电缆组件的额定值及其测量

了解电缆组件的额定值

Pickering Interfaces生产一系列电缆附件,这些附件旨在与开关产品上使用的连接器配合使用。这些附件的数据表包含有关电缆组件结构的信息,详细介绍了所用的材料和诸如线规的参数。依次定义参数,例如每米电缆的电容和电阻。

不太明显的是,这如何影响负载下的电缆组件的性能,例如,多少根电线可以同时承载满额额定电流而电缆的温度不会过度升高。本文档简要说明了如何在电缆组件上进行测试,并说明了我们在数据表上标称的规格结果。该文档假定电缆组件的两端都端接-装有匹配的连接器-但相同的结果也适用于一端没有端接的电缆组件。

我们如何测试

为了测试电缆组件,我们构建了一根典型的电缆,通常长1米,电缆中嵌入了热电偶以测量各种温度。对于电缆组件,这些组件可能包括以下内容:

  • 测量连接器外壳温度

此参数很有用,因为某些用户可能只希望将装配件加载到一个用户可以合理预期在负载下处理连接器而没有烧伤风险的点,而其他用户可能会认为在使用过程中不应该处理该连接器,因此更高的负载可以被应用。我们还可以测量连接器外壳内部的温度。

  • 测量连接器插针温度

此测量可以指示负载条件是否会在配对连接器中造成问题(不幸的是,制造商并不总是提供有关此参数的大量信息)

  • 电缆表面温度的测量。

电缆组件外部使用的材料的最高工作温度可能会限制电缆组件中允许的负载电流。

  • 电缆铜线温度的测量

承载电流的铜被加热,并通过其他电线和使用的绝缘材料与环境温度隔离,因此,它所达到的温度要比自由空气线高。立即与铜接触的绝缘材料的温度(几乎)与铜相同,因此该铜温度可能会限制电缆组件的负载-在很大程度上取决于用于电线绝缘的材料。

创建示例电缆组件后,我们将执行一组负载测试并记录温度。除了记录稳定的温度,我们还记录数字如何随时间变化,以获得热时间常数的估计值。测试系统中流动的电流随时间而变化,只要负载持续时间小于热时间常数,热惯性就允许电缆承受更高的负载,并且高负载状态之后是较低负载状态,因此温度可以开始下降再次。

连接器附件的温升通常会为最大负载产生两种不同的规格额定值,较高的负载是仅考虑材料规格的位置,较低的额定负载是用户必须考虑表面温度的位置,这可能是对用户有灼伤危险。用户温度极限是根据EN61010中的材料定义的,在某些应用中,用户无法接触到连接器附件(例如,在封闭的柜门后面),因此由材料来确定极限。环境温度也是一个因素,随着环境温度的升高,达到最高温度的允许温度升高(无论是材料额定值还是灼伤危险)变得更低。

关键规格值

 

额定电流

这通常用于单根电线,并受连接器额定值的限制。随着越来越多的电线负载电流温度上升,并且在某个阶段必须施加最大负载电流。

额定电压

这受所用连接器和电缆结构(绝缘材料,间隙距离)的限制

温度等级

数据表将包含有关电缆组件各个部分的建议最高工作温度的信息。对于基于高温材料PFA的电缆,铜的温度不应超过260C,使用聚酯外层材料的电缆的表面温度应限制为100C。但是,由于用户可能会遇到各种不同的条件,包括电缆组件的环境工作温度,因此如何将其转换为额定载荷很复杂。

对于电缆,耗散的功率主要取决于加在一起的每根电线中的每个负载电流的平方(然后通过乘以电阻来获得功率)。为了避免详细描述方程式的电阻部分,我们仅表示关键部分(通常是连接器外壳和电缆的表面温度)随导线中平方电流的总和而升高的温度。

热时间常数

电缆组件的关键部分将包含一个热时间常数,该常数可用于估算电缆承受短期高于静态条件所提示的负荷的能力。

限制最大负载规格的因素

有两个主要问题会影响最大电流规格。

他的第一个问题是EN61010包含有关用户可接触组件时可以使用的最高表面温度的规范。对于电缆组件,通常是连接器外壳和电缆表面。实际的温度极限不是由材料的性能决定的,而是由用户造成伤害(灼伤)的可能性决定的。因此,金属表面的温度要低于塑料,因为它们是更好的导体,并且更容易在接触时迅速传递热量,从而引起灼伤。

但是,在测试系统中,用户可能无法使用电缆,例如,如果系统位于机架中的门后面。在这种情况下,额定值可能会受到所用材料的限制,并且可能会高于EN61010规定的额定值。因此,某些组件所允许的额定载荷要高于对表面温度的担心。

在某些情况下,材料可能会在达到EN61010限制之前就限制额定值,对于使用例如PVC的低成本电缆组件尤其如此。

得出最大负载条件

负载将受到第一个参数的限制,以达到运行限制,因此,如果用户担心电缆组件中的总负载电流,则必须检查每个限制因素。

假设用户使用额定值为5A的电缆并具有50根电线。其最高表面温度为100°C,环境温度为25°C,因此电缆最高可升高75°C。数据表表明,负载下的温升每平方电流(Amps)增加0.08C。然后,简单的算法建议最大平方负载电流应为937安培。载有5A的导线的平方负载电流为25,因此37根导线可能载有5A的导线,温度将升至略低于100C。如果使用的工作温度更高,则最大负载将受到更大的限制。如果所有电线都承载相同的电流(不太可能的情况),则50条电线中每根电线的电流平方应为18.7或4.3A。

用户可能出于其他原因想要限制工作温度,并且必须记住,如果电缆在狭窄的区域内,则环境温度将升高。强迫空气通过电缆将有助于控制环境温度,但如果不花费大量用户精力,则不太可能对电缆本身每平方电流的温度升高产生较大影响。

用户可能还会担心连接器外壳的温度,因为温度会升高,然后在高负载下操作外壳的用户可能会灼伤皮肤,因此,如果有危险,应将相同的方法应用于连接器外壳。例如,如果用户希望外壳限制在35C的上升范围内,而外壳的每平方电流的上升幅度为0.044C,则在上述示例中,电流的平方和必须限制在795A。

短期过载

电缆组件的热惯性意味着,只要平均时间保持在限制范围内,并且电缆发生的时间小于组件关键部分的热时间常数,则可以在较短的时间间隔内对电缆进行更高的负载。例如,如果热时间常数为5分钟,则将50线5A组件加载一分钟,然后再加载一分钟,这对于许多应用而言可能是安全的工作条件,因为平方和为1250A,即占空比为50%,因此平均值为625A,时间常数明显小于关键部件的热时间常数。



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