EuroWire May 2015

Technischer artikel

Temperatur (ºC)

wo:

Diese Vorgehensweise unter Anwendung von vier unterschiedlichen Stromwerten (I) wiederholt, d. h. 1,0A, 1,4A, 1,8A und 2,2A. 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. 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. wurde Abb. 4 zeigt die im Änderung Vergleich der Leitertemperatur Basierend auf diesem

▲ ▲ Abb. 2 : Graphische Darstellung der Temperatur des Querschnitts

der 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. Leitertemperatur

Kabelmuster

Thermoelement

GS-Netzzuleitungen

▲ ▲ Abb. 3 : Messaufbau

(Cu)-Leiter, (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. auf Aluminium/PET

Prüfmethode und Ergebnisse

Die

vom

IEC-Unterkomitee

46C [3] wurde

vorgeschlagene angewendet, GS-Speisung

Prüfmethode

um

den

durch

die

verursachten

Anstieg

85

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Mai 2015