EuroWire May 2015

Artículo técnico

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 (U 0 ), ecuación (1), y después de que la temperatura se estabilizara (U T ), ecuación (2). Luego, se calculó el cambio (o variación) de temperatura del conductor (Δt) usando la resistencia inicial (R 20 ) y la estabilizada (R t ), ecuación (3).

Temperatura (ºC)

▲ ▲ Figura 2 : Gráfico de la temperatura de la sección transversal

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.

Muestra de cable

Termopar

donde

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 Δ t = x * I y , 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,

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.

Cables de alimentación CC

▲ ▲ Figura 3 : Configuración de la medición

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

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Mayo de 2015