I. Question fréquemment posée

Lors du choix et de l'utilisation des câbles, une question est posée à plusieurs reprises:

"Quel est le courant maximal que ce câble peut supporter?"

Cette question elle-même est incorrecte.

La bonne question est:

"Sous un courant de surcharge donné, combien de temps le câble peut-il fonctionner en toute sécurité?"

La capacité de surcharge à court terme d'un câble est déterminée à la fois par le temps et le courant, et non par le courant seul.

II. Le processus thermique des câbles sous surcharge

Les câbles génèrent de la chaleur en joules lorsqu'ils transportent du courant.

Q = I2 × R × t
où Q est la chaleur générée, I est le courant, R est la résistance du conducteur, et t est le temps.

Le courant affecte la chaleur générée avec une relation carrée, doublant le courant et quadruplant la chaleur générée.

Cependant, le point clé est que si le temps est assez court, même avec un courant important, la chaleur totale générée peut être très faible.

Les fusibles sont conçus pour fondre en quelques millisecondes.Les câbles sont des systèmes dont l'inertie thermique est importante..

Une surtension de courant élevé à court terme ne peut provoquer qu'une augmentation de la température de quelques degrés Celsius. Cependant, des surcharges légères prolongées peuvent entraîner un vieillissement thermique ou même une dégradation thermique de l'isolation.

III. Séquence de défaillance: isolation avant conducteur

Une idée fausse courante est que les câbles surchargés "brûlent à travers les fils de cuivre".

Ce n'est pas correct.

Dans les scénarios de surcharge réels, la couche d'isolation tombe en panne en premier, pas le conducteur.

Le point de fusion des conducteurs de cuivre est d'environ 1085°C. La température de fonctionnement admissible à long terme de l'isolation XLPE est de seulement 90°C, et même en tenant compte des surcharges à court terme,dont la température de résistance n'excède pas 250°CLa température de fonctionnement admissible à long terme de l'isolation en PVC est de 70°C et sa température de résistance à court terme est d'environ 160°C.

La comparaison de ces chiffres montre clairement qu'avant que le conducteur de cuivre n'atteigne son point de fusion, le matériau isolant a déjà subi un ramollissement thermique, une carbonisationou même une perte complète des performances d'isolation.

Une fois que l'isolation tombe en panne, un court-circuit se produit entre les conducteurs, générant un arc électrique et des températures élevées localisées.C' est une défaillance secondaire., pas une conséquence directe d'une surcharge.

Par conséquent, discuter de la capacité de surcharge des câbles en ingénierie signifie essentiellement discuter:le chauffage du conducteur ne fera pas dépasser la température d'isolation de sa limite de résistance à court terme?

IV. Capacité de surcharge à court terme deLes câbles isolés par XLPE

Pour les câbles conducteurs en cuivre isolés XLPE, en fonction de la norme IEC 60364-5-54 et des calculs thermodynamiques utilisés dans la pratique technique,sous prémisse d'une température initiale de 90°C (état normal à pleine charge), la capacité de surcharge à court terme est approximativement la suivante:

Lorsque le multiple de surcharge est de 150%, le câble peut généralement résister de plusieurs minutes à des dizaines de minutes.

Lorsque le multiple de surcharge est de 200%, le câble peut résister de dizaines de secondes à plusieurs minutes.

Lorsque le multiple de surcharge est de 300%, le câble peut résister de plusieurs secondes à plus de dix secondes.devenir le principal facteur limitant.

Lorsque la surcharge atteint 500% ou plus, le câble ne peut y résister que pendant 1 à 5 secondes.

Il convient de noter que les valeurs ci-dessus ne sont que des estimations techniques, les valeurs exactes dépendant de la section du câble, de la méthode de pose, de la température initiale,et la formulation spécifique du matériau isolantPlus la température initiale est basse, plus le temps de résistance est long.Une meilleure dissipation de chaleur prolonge également le temps de résistance.

V. Vérification de la surcharge du câble pour le démarrage direct du moteur

Prenons un moteur de 132 kW comme exemple. Son courant nominal est d'environ 240 A (dans un système de 400 V).La durée de départ est généralement de 6 secondes.

Le câble correspondant est un câble de cuivre de 95 mm2 XLPE. La capacité de charge nominale de ce câble dans un environnement à 40 °C dans des conditions d'installation de conduit est d'environ 300 A.

Le processus de vérification est le suivant:

D'abord, déterminez la température initiale, en supposant que le câble fonctionne depuis un certain temps sous charge nominale, avec une température initiale d'environ 90°C.

La chaleur générée est égale au carré du courant multiplié par la résistance multipliée par le temps, c'est-à-dire 14402 × R × 6.

Comparez cette valeur avec la chaleur générée dans des conditions de fonctionnement nominales: dans des conditions nominales, avec un courant de 300 A pendant 1 heure (3600 secondes), la chaleur générée est de 3002 × R × 3600.

Les résultats des calculs réels montrent que la chaleur générée lors d'un processus de démarrage de 6 secondes n'est équivalente qu'à environ 15 à 20 secondes de chaleur générée dans des conditions nominales.Cela correspond à une augmentation de température d'environ 15 à 20°C..

Cette augmentation de température est bien inférieure à la limite de température de résistance à court terme de l'isolation XLPE (environ 250°C).

C'est pourquoi, dans de nombreuses applications de moteurs à démarrage direct, la spécification du câble n'a pas besoin d'être augmentée en raison du courant de démarrage, à condition que le temps de démarrage soit suffisamment court,généralement dans les 5 à 8 secondes.

VI. Trois critères de jugement dans la pratique de l'ingénierie

Tout d'abord, distinguer entre surcharge à l'état stable et surcharge transitoire.

Une surcharge à l'état d'équilibre se réfère à une situation où le courant dépasse la valeur nominale et dure plusieurs minutes ou plus.qui peuvent entraîner des dommages cumulés à long terme.

Une surcharge transitoire se réfère à une situation où le courant est plusieurs fois supérieur à la valeur nominale, mais ne dure que quelques secondes.Ce type de surcharge peut généralement être supporté par le câble à moins qu'il ne se produise à plusieurs reprises.

Deuxièmement, utilisez la température d'isolation comme critère de défaillance.

La base pour juger si un câble est surchargé n'est pas "si le cuivre a brûlé", mais "si la température d'isolation dépasse la limite de résistance à court terme".la température de résistance à court terme est généralement prise à 250°C, en fonction de la température du conducteur.

Troisièmement, considérons l'effet cumulé.

Si l'équipement est fréquemment démarré et arrêté, tel qu'une grue ou un compresseur à compression reciproque, la hausse de température à chaque démarrage s'accumule.il ne suffit pas de regarder seulement la hausse de température d'un seul départ; l'effet cumulé de la hausse de température dans le cycle thermique doit être calculé.

VII. Recommandations de sélection
Pour les équipements à courant de démarrage élevé, tels que les moteurs, les transformateurs et les machines à souder, il existe quatre stratégies communes d'adaptation.

La première méthode consiste à augmenter les spécifications du câble. Cette méthode convient aux scénarios avec de longs temps de démarrage (plus de 10 secondes) ou des démarrages fréquents.spécialement pour la pose à longue distance.

La deuxième méthode est l'installation d'un démarreur doux. Cette méthode est adaptée aux scénarios avec des temps de démarrage moyens (3 à 10 secondes) et où une réduction du sursaut de courant est nécessaire. Le coût est modéré.

La troisième méthode est l'installation d'un convertisseur de fréquence, adapté aux situations où le démarrage est très fréquent ou où un contrôle précis de la vitesse est nécessaire.Il offre la fonctionnalité la plus complète mais est aussi la plus chère.

La quatrième méthode consiste à le laisser tel quel et à utiliser la spécification d'origine. Cette méthode convient aux scénarios avec des temps de démarrage très courts (pas plus de 5 secondes) et des démarrages peu fréquents.Le coût est nul., mais cela dépend de la vérification de la sécurité.

Une erreur d'ingénierie courante est d'augmenter aveuglément la spécification du câble pour gérer la surcharge de démarrage.L'approche correcte consiste à calculer d'abord la chaleur réelle générée lors du démarrageDans de nombreux cas, les calculs montrent que le câble existant est suffisant.

Si une vérification est requise, les paramètres suivants doivent être préparés: section transversale du câble, matériau et type d'isolation; courbe du courant de démarrage-temps fournie par le fabricant de l'équipement;et la méthode de mise et la température initiale.

VIII. Conclusions clés

Premièrement, la capacité de surcharge à court terme d'un câble est déterminée à la fois par le temps et le courant.

Deuxièmement, en cas de surcharge, l'isolation tombe en panne en premier, et non le conducteur.

Troisièmement, les câbles isolés XLPE peuvent généralement résister de dizaines de secondes à plusieurs minutes sous une surcharge de 200%, selon la température initiale et les conditions de dissipation de chaleur.

Quatrièmement, pour les impacts à court terme du démarrage direct du moteur, il n'est pas nécessaire, dans la plupart des cas, d'augmenter les spécifications du câble,à condition que le temps de démarrage n'excède pas 5 à 8 secondes et qu'il soit peu fréquent.

Les décisions d'ingénierie devraient être fondées sur des calculs et non sur l'intuition.