EuroWire May 2015

93 / 116

Техническая статья
91 май 2015 г.
Численное
моделирование
2-D модель была установлена при
использовании COMSOL Multiphysics
4.4, пакет программного обеспечения,
который использует метод конечного
элемента [4]. Модель была установлена
для воспроизведения предложенного
метода измерения, который
предусматривает сравнение между
теорией и практикой.
Для достижения данного, была
установлена пятикабельная линейная
конфигурация с целью получения
хорошего прогнозирования
температурного режима в центральном
кабеле без необходимости включения
дополнительных кабелей в модель,
требующую более мощного
вычислительного ресурса.
Характеристики материала, такие как
теплоемкость при постоянном давлении,
плотность и теплопроводность были
применены в качестве представления
составляющих частей кабеля Cat6A 26
AWG U/FTP. Данные характеристики
были применены для медных жил,
алюминиевой/полиамидимидной/
ПЭТФ пленки, рубашки с низким
дымовыделением и нулевым
содержанием галогенов и для
полиолефиновой изоляции, смотрите
рисунок 1. Механизмы проводимости,
конвекции и радиационного
теплообмена [5] были учтены в модели.
Моделируемая электроэнергия была
применена к одной паре каждого кабеля
в модели. Стационарный инструмент
использовался для определения
температурного режима для (a), точки
в центре одного из проводников,
получающих питание (смотрите
положение датчика на рисунке 1)
и (b), температурной диаграммы
поперечного размера, рисунок 2.
На двухмерной диаграмме, как и
ожидалось, максимальная температура
конфигурации наглядно расположена
в непосредственной близости от жил,
получающих питание.
Метод испытания и
результаты
Метод испытания и результаты,
предложенные подкомитетом IEC 46C [3]
былсоблюдендляустановленияподнятия
температуры в проводнике вследствие
питания постоянным током. Данный
метод состоит в измерении подаваемого
напряжения и температуры рубашки
при использовании 100-метрового
образца кабеля, намотанного на катушку
и расположенного в пределах камеры
с искусственным микроклиматом при
20°C, смотрите рисунок 3. Данный метод
был соблюден при использовании
образца кабеля Cat6A U/FTP с твердыми
медными жилами 26 AWG (американский
калибр проволок), что смоделировано в
Разделе 2.
Образец кабеля хранился при
температуре 20°C минимум в течение
16 часов до проведения испытания.
Байонетная термопара типа J была
расположена в рубашке на средней
точке кабеля. При использовании
демонстрационного электроснабжения
2200-60-2 (60V, 2.5A), функционирующего
в постоянном режиме, ток в 0,6 А был
применен для пары при испытании с
образцом, дальний конец которого
был коротко замкнутый. Данные по
температуре и напряжению были
зарегистрированы с 15-секундными
интервалами при использовании
программного обеспечения National
Instruments LabVIEW [6].
Температура образца кабеля выросла
вследствие эффекта джоулева
нагрева, а спустя определенное время
температура стабилизировалась.
В данный момент времени нагрев
вследствие подачи постоянного тока
сравнялся с излучаемой мощностью
образца, и повышение температуры
было предотвращено.
Сопротивление жил было рассчитано
на основе напряжения сращу
после включения питания (U0),
уравнение (1), и после стабилизации
температуры (UT), уравнение (2).
Изменение (или дельта) температуры
жил (Δt) было затем рассчитано при
использовании первоначального (R20) и
стабилизированного (Rt) сопротивления,
уравнение (3).
Данная методика была повторно
использована при применении четырех
различных показателей тока (I), т.е.
1,0A, 1,4A, 1,8A и 2,2A. На рисунке 4
показано изменение температуры жил
по отношению к моделируемому уровню
постоянного тока на датчике (смотрите
рисунок 1) и рассчитанное из измерения.
Результаты демонстрируют линейное
соотношение как дельты температуры
жил, так и тока на диаграмме с
логарифмическими координатами. На
Образец кабеля Термопара
Температура (°С)
Выводы для измерения питания
постоянным током
▲ ▲ Рисунок 2: Температурная диаграмма в разрезе
▲ ▲ Рисунок 3: Настройка измерения