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Articolo tecnico
Maggio 2015
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www.read-eurowire.comPer rappresentare le parti costituenti del
cavo U/FTP 26AWG Cat6A, sono state
applicate proprietà del materiale quali
la capacità termica a pressione costante,
la densità e la conduttività termica.
Queste proprietà sono state applicate
al conduttore di rame (Cu), al nastro di
alluminio/PET (Al/PET), al rivestimento a
bassa emissione di fumo e privo di alogeni
(LSZH) e all’isolamento poliolefinico (cfr.
Fig. 1
). Per questo modello sono stati
considerati i meccanismi di conduzione,
convezione e trasferimento di calore per
irraggiamento
[5]
.
È stata applicata l’energia elettrica
simulata ad una coppia di ciascun cavo
del modello. É stato utilizzato un risolutore
fisso per determinare il comportamento
termico per (a), un punto al centro di
uno dei conduttori energizzati (si veda
la posizione della sonda nella
Figura 1
), e
(b), un grafico 2-D della temperatura della
sezione trasversale (cfr.
Fig. 2
).
Come previsto, nel grafico 2-D la
temperatura
massima
del
sistema
predisposto è evidente in prossimità dei
conduttori energizzati.
Metodo di
prova e risultati
È stato applicato il metodo di prova
proposto dal Sottocomitato 46C dell’IEC
[3]
per stabilire l’aumento della temperatura
nel conduttore causato dall’alimentazione
di CC. Questo metodo prevedeva la
misurazione della tensione fornita e la
temperatura del rivestimento utilizzando
un campione di 100 metri di cavo avvolto
su un aspo e posizionato all’interno di una
camera climatica ad una temperatura fissa
di 20°C (cfr.
Fig. 3
). Questo metodo è stato
seguito utilizzando un campione di cavo
U/FTP Cat6A con conduttori di rame di
26AWG, come simulato nella sezione 2.
Il campione di cavo è stato condizionato
a 20°C per almeno 16 ore prima della
prova. Lungo il rivestimento, a metà del
cavo, è stata collocata una termocoppia
del tipo J. Utilizzando un alimentatore
da banco Keithley 2200-60-2 (60V, 2,5A)
con funzionamento a corrente costante, è
stata applicata una corrente (I) di 0,6A alla
coppia sottoposta alla prova ponendo in
cortocircuito l’altro estremo del campione.
I dati della temperatura e della tensione
sono stati registrati a intervalli di 15
secondi utilizzando il software LabVIEW di
National Instruments.
La
temperatura
del
campione
di
cavo è aumentata per effetto del
riscaldamento Joule e, dopo un certo
tempo, si è stabilizzata. A questo punto, il
riscaldamento dovuto all’alimentazione
di CC ha raggiunto lo stesso valore
dell’energia
irradiata
del
campione
evitando un ulteriore aumento della
temperatura.
La resistenza del conduttore è stata
calcolata in base alla tensione misurata
immediatamente
dopo
l’accensione
dell’alimentazione (U
0
), equazione (1), e
dopo la stabilizzazione della temperatura
(U
T
), equazione (2). Quindi, è stata
calcolata la variazione (o Delta) della
temperatura
del
conduttore
(Δt)
utilizzando la resistenza iniziale (R
20
) e
stabilizzata (R
t
), equazione (3).
Questa metodologia è stata ripetuta
utilizzando quattro valori di corrente
(I) distinti, ovvero 1,0A, 1,4A, 1,8A e
2,2A. La
Figura 4
mostra la variazione
di temperatura nel conduttore rispetto
al livello di corrente CC simulata nella
sonda (cfr.
Fig. 1
) e calcolata a partire dalla
misurazione.
I risultati mostrano una correlazione
lineare sia nel caso della variazione di
temperatura (Delta) del conduttore, sia
nel caso della corrente rappresentata in
scale logaritmiche. Sulla base di questa
relazione, è stato possibile applicare
un’approssimazione, nel formato Δ
t
=
x
*
I
y
,
che si poteva utilizzare per prevedere
l’aumento di temperatura del conduttore
per valori di corrente fuori dalla gamma
misurata.
Per il cavo U/FTP 26AWG Cat6A
l’approssimazione è stata la seguente:
Utilizzando
l’approssimazione,
una
corrente di 3A determinerebbe un
aumento di temperatura di 20,7°C in
un singolo cavo con una temperatura
ambientale fissa di 20°C. La correlazione
fra i risultati simulati e misurati è stata
studiata più a fondo da un punto di vista
statistico utilizzando un test t per dati
appaiati (
Paired t-test
) mediante software
Minitab
[7]
.
La
Figura 5
mostra un grafico di valori
individuali delle differenze di temperatura
fra la simulazione e la misurazione,
che evidenzia inoltre un intervallo di
confidenza del 95% basato su queste
differenze. I risultati indicano che si
prevede che il 95% dei valori aggiuntivi
simulati e misurati rientri nel campo
di
variazione
±0,1,
confermando
un’eccellente correlazione.
Come tale, non si può escludere l’ipotesi
nulla di differenza zero fra i valori medi dei
due gruppi di dati.
Δ temperatura del conduttore (ºC)
Campione
di cavo
Termocoppia
Cavi di alimentazione CC
▲
▲
Figura 2
:
Grafico della temperatura della sezione trasversale
▲
▲
Figura 3
:
Impostazione della misurazione
dove