EuroWire May 2015

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Artículo técnico
Mayo de 2015 109
El modelo fue realizado para reproducir
el método de medición propuesto[3], y
permitir la comparación entre teoría y
práctica. Para ello, se dispusieron cinco
cables linealmente para poder prever
de manera fiable el comportamiento
térmico en el centro del cable sin tener
que incluir otros cables en un modelo que
hubiera requerido recursos de cálculo más
potentes.
Para representar las partes constituyentes
del cable U/FTP 26AWG Cat6A se aplicaron
propiedades del material como capacidad
térmica a presión constante, densidad y
conductividad térmica. Estas propiedades
fueron aplicadas al conductor de cobre
(Cu), a la cinta de aluminio/PET (Al/PET),
a la cubierta de baja emisión de humo y
sin alógenos (LSZH) y al aislamiento de
poliolefina, véase la Figura 1. En el modelo
se consideraron los mecanismos de
conducción, convección y transferencia de
calor por radiación[5].
Se aplicó energía eléctrica simulada a un
par de cada cable del modelo. Se utilizó un
solucionador estacionario para determinar
el comportamiento térmico para (a), punto
en el centro de uno de los conductores
energizados (véase la posición de la sonda
en la Figura 1) , y (b), un gráfico 2-D de la
temperatura de la sección transversal,
Figura 2 . Del gráfico 2-D, y como se
esperaba, la temperatura máxima del
sistema preparado es evidente cerca de los
conductores energizados.
Método de prueba
y resultados
Se aplicó el método de prueba propuesto
por el Subcomité 46C de la IEC[3] para
establecer el aumento de la temperatura
en el conductor causado por la
alimentación de CC. Este método incluía
la medición de la tensión suministrada y
la temperatura de la cubierta usando una
muestra de 100 metros de cable enrollada
en un carrete y colocada dentro de una
cámara ambiental a una temperatura fija
de 20°C, véase la Figura 3.
Este método fue seguido usando una
muestra de cable U/FTP Cat6A con
conductores de cobre macizo de 26AWG,
como se simula en la sección 2.
La muestra de cable fue mantenida a 20°C
durante al menos 16 horas antes de la
prueba. A lo largo de la cubierta, a la mitad
del cable, se puso un termopar de tipo J.
Usando una fuente de alimentación de
sobremesa Keithley 2200-60-2 (60V, 2,5A)
con funcionamiento en modo de corriente
constante, se aplicó una corriente (I)
de 0,6A al par bajo prueba poniendo
en cortocircuito el otro extremo de la
muestra.
Los datos de temperatura y tensión fueron
registrados a intervalos de 15 segundos
usando el software LabVIEW de National
Instruments.
La temperatura de la muestra de cable
aumentó por efecto Joule, después de un
cierto tiempo, la temperatura se estabilizó.
Entonces, el calentamiento producido
por la llegada de alimentación CC alcanzó
un valor igual a la energía desprendida
por la muestra y la temperatura no pudo
aumentar más.
La resistencia del conductor fue calculada
en base a la tensión medida justo
después de dar corriente (U0), ecuación
(1), y después de que la temperatura se
estabilizara (UT), ecuación (2). Luego,
se calculó el cambio (o variación) de
temperatura del conductor (Δt) usando la
resistencia inicial (R20) y la estabilizada (Rt),
ecuación (3).
Esta metodología fue repetida usando
cuatro valores de corriente (I) distintos, es
decir 1,0A, 1,4A, 1,8A y 2,2A. La Figura 4
muestra el cambio de temperatura en el
conductor respecto al nivel de corriente
CC simulada en la sonda (véase la Figura 1)
y calculada a partir de la medición.
Los resultados muestran una relación
lineal ya sea en el caso de la variación
de temperatura del conductor, ya sea
en el caso de la corriente representada
en escalas logarítmicas. En base a
esta relación, fue posible aplicar una
aproximación, en el formato Δt=x* Iy, que
se podía usar para prever el aumento de
temperatura del conductor para valores de
corriente fuera de la gama medida.
Para el cable U/FTP 26AWG Cat6A la
aproximación fue:
(INSERT IMAGE/CALCULATION 1 HERE)
Usando la aproximación, una corriente de
3A causaría un aumento de temperatura
de 20,7°C en un solo cable en un entorno
con temperatura fija de 20°C.
La correlación entre resultados simulados
y medidos fue estudiada más desde
un punto de vista estadístico usando
una prueba t por parejas (Paired t-test)
mediante software Minitab[7].
La Figura 5 muestra un gráfico de
valores individuales de las diferencias de
temperatura entre simulación y medición,
Muestra de
cable Termopar
Temperatura (ºC)
Cables de alimentación CC
▲ ▲ Figura 2: Gráfico de la temperatura de la sección transversal
▲ ▲ Figura 3: Configuración de la medición
donde