Diagrama de intensitate a cuprului: aplicații, criterii de selecție și îndrumări practice

Un conductor de cupru de 4/0 AWG apare de trei ori într-o diagramă standard de intensitate de cupru: 195 A la 60 °C, 230 A la 75 °C și 260 A la 90 °C. Fiecare cifră este corectă și niciuna dintre ele nu este automat numărul de care are nevoie un proiect. Valoarea care aparține unui program de cablu este cea mai mică dintre cele trei limite, și anume ampacitatea redusă a conductorului, temperatura nominală a terminației pe care aterizează și efectul temperaturii ambientale și al grupării.

Acesta este răspunsul scurt și merită menționat înainte de orice tabel: citiți graficul înapoi de la cea mai slabă componentă a circuitului, aplicați corecțiile și mărimea rezultatului. Dimensionarea direct din coloana de 90 °C este modul în care un design ajunge să fie optimist cu 20–30% înainte ca cineva să verifice ratingul imprimat pe ureche.

Ce măsoară de fapt o diagramă de intensitate a cuprului

Ampacitatea este curentul continuu maxim pe care un conductor îl poate transporta în timp ce izolația sa rămâne în limitele temperaturii nominale și îmbătrânește la o rată previzibilă. Este mai degrabă o limită termică decât una electrică. Un conductor de cupru are aceeași rezistență la 10 A și la 200 A, dar căldura pe care o generează crește odată cu pătratul curentului, în timp ce căldura pe care o revarsă depinde de suprafața, metoda de instalare și temperatura din jur.

Șase intrări mută numărul pe pagină: secțiune transversală în AWG, kcmil sau mm²; materialul conductorului și gradul de conductivitate; izolație și temperatura jachetei; metoda de instalare, cum ar fi aer liber, canal de rulare, tavă sau conductă îngropată; temperatura mediului ambiant; și numărul de conductori purtători de curent care împart aceeași carcasă. Schimbați oricare dintre ele și același cupru poate fi enumerat la douăzeci sau treizeci de amperi una de alta.

Două convenții trebuie verificate înainte de a cita orice număr. Tabelele AWG și kcmil presupun de obicei 30 °C aer ambiental și o umplere definită a conductei, în timp ce tabelele IEC pot presupune 30 °C în aer, dar 20 °C în sol, cu diferiți factori de grupare. O valoare de 25 mm² ridicată dintr-un tabel IEC nu se va alinia perfect cu o listă AWG, deoarece 25 mm² se află între 4 AWG la aproximativ 21,2 mm² și 3 AWG la aproximativ 26,7 mm². Amestecarea celor două sisteme într-un singur program este o sursă comună de confuzie în etapa de licitație.

De ce același cupru arată trei amplitudini diferite

Cele trei coloane există deoarece izolația eșuează pe o curbă de temperatură. Compușii din PVC sunt de obicei evaluați la 70 °C sau 75 °C, XLPE și EPR ating 90 °C, iar coloana de 60 °C supraviețuiește în principal pentru izolația de cauciuc moștenită și pentru echipamentele marcate pentru terminații de 60 °C. Un conductor de 90 °C nu este „cupru mai bun”; este același cupru cu izolație care tolerează mai multă căldură înainte să se fragilizeze sau să se deformeze.

A doua limită se află la capetele cablului. Blocurile terminale, clemele și plăcuțele întrerupătoarelor sunt evaluate separat, iar regula comună este că se presupune că circuitele de peste 100 A folosesc terminații de 75 °C, dacă echipamentul nu este marcat altfel. Un cablu XLPE de 90 °C aterizat pe un terminal de 75 °C este, prin urmare, limitat la valoarea de 75 °C, iar spațiul termic suplimentar devine util doar atunci când este consumat prin derating.

Aceasta este concluzia practică pentru munca de specificare: alegeți produsul de 90 °C pentru spațiul de cap pe care vi-l oferă în camerele centralelor fierbinți și tăvile aglomerate, dar nu prezentați niciodată coloana de 90 °C ca valoare nominală a circuitului fără a confirma terminarea. Acolo unde cei doi nu sunt de acord, numărul mai mic guvernează, iar diferența explică adesea de ce doi furnizori citează același cablu cu afirmații curente suspect de diferite.

Ampacitatea cuprului după dimensiune: unde curba se îndoaie

Ampacitatea nu crește cu secțiunea transversală. Trecerea de la 6 AWG la 500 kcmil înmulțește aria conductorului cu aproximativ nouăsprezece, dar ampacitatea la 90 °C crește doar de la 75 A la 430 A, un factor de aproximativ 5,7. Căldura părăsește conductorul prin suprafața sa, iar suprafața crește mai degrabă cu diametrul decât cu suprafața, astfel încât fiecare milimetru pătrat suplimentar de cupru cumpără puțin mai puțin curent decât cel dinainte.

Barele sunt scalate la 430 A. Diferența vizuală dintre cele două evaluări se micșorează în termeni absoluti pe măsură ce dimensiunea crește, motiv pentru care penalitățile de derating îi rănesc pe conductorii mici proporțional mai mult decât pe cei mari.

Această îndoire are două consecințe practice. În primul rând, mai mulți conductori paraleli mai mici pot disipa căldura mai bine decât un conductor mare de aceeași suprafață totală, dar fiecare cursă paralelă atrage apoi factori de grupare și fiecare rulare are nevoie de propriul spațiu de terminare. În al doilea rând, căderea de tensiune se comportă în direcția opusă căldurii, astfel încât cursele lungi sunt de obicei conduse de cădere, mai degrabă decât de coloana de curent, iar un conductor care trece controlul de amperitate poate încă eșua verificarea căderii cu o marjă largă.

Derating: corecțiile care schimbă numărul final

Factorii de corecție sunt acolo unde valorile diagramei se transformă în valori de proiectare. Secvența de mai jos este cea care merită urmată, folosind un conductor de cupru 1/0 AWG XLPE ca carcasă lucrată.

1. Porniți de la valoarea din tabel la gradul de izolare: 170 A la 90 °C.
2. Aplicați corecția ambientală. La 45 °C aer, factorul pentru un conductor de 90 °C este de aproximativ 0,87, dând aproximativ 148 A.
3. Aplicați factorul de grupare pentru numărul de conductori încărcați care împart calea de rulare. Sase conductori folosesc de obicei 0,80, oferind aproximativ 118 A.
4. Comparați cu limita de terminare de 150 A la 75 °C. Terminarea nu este constrângerea obligatorie aici.
5. Aplicați regula sarcinii continue, care necesită ca conductorul să fie evaluat la cel puțin 125% din sarcina continuă. Sarcina continuă utilizabilă scade la aproximativ 94 A.

Rulați același conductor pe urechi de 60 °C și imaginea se schimbă din nou: capacul scade la 125 A, iar după aceleași corecții circuitul este limitat la aproximativ 87 A. Un proiectant care a citit doar coloana de 90 °C ar fi supraevaluat capacitatea cu aproape 100% înainte de a fi aplicate corecțiile și cu aproximativ 35% după acestea. Acest decalaj este costul real al unei referințe grafice neverificate și este mult mai ieftin de prins pe hârtie decât în ​​timpul punerii în funcțiune.

Ampacitatea nu este întreaga poveste pentru conductorii de împământare

Conductoarele de împământare sunt dimensionate diferit. Conductorul de împământare a echipamentului este, în general, selectat dintr-un tabel corelat cu valoarea nominală a dispozitivului de supracurent din amonte, mai degrabă decât pentru curentul de încărcare: un dispozitiv de 200 A necesită 6 AWG cupru, 400 A pentru 3 AWG, 600 A pentru 1 AWG, iar scara continuă în sus cu ratingul dispozitivului. Diagrama de ampacitate vă spune foarte puține despre această selecție.

Ceea ce guvernează în schimb este rezistența pe timp scurt. Verificarea adiabatică este S = √(I²t) / k, unde S este aria conductorului în mm², I curentul de defect în amperi, t timpul de curățare în secunde și k o constantă de material și izolație: aproximativ 143 pentru cuprul cu izolație PVC și 176 pentru cuprul cu XLPE, luat din IEC 60364-5-54. Prin urmare, un conductor de împământare din cupru din PVC de 35 mm² absoarbe aproximativ 5 kA timp de o secundă. Timpi mai lungi de curățare sau niveluri mai mari de defect împing zona rapid în sus, motiv pentru care setările de protecție și dimensiunea conductorului sunt întotdeauna revizuite împreună.

Aceeași logică explică de ce hardware-ul de împământare este specificat mai degrabă prin rezistența comună și rezistența la scurtcircuit decât prin ampacitatea continuă și de ce întrebarea de rezistență de bază merită propria sa revizuire. Mecanica din spatele acestei verificări este prezentată în această notă despre cât de mult suportă conductorii de legare la pământ în timpul unei defecțiuni , care se potrivește bine cu valorile graficului de mai sus.

Împământare sârmă de cupru pentru împământare Conductor de împământare din cupru, de înaltă puritate, disponibil în forme rigide, moale sau cositorite, potrivite pentru împământarea echipamentelor de alimentare în cazul în care este revizuită rezistența la curent de defect. Vizualizare produs →

Bară de împământare din cupru fără oxigen pentru împământare Bară de cupru fără oxigen de o calitate, cu până la 99,97% cupru și rezistivitate scăzută, relevantă atunci când se compară valorile barelor colectoare goale și bazele de creștere a temperaturii pentru proiectele de împământare. Vizualizare produs →

Bara de cupru goală și conductorii de cupru torți se comportă diferit față de cablul izolat în aceste calcule. O bară nu are manta să-și limiteze temperatura, dar evaluările barelor publicate variază cu 30-50% între surse, deoarece orientarea, distanța, condițiile de plen și creșterea permisă a temperaturii diferă toate. Când comparați o bară de 25 × 3 mm cotată la 250 A cu una cotată la 350 A, verificați baza creșterii temperaturii înainte de a presupune că oricare este greșită.

Ce să puneți pe comanda de achiziție

Deoarece o mare parte din diagramă depinde de context, documentul de comandă ar trebui să conțină numerele care o rezolvă. Specificați standardul conductorului (IEC 60228 clasa 2 pentru cuprul plin, sau ASTM B8 în cazul în care se aplică dimensionarea imperială), secțiunea transversală nominală și rezistența maximă DC la 20 °C: 25 mm² cupru nu trebuie să depășească aproximativ 0,727 Ω/km și 95 mm² aproximativ 0,193 Ω/km. Precizați tipul de izolație și temperatura nominală, clasa de eșuare și standardul pe care îl va urma certificatul de testare.

În cazul în care oțelul placat cu cupru sau aluminiul placat cu cupru este propus ca înlocuitor, calitatea contează mai mult decât diametrul. Oțelul placat cu cupru este oferit în mod normal la o conductivitate IACS de 21%, 30% sau 40%, astfel încât un grad de 40% transportă aproximativ 40% din curentul conductorului solid de cupru de aceeași dimensiune. Un furnizor care citează doar „copper-clad” fără gradul de conductivitate nu a răspuns la întrebare.

Toleranțele sunt riscul comercial liniștit. Un conductor alimentat cu 2% sub diametrul nominal își pierde aproximativ 4% din secțiunea transversală, ceea ce arată ca câteva procente de rezistență suplimentară și câteva grade de temperatură de funcționare suplimentară pe parcursul anilor de funcționare. Etrierele de pe un conductor spiralat nu sunt de încredere; cântărirea unei lungimi măsurate sau măsurarea rezistenței pe un pod, rezolvă argumentul în câteva minute.

Conector flexibil de împământare împletit cu cupru Conector de împământare cu împletitură flexibilă de cupru sau folie cu urechi din cupru presat fără oxigen, placat cu argint sau cositor, pentru căi cu rezistență scăzută în care performanța articulațiilor contează. Vizualizare produs →

Conectorii flexibili, împletiturile și jumperii merită aceeași disciplină, deoarece ampacitatea lor este limitată mai degrabă de articulație și de ureche decât de conductorul în sine. Cumpărătorii care lucrează printr-o listă de materiale leagă adesea aceste articole înapoi la intervalul conductorului de împământare, astfel încât o specificație să acopere întreaga cale de împământare; intervalul firului de împământare din cupru este un punct de referință util atunci când se consolidează acele elemente rând.

Verificări care merită făcute înainte de a vă angaja

1. Confirmați temperatura nominală a fiecărei terminații din circuit, nu doar a cablului.
2. Înregistrați temperatura ambientală de proiectare și numărul de conductoare încărcate pe cale de rulare; ambele sunt necesare pentru a justifica cifra redusă.
3. Verificați dacă diagrama pe care o citiți este construită pe ipoteze AWG sau metrice și nu interpolați niciodată între cele două sisteme.
4. Verificați nivelul de defecțiune și timpul de curățare a conductorilor de împământare și de legătură, deoarece puterea de putere singură nu le dimensionează.
5. Solicitați date de rezistență și gradul de conductivitate pentru orice alternativă placată cu cupru.

O diagramă de intensitate de cupru este un punct de plecare, nu un răspuns. Numărul care supraviețuiește revizuirii este cel care a fost redus în funcție de limitele ambientale, de grupare și de terminare și apoi verificat împotriva rezistenței la defecțiuni acolo unde conductorul este acolo pentru a proteja oamenii, mai degrabă decât pentru a transporta sarcina.