Grafiek voor kopercapaciteit: toepassingen, selectiecriteria en praktische richtlijnen

Een koperen geleider van 4/0 AWG komt drie keer voor in een standaard koperstroomdiagram: 195 EEN bij 60 °C, 230 A bij 75 °C en 260 A bij 90 °C. Elk getal klopt, en geen ervan is automatisch het getal dat een project nodig heeft. De waarde die thuishoort in een kabelschema is de laagste van drie limieten, namelijk de verminderde capaciteit van de geleider, de temperatuurclassificatie van de aansluiting waarop deze terechtkomt, en het effect van de omgevingstemperatuur en groepering.

Dat is het korte antwoord, en het is de moeite waard om vóór elke tabel te zeggen: lees de grafiek achterstevoren, vanaf de zwakste component in het circuit, pas de correcties toe en bepaal de grootte van het resultaat. Door de maat rechtstreeks uit de 90 °C-kolom te nemen, is een ontwerp 20-30% optimistisch voordat iemand de op de nok gestempelde classificatie controleert.

Wat een koperen ampacity-grafiek eigenlijk meet

Ampacity is de maximale continue stroom die een geleider kan dragen terwijl de isolatie binnen de nominale temperatuur blijft en in een voorspelbaar tempo veroudert. Het is eerder een thermische limiet dan een elektrische limiet. Een koperen geleider heeft dezelfde weerstand bij 10 A en bij 200 A, maar de warmte die hij genereert stijgt met het kwadraat van de stroom, terwijl de warmte die hij afgeeft afhankelijk is van het oppervlak, de installatiemethode en de omgevingstemperatuur.

Zes ingangen verplaatsen het nummer op de pagina: doorsnede in AWG, kcmil of mm²; geleidermateriaal en geleidbaarheidsgraad; isolatie en temperatuurclassificatie van de jas; installatiemethode zoals vrije lucht, raceway, tray of begraven kanaal; omgevingstemperatuur; en het aantal stroomvoerende geleiders dat dezelfde behuizing deelt. Verander een van hen en hetzelfde koper kan twintig of dertig ampère uit elkaar liggen.

Twee conventies moeten worden gecontroleerd voordat er een getal wordt geciteerd. AWG- en kcmil-tabellen gaan doorgaans uit van 30 °C omgevingslucht en een gedefinieerde leidingvulling, terwijl IEC-tabellen 30 °C in de lucht maar 20 °C in de grond kunnen aannemen, met verschillende groeperingsfactoren. Een waarde van 25 mm² uit een IEC-tabel komt niet netjes overeen met een AWG-lijst, omdat 25 mm² tussen 4 AWG bij ongeveer 21,2 mm² en 3 AWG bij ongeveer 26,7 mm² ligt. Het combineren van de twee systemen in één schema is een veel voorkomende bron van verwarring in de aanbestedingsfase.

Waarom hetzelfde koper drie verschillende vermogens vertoont

De drie kolommen bestaan omdat isolatie faalt op een temperatuurcurve. PVC-verbindingen hebben doorgaans een classificatie van 70 °C of 75 °C, XLPE en EPR bereiken 90 °C, en de 60 °C-kolom overleeft voornamelijk voor oudere rubberisolatie en voor apparatuur die is gemarkeerd voor 60 °C-aansluitingen. Een geleider van 90 °C is geen "beter koper"; het is hetzelfde koper met isolatie dat meer hitte verdraagt ​​voordat het bros wordt of vervormt.

De tweede limiet bevindt zich aan de uiteinden van de kabel. Klemmenblokken, kabelschoenen en onderbrekerblokken hebben een aparte classificatie, en de algemene regel is dat circuits boven de 100 A worden verondersteld een aansluiting van 75 °C te gebruiken, tenzij de apparatuur anders is gemarkeerd. Een XLPE-kabel van 90 °C die op een kabelschoen van 75 °C wordt aangesloten, wordt daarom afgetopt op de waarde van 75 °C, en de extra thermische speelruimte wordt pas nuttig als deze door derating wordt verbruikt.

Dat is de praktische conclusie bij specificatiewerk: kies het 90 °C-product vanwege de vrije ruimte die het u biedt in warme installatieruimtes en overvolle trays, maar presenteer nooit de 90 °C-kolom als circuitwaarde zonder de afsluiting te bevestigen. Waar de twee het niet eens zijn, geldt het lagere getal, en het verschil verklaart vaak waarom twee leveranciers dezelfde kabel citeren met verdacht verschillende huidige claims.

Kopercapaciteit per grootte: waar de curve buigt

De capaciteit schaalt niet met de doorsnede. Door van 6 AWG naar 500 kcmil te gaan, wordt het geleideroppervlak met grofweg negentien vermenigvuldigd, maar de stroomsterkte bij 90 °C stijgt slechts van 75 A naar 430 A, een factor van ongeveer 5,7. Warmte verlaat de geleider via het oppervlak, en het oppervlak groeit met de diameter in plaats van met het oppervlak, zodat elke extra vierkante millimeter koper iets minder stroom verbruikt dan de vorige.

De balken zijn geschaald naar 430 A. De visuele kloof tussen de twee classificaties wordt in absolute termen kleiner naarmate de grootte groter wordt. Daarom zijn deratingboetes verhoudingsgewijs meer schadelijk voor kleine geleiders dan voor grote.

Deze bocht heeft twee praktische consequenties. Ten eerste kunnen meerdere kleinere parallelle geleiders de warmte beter afvoeren dan één grote geleider met hetzelfde totale oppervlak, maar elke parallelle geleider trekt dan groeperingsfactoren aan en elke geleider heeft zijn eigen aansluitruimte nodig. Ten tweede gedraagt ​​de spanningsval zich in de tegenovergestelde richting van de warmte, dus lange runs worden meestal veroorzaakt door de val in plaats van door de stroomkolom, en een geleider die de stroomsterktecontrole doorstaat, kan nog steeds met een ruime marge de valcontrole niet doorstaan.

Derating: de correcties die het uiteindelijke getal veranderen

Correctiefactoren zijn waar diagramwaarden veranderen in ontwerpwaarden. De onderstaande volgorde is de moeite waard om te volgen, met gebruik van een 1/0 AWG XLPE koperen geleider als uitgewerkte behuizing.

1. Ga uit van de tabelwaarde bij het isolatievermogen: 170 A bij 90 °C.
2. Pas de omgevingscorrectie toe. Bij lucht van 45 °C is de factor voor een geleider van 90 °C ongeveer 0,87, wat ongeveer 148 A oplevert.
3. Pas de groeperingsfactor toe voor het aantal belaste geleiders dat de kabelbaan deelt. Zes geleiders gebruiken doorgaans 0,80, wat ongeveer 118 A oplevert.
4. Vergelijk met de afsluitlimiet van 150 A bij 75 °C. De beëindiging is hier niet de bindende beperking.
5. Pas de regel voor continue belasting toe, die vereist dat de geleider minimaal 125% van de continue belasting kan dragen. De bruikbare continue belasting daalt tot ongeveer 94 A.

Sluit dezelfde geleider aan op kabelschoenen van 60 °C en het beeld verandert opnieuw: de cap daalt naar 125 A, en na dezelfde correcties is het circuit beperkt tot ongeveer 87 A. Een ontwerper die alleen de 90 °C-kolom leest, zou de capaciteit met bijna 100% hebben overschat voordat correcties werden toegepast, en met ongeveer 35% daarna. Dat gat vormt de werkelijke kosten van een ongecontroleerde kaartreferentie, en het is veel goedkoper om dit op papier op te vangen dan tijdens de inbedrijfstelling.

Ampacity is niet het hele verhaal voor aardingsgeleiders

Aardgeleiders hebben verschillende afmetingen. De aardgeleider van de apparatuur wordt over het algemeen gekozen uit een tabel die is afgestemd op de classificatie van het stroomopwaartse overstroomapparaat in plaats van op de belastingsstroom: een apparaat van 200 A vereist koper van 6 AWG, 400 A voor 3 AWG, 600 A voor 1 AWG, en de ladder gaat verder omhoog met de apparaatclassificatie. De capaciteitsgrafiek vertelt je heel weinig over die selectie.

Wat in plaats daarvan regeert, is weerstand tegen korte tijd. De adiabatische controle is S = √(I²t) / k, waarbij S het geleideroppervlak in mm² is, I de foutstroom in ampère, t de ophelderingstijd in seconden en k een materiaal- en isolatieconstante: ongeveer 143 voor koper met PVC-isolatie en 176 voor koper met XLPE, ontleend aan IEC 60364-5-54. Een koperen PVC-aardgeleider van 35 mm² absorbeert dus ongeveer 5 kA gedurende één seconde. Langere ontruimingstijden of hogere foutniveaus zorgen ervoor dat het gebied snel omhoog gaat. Daarom worden de beveiligingsinstellingen en de geleidergrootte altijd samen beoordeeld.

Dezelfde logica verklaart waarom aardingshardware wordt gespecificeerd door gezamenlijke weerstand en weerstand tegen kortsluiting in plaats van door continue capaciteit, en waarom de onderliggende vraag naar weerstand een eigen beoordeling verdient. De mechanismen achter deze controle worden uiteengezet in deze toelichting hoeveel stroom aardgeleiders kunnen verdragen tijdens een fout , wat goed aansluit bij de bovenstaande diagramwaarden.

Aarding van koperdraad voor aarding Zeer zuivere gestrande koperen aardgeleider verkrijgbaar in hardgetrokken, zachtgetrokken of vertinde vormen, geschikt voor het aarden van apparatuur waar de foutstroombestendigheid wordt beoordeeld. Bekijk Product →

Zuurstofvrije koperen aardingsstaaf voor aarding Zuurstofvrije koperen staaf van één kwaliteit met tot 99,97% koper en een lage soortelijke weerstand, relevant bij het vergelijken van de nominale waarden van de rail en temperatuurstijgingsbasissen voor aardingsprojecten. Bekijk Product →

Blanke koperen staven en gestrande koperen geleiders gedragen zich in deze berekeningen anders dan geïsoleerde kabels. Een stroomrail heeft geen mantel die de temperatuur beperkt, maar de gepubliceerde staafbeoordelingen variëren tussen bronnen met 30-50% omdat de oriëntatie, de afstand, de omstandigheden in het plenum en de toegestane temperatuurstijging allemaal verschillen. Wanneer u een staaf van 25 x 3 mm met een spanning van 250 A vergelijkt met een staaf met een spanning van 350 A, controleer dan de basis van de temperatuurstijging voordat u aanneemt dat een van beide verkeerd is.

Wat u op de inkooporder moet zetten

Omdat een groot deel van het diagram afhankelijk is van de context, moet het besteldocument de nummers bevatten die dit probleem oplossen. Specificeer de geleidernorm (IEC 60228 klasse 2 voor gevlochten koper, of ASTM B8 waar imperiale afmetingen van toepassing zijn), de nominale doorsnede en de maximale DC-weerstand bij 20 °C: 25 mm² koper mag niet groter zijn dan ongeveer 0,727 Ω/km en 95 mm² ongeveer 0,193 Ω/km. Vermeld het isolatietype en de temperatuurclassificatie, de strengingsklasse en de norm waaraan het testcertificaat zal voldoen.

Wanneer met koper bekleed staal of met koper bekleed aluminium als vervanging wordt voorgesteld, is de kwaliteit belangrijker dan de diameter. Met koper bekleed staal wordt normaal gesproken aangeboden met een IACS-geleidingsvermogen van 21%, 30% of 40%, dus een kwaliteit van 40% draagt ​​ongeveer 40% van de stroom van een massieve koperen geleider van dezelfde grootte. Een leverancier die alleen "met koper bekleed" citeert zonder de geleidbaarheidsgraad heeft de vraag niet beantwoord.

Toleranties zijn het stille commerciële risico. Een geleider die 2% onder de nominale diameter wordt geleverd, verliest ongeveer 4% van zijn doorsnede, wat zich uit in een paar procent extra weerstand en een paar graden extra bedrijfstemperatuur gedurende jaren van dienst. Remklauwen op een gestrande geleider zijn onbetrouwbaar; het wegen van een gemeten lengte, of het meten van de weerstand op een brug, beslecht het argument in minuten.

Koperen gevlochten flexibele aardingsconnector Flexibele koperen gevlochten of folie-aardingsconnector met geperste zuurstofvrije koperen kabelschoen, verzilverd of vertind, voor paden met lage weerstand waarbij de prestaties van kabelschoenen en verbindingen van belang zijn. Bekijk Product →

Flexibele connectoren, vlechten en jumpers verdienen dezelfde discipline, omdat hun draagkracht wordt beperkt door het scharnier en de nok en niet door de geleider zelf. Kopers die een stuklijst doornemen, koppelen deze items vaak terug aan het assortiment aardgeleiders, zodat één specificatie het hele aardingspad bestrijkt; Het assortiment koperen aardingsdraden is een handig referentiepunt bij het consolideren van deze regelitems.

Controles die de moeite waard zijn voordat u zich ertoe verbindt

1. Bevestig de temperatuurclassificatie van elke aansluiting in het circuit, niet alleen van de kabel.
2. Registreer de omgevingsontwerptemperatuur en het aantal belaste geleiders per loopbaan; beide zijn nodig om het verlaagde cijfer te rechtvaardigen.
3. Controleer of de grafiek die u leest is gebaseerd op AWG- of metrische aannames, en interpoleer nooit tussen de twee systemen.
4. Controleer het foutniveau en de hersteltijd voor aardings- en verbindingsgeleiders, aangezien de capaciteit alleen niet de maat bepaalt.
5. Vraag naar weerstandsgegevens en geleidbaarheidsklasse voor elk met koper bekleed alternatief.

Een koperen capaciteitsgrafiek is een startpunt, geen antwoord. Het aantal dat de beoordeling overleeft, is het aantal dat is ingekort op basis van omgevings-, groeps- en afsluitingslimieten, en vervolgens is gecontroleerd op foutbestendigheid waar de geleider aanwezig is om mensen te beschermen in plaats van om lasten te dragen.