la amplitud máxima real. Me gusta la entrada térmica de Chris Johnson en un enfoque de aislamiento, ya que si se usa sin enfriamiento (sistema cerrado) le da una calificación tolerable máxima absoluta de "leyes de la física". Real será una fracción de esto.
Russell McMahon
Punto de datos solo de interés: cables de red para uso del consumidor que se suministran en bobinas de plástico con un asa para permitir a los usuarios enrollarlos nuevamente después del uso, derretir si se usa enrollado a la carga nominal :-)] es decir, la energía a largo plazo la entrada excede la capacidad de enfriamiento disponible. Por supuesto, el aislamiento se derrite y no el cable.
Russell McMahon

Respuestas:

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Si esta pregunta estuviera en un examen de física, la respondería de la siguiente manera; si esta es una idea sensata en la práctica es completamente otra cuestión. Uno debería estar bastante seguro de que ningún estado de falla podría dejar que la corriente fluya por más de dos segundos.

Sabemos por la especificación del cable la resistencia por metro R y la masa de cobre por metro M. Dada la corriente, I, sabemos que la potencia disipada en el cable es I ^ 2 R por metro. La energía calorífica total disipada por metro de cable es, por lo tanto, E = I ^ 2 R t, donde t = 2 segundos es el tiempo durante el cual la corriente está activa. Estimamos (conservadoramente) que un calor insignificante abandona el cable de cobre durante estos 2 segundos y, por lo tanto, el aumento de la temperatura T viene dado por

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

donde C es la capacidad calorífica específica del cobre. Se debe elegir un cable con R y M de manera que este aumento de temperatura T sea aceptable.

Chris Johnson
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Tomé en cuenta a Rth y acabo de ejecutar una hoja de cálculo que compara su enfoque con el mío. Rth es, de hecho, insignificante en estas escalas de tiempo. A los cinco segundos puede hacer un 1% de diferencia, y 30 segundos hace el 5%.
Stephen Collings
+1 Esta es la mitad del análisis necesario. Sin embargo, esto solo es adecuado en el caso de que solo haya un solo pulso (es decir, tiempo infinito entre pulsos). Para hacer la otra mitad del análisis, debe determinar la cantidad de disminución de la temperatura entre pulsos. La cantidad que disminuye la temperatura entre pulsos debe ser mayor que el aumento como resultado del pulso. De lo contrario, cada pulso contribuirá a aumentar la temperatura a valores cada vez más altos. El enfriamiento casi seguramente sigue la ley de enfriamiento de Newton, por lo que el análisis debe ser sencillo.
alx9r
De hecho, esta no es la historia completa. Es posible que no sea sencillo calcular el coeficiente apropiado para la ley de enfriamiento de Newton, que va a ser una función del grosor y las propiedades térmicas del aislamiento del cable, quizás también del recinto.
Chris Johnson
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La resistencia del cable tiene dos efectos principales. La primera es que causa una caída de voltaje en la carga, y esto es independiente del ciclo de trabajo. El segundo es que hace que el cable se caliente, lo que puede hacer que falle.

En general, el cableado debe tener una clasificación conservadora en todas las aplicaciones, porque realmente no desea que el cable sea el punto de falla, incluso en condiciones de falla, como un ciclo de trabajo excesivo o una sobrecorriente. El cable tiene que soportar la falla hasta que el equipo de protección tenga tiempo de operar.

Dave Tweed
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La resistencia cambiará con la temperatura, por lo que puede estar indirectamente relacionada con el ciclo de trabajo.
Diego C Nascimento
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Hay una tabla de ampacidad (Tabla 36.1) en el estándar que se refiere a las resistencias de potencia (como en las resistencias de frenado de motor). El "tiempo de encendido" más corto (y el ciclo de trabajo más bajo) que se muestra es 5 segundos encendido / 75 segundos apagado (6.25% ciclo de trabajo). En esas condiciones, permiten la ampacidad del conductor del 35% del motor FLA. Hay un poco más de información en la entrada con respecto a diferentes tiempos de encendido / apagado, pero el significado parece algo confuso.

Ahora, ya sea aplicable o no a su situación, no quisiera especular. Al menos le da una idea de lo que UL considera seguro, y eso es ciertamente necesario, pero puede no ser suficiente.

Como han dicho otros, tendría que tener algún tipo de protección de circuito adecuada para el tamaño del cable que está utilizando realmente, no para las sobretensiones.

Spehro Pefhany
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