EuroWire May 2015

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Article technique
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Le modèle a été mis au point pour
reproduire la méthode de mesure
proposée[3], et pour consentir la
comparaison entre la théorie et la
pratique. C’est dans ce but qu’une
configuration de cinq câbles linéaires,
permettant d’effectuer une prévision
satisfaisante du comportement ther-
mique au centre du câble sans avoir
besoin d’inclure d’autres câbles dans un
modèle exigeant une majeure ressource
computationnelle, a été réalisée.
Pour représenter les différentes
composantes du câble U/FTP 26AWG
Cat6A, on a appliqué des propriétés du
matériau telles que la capacité thermique
à pression constante, la densité et la
conductivité thermique.
Ces propriétés ont été appliquées au
conducteur de cuivre (Cu), à la bande
d’aluminium/PET (Al/PET), au revêtement
à faible émission de fumées et sans
alogènes (LSZH) et à l’isolation polyoléfine
(voir la Figure 1). Pour ce modèle on a
considéré des mécanismes de conduction,
de convection et de transfert de la chaleur
par irradiation[5].
On a appliqué l’énergie électrique simulée
à une paire de chaque câble du modèle.
Un solveur stationnaire a été utilisé pour
déterminer le comportement thermique
pour (a), un point situé au centre d’un des
conducteurs excités (voir la position de la
sonde à la Figure 1), et (b), un graphique
2-D de la température de la section
transversale (Figure 2). Comme prévu, sur
le graphique 2-D, la température maximale
du système prédisposé est évidente à
proximité des conducteurs excités.
Méthode d’essai
et résultats
La méthode d’essai proposée par le
Sous-comité 46C de l’IEC[3] a été appliquée
pour établir l’augmentation de la
température dans le conducteur causée
par l’alimentation de CC. Cette méthode
prévoyait la mesure de la tension fournie
et la température du revêtement en
utilisant un échantillon de 100 mètres
de câble enroulé sur un dévidoir et
positionné à l’intérieur d’une chambre
climatique à une température fixe de 20°C
(voir la Figure 3).
Cette méthode a été suivie en utilisant un
échantillon de câble U/FTP Cat6A avec des
conducteurs en cuivre de 26AWG, comme
simulé dans la section 2.
L’échantillon de câble a été conditionné
à 20°C durant au moins 16 heures
avant l’essai. Un thermocouple du type
J a été placé le long du revêtement,
à un point situé à moitié du câble. En
utilisant un alimentateur de laboratoire
Keithley 2200-60-2 (60V, 2,5A) avec un
fonctionnement à courant constant,
un courant (I) de 0,6A a été appliqué
à la paire soumise à l’essai en plaçant
en court-circuit l’autre extrémité de
l’échantillon.
Les données de la température et de
la tension ont été enregistrées à des
intervalles de 15 secondes en utilisant le
logiciel LabVIEW de National Instruments.
La température de l’échantillon a
augmenté à cause de l’échauffement par
effet Joule et, après un certain temps, elle
est devenue stable.
À ce point, le réchauffage dû à l’alimentation
de CC a atteint la même valeur que l’énergie
rayonnée de l’échantillon en évitant ainsi
une augmentation supplémentaire de la
température.
La résistance du conducteur a été calculée
en fonction de la tension mesurée
immédiatement après l’allumage de
l’alimentation (U0), équation (1), et après
la stabilisation de la température (UT),
équation (2). Ensuite, la variation (ou Delta)
de la température du conducteur (Δt) a été
calculée en utilisant la résistance initiale
(R20) et stabilisée (Rt), équation (3).
Cette méthodologie a été répétée en
utilisant quatre valeurs de courant (I)
différentes, ou bien 1,0A, 1,4A, 1,8A et 2,2A.
La Figure 4 montre la variation de
température dans le conducteur par
rapport au niveau de courant CC simulé
dans la sonde (voir la Figure 1) et calculée
à partir de la mesure.
Les résultats montrent une corrélation
linéaire dans le cas de la variation de
température (Delta) du conducteur,
et dans le cas du courant représenté
sur des échelles logarithmiques. Sur la
base de cette relation, il a été possible
d’appliquer une approximation, dans le
format Δt=x* Iy, pouvant être utilisée pour
prévoir l’augmentation de température du
conducteur pour des valeurs de courant
hors de la gamme mesurée.
Pour le câble U/FTP 26AWG Cat6A,
l’approximation a été la suivante:
En utilisant l’approximation, un courant
de 3A entraînerait une augmentation de
température de 20,7°C dans un seul câble
avec une température environnementale
fixe de 20°C.
Température (ºC)
▲ ▲ Figure 2: Graphique de la température de la section transversale
Échantillon de
câble Thermo couple
Câbles d’alimentation CC
▲
▲ Figure 3: Configuration de la mesure
où