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Technischer artikel
Mai 2015
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www.read-eurowire.com(Cu)-Leiter,
auf
Aluminium/PET
(Al/
PET)-Band, auf raucharme, halogenfreie
(LSZH)
Hülle
und
auf
Polyolefin-
Isolierung angewendet (siehe
Abb. 1
).
Leitungs-, Konvektions- und Strahlungs-
Wärmeüber tragungsmechanismen
[5]
wurden im Modell berücksichtigt.
An einem Aderpaar je Kabel im Modell
wurde simulierte elektrische Energie
angelegt. Ein starrer Auslöser wurde
benutzt, um das Wärmeverhalten zu
ermitteln für (a), einen Punkt in der Mitte
einer der spannungsführenden Leiter
(siehe Position der Sonde in
Abb. 1
), und
(b), ein 2D-Diagramm der Temperatur
des Querschnitts (
Abb. 2
). Aus dem
2-D-Diagramm geht, wie zu erwarten war,
die Höchsttemperatur des Systems in der
Nähe der spannungsführenden Leiter
hervor.
Prüfmethode
und Ergebnisse
Die
vom
IEC-Unterkomitee
46C
[3]
vorgeschlagene
Prüfmethode
wurde
angewendet,
um
den
durch
die
GS-Speisung
verursachten
Anstieg
der
Leitertemperatur
festzustellen.
Diese Methode umfasste die Messung
der gelieferten Spannung und der
Manteltemperatur bei Verwendung einer
100m langen Kabelprobe, die um eine
Spule gewickelt in einer Klimakammer
bei einer festgelegten Temperatur von
20°C platziert wurde (siehe
Abb. 3
). Bei
diesem Verfahren kam einer Cat6A U/
FTP-Kabelprobe mit 26AWG-Leitern aus
massivem Kupfer zum Einsatz, wie im
Abschnitt 2 simuliert.
Die Kabelprobe wurde vor dem Test
bei 20°C über mindestens 16 Stunden
konditioniert. Ein Thermoelement des
J-Typs wurde entlang der Hülle auf halber
Strecke des Kabels angebracht.
Mit
einem
Labornetzgerät
Keithley
2200-60-2 (60V, 2,5A) im Konstantstrom-
Betrieb wurde an das zu prüfende
Aderpaar 0,6A Strom (I) angelegt, wobei
das ferne Ende der Probe kurzgeschlossen
wurde. Temperatur- und Spannungsdaten
wurden in Abständen von 15 Sekunden
über die LabVIEW Software
[6]
von National
Instruments erfasst.
Die Temperatur der Kabelprobe stieg
wegen des Joule-Erwärmungseffekts, und
nach einer gewissen Zeit stabilisierte sie
sich.
Die Erwärmung durch die GS-Speisung
glich sich zu diesem Zeitpunkt der
Strahlungsleistung der Probe an, und
ein weiterer Temperaturanstieg wurde
verhindert.
Der Leiterwiderstand wurde ausgehend
von der Spannung unmittelbar nach dem
Einschalten des Stroms (U
0
), Gleichung (1)
und nach der Temperaturstabilisierung
(U
T
), Gleichung (2) berechnet. Daraufhin
wurde die Änderung (oder das Delta) der
Leitertemperatur (Δt) unter Verwendung
des Anfangswiderstands (R
20
) und des
stabilisierten Widerstands (R
t
), Gleichung
(3) errechnet.
Diese Vorgehensweise
wurde
unter
Anwendung von vier unterschiedlichen
Stromwerten (I) wiederholt, d. h. 1,0A,
1,4A, 1,8A und 2,2A.
Abb.
4
zeigt
die
Änderung
der
Leitertemperatur
im
Vergleich
zum
Gleichstromniveau, das bei der Probe
simuliert (siehe
Abb. 1
) und anhand der
Messung errechnet wurde.
Die Ergebnisse zeigen ein lineares
Verhältnis
sowohl
mit
der
Delta-
Leitertemperatur als auch mit dem Strom,
das auf logarithmischen Skalen graphisch
dargestellt wird.
Basierend
auf
diesem
Verhältnis
konnte anhand einer Approximation
im Format Δ
t
=
x
*
I
y
eine Vorhersage des
Temperaturanstiegs im Leiter für die
Stromwerte außerhalb des gemessenen
Spektrums erfolgen.
Für das Cat6A 26 AWG U/FTP-Kabel erwies
sich folgende Approximation:
Gemäß der Approximation würde ein
Strom von 3A in einem Einzelkabel bei
einer festgelegten Umgebungstemperatur
von 20°C einen Temperaturanstieg von
20,7°C erzeugen.
Die
Korrelation
zwischen
den
simulierten
und
den
gemessenen
Ergebnissen wurde unter statistischen
Aspekten weiter erforscht, wobei ein
Abhängiger t-Test (
Paired t-test
) über
die Minitab-Software zum Einsatz kam
[7]
Abb. 5
zeigt ein Einzelwertdiagramm
der Temperaturunterschiede zwischen
Simulation und Messung, welches auch
das auf diesen Schwankungen basierende,
95-prozentige Konfidenzintervall darstellt.
Die Ergebnisse zeigen, dass 95% der
zusätzlichen simulierten und gemessenen
Werte voraussichtlich in den ±0,1
Unterschiedsbereich fallen und somit eine
hervorragende Korrelation bestätigen.
Die Nullhypothese der nicht vorhandenen
Unterschiede der Mittelwerte zwischen
den zwei Datensätzen wurde per se nicht
verworfen.
Kabelmuster
Thermoelement
Temperatur (ºC)
GS-Netzzuleitungen
▲
▲
Abb. 2
:
Graphische Darstellung der Temperatur des Querschnitts
▲
▲
Abb. 3
:
Messaufbau
wo: