Existem regras para a seleção de bitola de fio para aplicações de pulso único?

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Estou tentando dimensionar o fio para os painéis UL 508a. Eu tenho os requisitos de bitola da UL, mas esses requisitos são para uso contínuo. O dispositivo que estou projetando funcionará apenas por dois segundos, com minutos ou horas entre as execuções. Como as correntes de interesse são de 25, 50, 100 e 200 amperes, há muito a ser economizado ao não usar fios classificados para uso contínuo!

Existe uma maneira adequada de dimensionar o fio para aplicações de pulso como esta? Se a ampacidade contínua de (por exemplo) 75C de fio de cobre 75C 4 AWG for de 85 ampères, quanto posso operar por dois segundos? Existe alguma regra de ouro? Alguma equação? Uma mesa? Aplicação apropriada de cálculo?

current wire gauge

— Stephen Collings
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Uma pergunta e um comentário. Primeiro, por que você não pergunta à UL quais são seus requisitos neste caso? Ou pergunte ao seu fornecedor de arame o que ele recomenda? Segundo, acho que qual será o fator limitante aqui é a densidade de corrente. Com um ciclo de trabalho tão curto, você pode ficar tentado a ser o menor possível com o medidor de fio, mas poderá sofrer falhas se sua densidade de corrente for muito alta, mesmo que seu ciclo de trabalho seja realmente baixo. Seu fornecedor de cabos pode ter informações sobre a densidade máxima de corrente.

— Eric

Muitas tabelas de cabos listam as correntes nominais máximas de várias fontes e sob várias aplicações (ar livre, canalizado, em equipamentos, lua nova ...). O mais alto deles pode estar seguro no seu caso, desde que você possa limitar a duração a um máximo conhecido em condições de falha e que saiba a verdadeira amplitude máxima. Eu gosto da entrada térmica de Chris Johnson na abordagem de isolamento, como se fosse usada com refrigeração NO (sistema fechado), fornece uma classificação tolerável máxima absoluta "leis da Física" absoluta. Real será uma fração disso.

— Russell McMahon

Dados de interesse: cabos de rede para uso do consumidor, que são fornecidos em bobinas plásticas de enrolamento com uma alça para permitir que os usuários os enrolem novamente após o uso, derreter se usados enrolados em carga nominal :-)] entrada excede a capacidade de refrigeração disponível. Obviamente, o isolamento derrete e não o fio.

— Russell McMahon

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Se essa pergunta estivesse em um exame de física, eu responderia da seguinte maneira; se esta é uma idéia sensata na prática é outra questão. Seria preciso ter certeza de que nenhum estado de falha poderia deixar a corrente fluindo por mais de dois segundos.

Sabemos pela especificação do fio a resistência por metro R e a massa de cobre por metro M. Dada a corrente, I, sabemos que a potência dissipada no fio é de I ^ 2 R por metro. A energia térmica total dissipada por metro de fio é, portanto, E = I ^ 2 R t, onde t = 2 segundos é o tempo em que a corrente está ativa. Nós (conservadoramente) estimamos que o calor desprezível deixa o fio de cobre durante esses 2 segundos e, portanto, o aumento da temperatura T é dado por

T = E / (MC) = I ^ 2 R t / (MC)

onde C é a capacidade térmica específica do cobre. É necessário escolher um fio com R e M, para que este aumento de temperatura T seja aceitável.

— Chris Johnson
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Levei Rth em consideração e acabei de executar uma planilha comparando sua abordagem com a minha. Rth é, de fato, insignificante nessas escalas de tempo. Cinco segundos pode fazer 1% de diferença e 30 segundos faz 5%.

— precisa

+1 Esta é a metade da análise necessária. No entanto, isso é adequado apenas no caso em que haverá apenas um único pulso (ou seja, tempo efetivamente infinito entre pulsos). Para fazer a outra metade da análise, você precisa determinar a quantidade que a temperatura diminui entre os pulsos. A quantidade que a temperatura diminui entre os pulsos deve ser maior que a elevação como resultado do pulso. Caso contrário, cada pulso contribuirá para aumentar a temperatura para valores cada vez mais altos. O resfriamento quase certamente segue a lei de Newton de resfriamento, portanto a análise deve ser direta.

— alx9r

De fato, essa não é a história completa. Pode não ser fácil calcular o coeficiente apropriado para a lei do resfriamento de Newton, que será uma função da espessura e das propriedades térmicas do isolamento do fio, talvez também do invólucro.

— Chris Johnson

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A resistência do fio tem dois efeitos principais. A primeira é que causa uma queda de tensão na carga, e isso é independente do ciclo de trabalho. A segunda é que faz com que o fio aqueça, o que pode causar uma falha.

Em geral, a fiação deve ser classificada de maneira conservadora em todas as aplicações, porque você realmente não deseja que o fio seja o ponto de falha, mesmo em condições de falha, como ciclo de trabalho excessivo ou sobrecorrente. O fio deve suportar a falha até que o equipamento de proteção tenha tempo de operar.

— Dave Tweed
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A resistência mudará com a temperatura, portanto, pode estar indiretamente relacionada ao ciclo de trabalho.

— Diego C Nascimento

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Existe uma tabela de amplitude (Tabela 36.1) no padrão que se refere aos resistores de potência (como nos resistores de frenagem do motor). O menor "tempo ligado" (e o menor ciclo de serviço) mostrado é de 5 segundos ligado / 75 segundos de folga (6,25% ciclo de serviço). Sob essas condições, eles permitem ampacidades de condutor de 35% do FLA do motor. Há um pouco mais de informação no lead-in sobre diferentes tempos de ativação / desativação, mas o significado parece um pouco confuso.

Agora, se isso é aplicável ou não à sua situação, eu não gostaria de especular. Pelo menos, você tem uma idéia do que a UL considera seguro, e isso é certamente necessário, mas pode não ser suficiente.

Como já foi dito, você teria que ter algum tipo de proteção de circuito apropriada para o tamanho do fio que está realmente usando, não para as correntes de surto.

— Spehro Pefhany
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