I. Domanda più frequente

Nella selezione e nell'uso dei cavi, una domanda viene ripetutamente posta:

"Qual è la corrente massima che questo cavo può sopportare?"

Questa domanda in sé è errata.

La domanda giusta è:

"Sotto una data corrente di sovraccarico, per quanto tempo il cavo può funzionare in modo sicuro?"

La capacità di sovraccarico a breve termine di un cavo è determinata sia dal tempo che dalla corrente, non dalla sola corrente.

II. Il processo termico dei cavi sotto sovraccarico

I cavi generano calore Joule quando trasportano corrente.

Q = I2 × R × t
dove Q è il calore generato, I è la corrente, R è la resistenza del conduttore e t è il tempo.

La corrente influenza il calore generato con una relazione quadrata, raddoppiando la corrente quadruplicando il calore generato.

Tuttavia, il punto chiave è questo: se il tempo è abbastanza breve, anche con una grande corrente, il calore totale generato può essere molto piccolo.

Un cavo non e' un fusibile, i fusibili sono progettati per sciogliersi in millisecondi.I cavi sono sistemi con un'inerzia termica significativa, i conduttori e i materiali isolanti richiedono tempo per raggiungere temperature pericolose..

Un'impennata di corrente elevata a breve termine può causare solo un aumento della temperatura di pochi gradi Celsius. Tuttavia, piccole sovraccariche prolungate possono portare ad un invecchiamento termico o addirittura a una rottura termica dell'isolamento.

III. Sequenza di guasto: isolamento prima del conduttore

Un'idea errata comune è che il sovraccarico dei cavi "brucerà i fili di rame".

Questo non è corretto.

Nelle situazioni di sovraccarico effettivo, il livello di isolamento fallisce per primo, non il conduttore.

Il punto di fusione dei conduttori di rame è di circa 1085°C. La temperatura di funzionamento ammissibile a lungo termine dell'isolamento XLPE è di soli 90°C, e anche considerando i sovraccarichi a breve termine,con una temperatura di resistenza non superiore a 250°CLa temperatura di funzionamento ammissibile a lungo termine dell'isolamento in PVC è di 70°C e la sua temperatura di resistenza a breve termine è di circa 160°C.

Il confronto di queste cifre mostra chiaramente che prima che il conduttore di rame raggiunga il suo punto di fusione, il materiale isolante ha già subito un ammorbidimento termico, carbonizzazione,o persino perdita completa delle prestazioni di isolamento.

Una volta che l'isolamento non funziona, si verifica un cortocircuito tra i conduttori, generando un arco elettrico e temperature elevate localizzate.Questo e' un errore secondario., non una conseguenza diretta del sovraccarico.

Pertanto, discutere della capacità di sovraccarico dei cavi in ingegneria significa essenzialmente discutere: per quale periodo di tempo,il riscaldamento del conduttore non farà superare la temperatura di isolamento il limite di resistenza a breve termine?

IV. Capacità di sovraccarico di breve durataCavi isolanti XLPE

Sulla base della norma IEC 60364-5-54 e dei calcoli termodinamici nella pratica ingegneristica, per i cavi conduttori di rame isolati XLPE,sotto la premessa di una temperatura iniziale di 90°C (stato normale a pieno carico), la capacità di sovraccarico a breve termine è circa la seguente:

Quando il multiplo di sovraccarico è del 150%, il cavo può in genere resistere da diversi minuti a decine di minuti.

Quando il multiplo di sovraccarico è del 200%, il cavo può resistere da decine di secondi a diversi minuti.

Quando il multiplo di sovraccarico è del 300%, il cavo può resistere da diversi secondi a più di dieci secondi.diventando il principale fattore limitante.

Quando il sovraccarico raggiunge il 500% o più, il cavo può resistere solo da 1 a 5 secondi.

Va notato che i valori sopra indicati sono solo stime di ingegneria, i valori precisi dipendono dalla sezione trasversale del cavo, dal metodo di posa, dalla temperatura iniziale,e la formulazione specifica del materiale isolantePiù bassa è la temperatura iniziale, più lungo è il tempo di resistenza.Una migliore dissipazione del calore prolunga anche il tempo di resistenza.

V. Controllo del sovraccarico del cavo per l'avvio diretto del motore

Prendiamo ad esempio un motore da 132 kW. La sua corrente nominale è di circa 240A (in un sistema da 400V). Durante l'avvio diretto, la corrente di partenza è di circa 6 volte la corrente nominale, cioè 1440A.La durata iniziale è di solito di 6 secondi.

Il cavo corrispondente è un cavo di rame XLPE di 95 mm2. La capacità di carico nominale di questo cavo in un ambiente a 40 ° C in condizioni di installazione del condotto è di circa 300 A.

La procedura di verifica è la seguente:

In primo luogo, determinare la temperatura iniziale. supponiamo che il cavo sia stato in funzione per un certo tempo sotto carico nominale, con una temperatura iniziale di circa 90 °C.

Il calore generato è uguale al quadrato della corrente moltiplicata per la resistenza moltiplicata per il tempo, cioè 14402 × R × 6.

Confrontare questo valore con il calore generato in condizioni di funzionamento nominali: in condizioni nominali, con una corrente di 300 A per 1 ora (3600 secondi), il calore generato è di 3002 × R × 3600.

I risultati dei calcoli effettivi mostrano che il calore generato durante un processo di avvio di 6 secondi equivale solo a circa 15-20 secondi di calore generato in condizioni nominali.Ciò corrisponde ad un aumento della temperatura di circa 15 o 20 °C..

Questo aumento di temperatura è molto inferiore al limite di temperatura di resistenza a breve termine dell'isolamento XLPE (circa 250 °C).

Questo è il motivo per cui in molte applicazioni di motori a avvio diretto, la specifica del cavo non deve essere aumentata a causa della corrente di avvio, a condizione che il tempo di avvio sia sufficientemente breve,in genere entro 5 a 8 secondi.

VI. Tre criteri di giudizio nella pratica ingegneristica

Per prima cosa, distinguete tra sovraccarico a stato stazionario e sovraccarico transitorio.

Un sovraccarico a stato stazionario si riferisce a una situazione in cui la corrente supera il valore nominale e dura diversi minuti o più.che possono portare a danni cumulativi a lungo termine.

Un sovraccarico transitorio si riferisce a una situazione in cui la corrente è diverse volte superiore al valore nominale ma dura solo pochi secondi.Questo tipo di sovraccarico può di solito essere resistente dal cavo a meno che non si verifichi ripetutamente.

In secondo luogo, utilizzare la temperatura di isolamento come criterio di guasto.

La base per giudicare se un cavo è sovraccarico non è "se il rame è bruciato", ma "se la temperatura di isolamento supera il limite di resistenza a breve termine".la temperatura di resistenza a breve termine è generalmente di 250°C, in base alla temperatura del conduttore.

In terzo luogo, consideriamo l'effetto cumulativo.

Se l'apparecchiatura viene frequentemente avviata e fermata, come una gru o un compressore a rotazione, l'aumento della temperatura da ogni avvio si accumulerà.non è sufficiente guardare solo l'aumento della temperatura di un singolo inizio· è necessario calcolare l'effetto cumulativo dell'aumento della temperatura durante il ciclo termico.

VII. Raccomandazioni di selezione
Per le apparecchiature con alta corrente di partenza, come motori, trasformatori e macchine di saldatura, ci sono quattro strategie comuni di coping.

Il primo metodo consiste nell'aumentare le specifiche del cavo. Questo metodo è adatto per scenari con lunghi tempi di avvio (più di 10 secondi) o frequenti avvii.specialmente per le deposizioni a lunga distanza.

Il secondo metodo è quello di installare un soft starter. Questo metodo è adatto per scenari con tempi di avvio medi (3 a 10 secondi) e dove è necessaria una riduzione della corrente.

Il terzo metodo consiste nell'installazione di un convertitore di frequenza, adatto a situazioni di avviamento molto frequente o in cui è necessario un controllo preciso della velocità.Offre le funzionalità più complete ma è anche la più costosa.

Il quarto metodo consiste nel lasciarlo così come è e utilizzare la specifica originale.Il costo è zero., ma ciò dipende dalla verifica della sicurezza.

Un errore di ingegneria comune è aumentare ciecamente le specifiche del cavo per gestire il sovraccarico di avvio.L'approccio corretto consiste nel calcolare in primo luogo il calore effettivo generato durante l'avvioIn molti casi, i calcoli dimostrano che il cavo esistente è sufficiente.

Se è necessario effettuare una verifica, devono essere preparati i seguenti parametri: sezione trasversale del cavo, materiale e tipo di isolamento; curva corrente-tempo di avvio fornita dal costruttore dell'apparecchiatura;e metodo di deposizione e temperatura iniziale.

VIII. Conclusioni chiave

Innanzitutto, la capacità di sovraccarico a breve termine di un cavo è determinata sia dal tempo che dalla corrente.

In secondo luogo, sotto sovraccarico, l'isolamento fallisce per primo, non il conduttore.

In terzo luogo, i cavi isolati XLPE possono in genere resistere da decine di secondi a diversi minuti sotto un sovraccarico del 200%, a seconda della temperatura iniziale e delle condizioni di dissipazione del calore.

In quarto luogo, per gli impatti a breve termine derivanti dall'avvio diretto del motore, nella maggior parte dei casi non è necessario aumentare le specifiche del cavo,a condizione che il tempo di avvio non superi i 5-8 secondi e sia raro.

In secondo luogo, la Commissione ritiene che l'impostazione di un'impostazione di base non debba comportare un'impostazione di base, ma un'impostazione di base.