Grafico dell'intensità del rame: applicazioni, criteri di selezione e guida pratica

Un conduttore in rame da 4/0 AWG appare tre volte in una tabella di portata del rame standard: 195A a 60 °C, 230A a 75 °C e 260A a 90 °C. Ogni cifra è corretta e nessuna di esse è automaticamente il numero di cui un progetto ha bisogno. Il valore che appartiene a una pianificazione di cavi è il più basso dei tre limiti, vale a dire la portata ridotta del conduttore, la temperatura nominale della terminazione su cui si appoggia e l'effetto della temperatura ambiente e del raggruppamento.

Questa è la risposta breve, e vale la pena dirla prima di qualsiasi tabella: leggere il grafico all'indietro a partire dal componente più debole del circuito, applicare le correzioni e dimensionare il risultato. Il dimensionamento direttamente dalla colonna dei 90 °C è il modo in cui un progetto risulta ottimista del 20–30% prima che qualcuno controlli la valutazione stampata sull'aletta.

Cosa misura effettivamente un grafico di ampacità del rame

La portata è la corrente continua massima che un conduttore può trasportare mentre il suo isolamento rimane entro la temperatura nominale e invecchia a un ritmo prevedibile. È un limite termico piuttosto che elettrico. Un conduttore di rame ha la stessa resistenza a 10 A e a 200 A, ma il calore che genera aumenta con il quadrato della corrente, mentre il calore che disperde dipende dalla superficie, dal metodo di installazione e dalla temperatura circostante.

Sei input spostano il numero sulla pagina: sezione trasversale in AWG, kcmil o mm²; materiale del conduttore e grado di conducibilità; isolamento e temperatura nominale della giacca; metodo di installazione come aria libera, canaletta, vassoio o condotto interrato; temperatura ambiente; e il numero di conduttori percorsi da corrente che condividono lo stesso involucro. Cambiatene uno qualsiasi e lo stesso rame potrà essere elencato a venti o trenta ampere di distanza.

È necessario verificare due convenzioni prima di citare qualsiasi numero. Le tabelle AWG e kcmil presuppongono solitamente 30 °C di aria ambiente e un riempimento definito del condotto, mentre le tabelle IEC possono presupporre 30 °C in aria ma 20 °C nel terreno, con diversi fattori di raggruppamento. Un valore di 25 mm² ricavato da una tabella IEC non si allineerà perfettamente con un elenco AWG, perché 25 mm² si trova tra 4 AWG a circa 21,2 mm² e 3 AWG a circa 26,7 mm². Mescolare i due sistemi in un unico programma è una comune fonte di confusione nella fase di gara.

Perché lo stesso rame mostra tre diverse ampiezze

Le tre colonne esistono perché l'isolamento fallisce su una curva di temperatura. I composti in PVC sono generalmente classificati per 70 °C o 75 °C, XLPE ed EPR raggiungono i 90 °C e la colonna a 60 °C sopravvive principalmente per gli isolamenti in gomma preesistenti e per le apparecchiature contrassegnate per terminazioni a 60 °C. Un conduttore a 90 °C non è "rame migliore"; è lo stesso rame con isolamento che tollera più calore prima di infragilirsi o deformarsi.

Il secondo limite si trova alle estremità del cavo. Le morsettiere, i capicorda e gli interruttori sono classificati separatamente e la regola comune è che si presuppone che i circuiti superiori a 100 A utilizzino terminazioni a 75 °C a meno che l'apparecchiatura non sia contrassegnata diversamente. Un cavo XLPE da 90 °C fissato su un capocorda da 75 °C è quindi limitato al valore di 75 °C e il margine termico aggiuntivo diventa utile solo quando viene consumato dal declassamento.

Questa è la conclusione pratica per il lavoro sulle specifiche: scegliere il prodotto a 90 °C per l'headroom che offre in locali tecnici caldi e vassoi affollati, ma non presentare mai la colonna a 90 °C come classificazione del circuito senza confermare la terminazione. Laddove i due non sono d'accordo, prevale il numero più basso, e la differenza spesso spiega perché due fornitori citano lo stesso cavo con affermazioni attuali sospettosamente diverse.

Ampacità del rame per dimensione: dove si piega la curva

L'ampiezza non si adatta alla sezione trasversale. Passando da 6AWG a 500 kcmil l'area del conduttore si moltiplica per circa diciannove, ma la portata a 90 °C aumenta solo da 75 A a 430 A, un fattore di circa 5,7. Il calore lascia il conduttore attraverso la sua superficie, e la superficie cresce con il diametro anziché con l'area, quindi ogni ulteriore millimetro quadrato di rame acquista un po' meno corrente di quello precedente.

Le barre sono scalate a 430 A. Il divario visivo tra i due valori nominali si riduce in termini assoluti man mano che le dimensioni crescono, motivo per cui le penalità di declassamento danneggiano i conduttori piccoli in proporzione più di quelli grandi.

Questa svolta ha due conseguenze pratiche. Innanzitutto, diversi conduttori paralleli più piccoli possono dissipare il calore meglio di un conduttore grande della stessa area totale, ma ogni percorso parallelo attrae quindi fattori di raggruppamento e ogni percorso necessita del proprio spazio di terminazione. In secondo luogo, la caduta di tensione si comporta nella direzione opposta al calore, quindi i lunghi percorsi sono solitamente guidati dalla caduta piuttosto che dalla colonna di corrente, e un conduttore che supera il controllo di portata può comunque fallire il controllo di caduta con un ampio margine.

Declassamento: le correzioni che modificano il numero finale

I fattori di correzione sono i punti in cui i valori del grafico si trasformano in valori di progettazione. La sequenza seguente è quella che vale la pena seguire, utilizzando come custodia lavorata un conduttore in rame XLPE da 1/0 AWG.

1. Partire dal valore della tabella relativo al grado di isolamento: 170 A a 90 °C.
2. Applicare la correzione ambientale. A 45°C dell'aria il fattore per un conduttore a 90°C è di circa 0,87, dando circa 148 A.
3. Applicare il fattore di raggruppamento per il numero di conduttori caricati che condividono la canalizzazione. Sei conduttori utilizzano tipicamente 0,80, fornendo circa 118 A.
4. Confrontare con il limite di terminazione di 150 A a 75 °C. La risoluzione non è qui il vincolo vincolante.
5. Applicare la regola del carico continuo, che richiede che il conduttore sia valutato almeno al 125% del carico continuo. Il carico continuo utilizzabile scende a circa 94 A.

Se si fa passare lo stesso conduttore su capicorda a 60 °C, il quadro cambia nuovamente: il condensatore scende a 125 A e dopo le stesse correzioni il circuito è limitato a circa 87 A. Un progettista che leggesse solo la colonna a 90 °C avrebbe sopravvalutato la capacità di quasi il 100% prima dell'applicazione delle correzioni e di circa il 35% dopo. Questo divario è il costo reale di un riferimento grafico non controllato, ed è molto più economico coglierlo sulla carta che durante la messa in servizio.

L'ampiezza non è l'intera storia per i conduttori di messa a terra

I conduttori di terra hanno dimensioni diverse. Il conduttore di messa a terra dell'apparecchiatura viene generalmente selezionato da una tabella basata sulla classificazione del dispositivo di sovracorrente a monte piuttosto che sulla corrente di carico: un dispositivo da 200 A richiede rame da 6 AWG, 400 A per 3 AWG, 600 A per 1 AWG e la scala continua verso l'alto con la classificazione del dispositivo. Il grafico dell’ampiezza ti dice molto poco su quella selezione.

Ciò che governa invece è la tenuta di breve periodo. La verifica adiabatica è S = √(I²t) / k, dove S è l'area del conduttore in mm², I la corrente di guasto in ampere, t il tempo di intervento in secondi e k una costante di materiale e isolamento: circa 143 per il rame con isolamento in PVC e 176 per il rame con XLPE, tratto dalla norma IEC 60364-5-54. Un conduttore di terra in PVC rame da 35 mm² assorbe quindi circa 5 kA per un secondo. Tempi di pulizia più lunghi o livelli di guasto più elevati spingono rapidamente l'area verso l'alto, motivo per cui le impostazioni di protezione e le dimensioni dei conduttori vengono sempre riviste insieme.

La stessa logica spiega perché l’hardware di messa a terra è specificato dalla resistenza congiunta e dalla tenuta al cortocircuito piuttosto che dalla portata continua, e perché la questione sottostante della tenuta merita una propria revisione. I meccanismi alla base di tale controllo sono illustrati nella presente nota quanta corrente sopportano i conduttori di terra durante un guasto , che si abbina bene ai valori del grafico sopra.

Messa a terra del filo intrecciato in rame per la messa a terra Conduttore di terra a trefolo in rame di elevata purezza disponibile in forme trafilate, trafilate o stagnate, adatto per la messa a terra di apparecchiature di potenza in cui è in fase di revisione la resistenza alla corrente di guasto. Visualizza il prodotto →

Barra di messa a terra in rame priva di ossigeno per la messa a terra Barra di rame priva di ossigeno di un grado con fino al 99,97% di rame e bassa resistività, rilevante quando si confrontano i valori nominali delle sbarre collettrici nude e delle basi di riscaldamento per progetti di messa a terra. Visualizza il prodotto →

In questi calcoli la barra di rame nudo e i conduttori di rame intrecciati si comportano diversamente dai cavi isolati. Una sbarra collettrice non ha un rivestimento che ne limiti la temperatura, ma i valori nominali pubblicati delle sbarre variano del 30–50% tra le sorgenti perché l'orientamento, la spaziatura, le condizioni del plenum e l'aumento di temperatura consentito sono tutti diversi. Quando si confronta una barra da 25 × 3 mm quotata a 250 A con una quotata a 350 A, controllare la base dell'aumento di temperatura prima di presumere che una delle due sia sbagliata.

Cosa inserire nell'ordine di acquisto

Poiché gran parte del grafico dipende dal contesto, il documento dell'ordine dovrebbe contenere i numeri che lo risolvono. Specificare lo standard del conduttore (IEC 60228 classe 2 per rame intrecciato o ASTM B8 dove si applica la dimensione imperiale), la sezione nominale e la resistenza CC massima a 20 °C: 25 mm² di rame non devono superare circa 0,727 Ω/km e 95 mm² circa 0,193 Ω/km. Indicare il tipo di isolamento e la temperatura nominale, la classe di cordatura e lo standard che seguirà il certificato di prova.

Laddove come sostituto viene proposto l’acciaio rivestito in rame o l’alluminio rivestito in rame, la qualità conta più del diametro. L'acciaio rivestito in rame viene normalmente offerto con una conduttività IACS del 21%, 30% o 40%, quindi un grado del 40% trasporta circa il 40% della corrente del conduttore in rame solido della stessa dimensione. Un fornitore che cita solo "rivestito in rame" senza il grado di conduttività non ha risposto alla domanda.

Le tolleranze rappresentano il rischio commerciale silenzioso. Un conduttore alimentato al 2% del diametro nominale perde circa il 4% della sua sezione trasversale, che si manifesta come una piccola percentuale di resistenza extra e alcuni gradi di temperatura di esercizio extra nel corso degli anni di servizio. I calibri su un conduttore a trefolo non sono affidabili; pesare una lunghezza misurata o misurare la resistenza su un ponte risolve la questione in pochi minuti.

Connettore di messa a terra flessibile intrecciato in rame Connettore di messa a terra in treccia di rame flessibile o lamina con capocorda in rame pressato privo di ossigeno, argentato o stagnato, per percorsi a bassa resistenza in cui le prestazioni del capocorda e del giunto sono importanti. Visualizza il prodotto →

I connettori flessibili, le trecce e i ponticelli meritano la stessa disciplina, poiché la loro portata è limitata dal giunto e dal capocorda piuttosto che dal conduttore stesso. Gli acquirenti che lavorano su una distinta base spesso collegano questi elementi alla gamma dei conduttori di terra in modo che una specifica copra l'intero percorso di messa a terra; la gamma di cavi di messa a terra in rame è un utile punto di riferimento quando si consolidano tali elementi pubblicitari.

Controlli che vale la pena fare prima di impegnarsi

1. Confermare la temperatura nominale di ogni terminazione del circuito, non solo del cavo.
2. Registrare la temperatura ambiente di progetto e il numero di conduttori caricati per canalizzazione; entrambi sono necessari per giustificare la cifra declassata.
3. Controlla se il grafico che stai leggendo è basato su presupposti AWG o metrici e non interpolare mai tra i due sistemi.
4. Verificare il livello di guasto e il tempo di intervento per i conduttori di messa a terra e di collegamento equipotenziale, poiché la portata da sola non è sufficiente a dimensionarli.
5. Richiedi i dati sulla resistenza e il grado di conduttività su qualsiasi alternativa rivestita in rame.

Un grafico dell’ampiezza del rame è un punto di partenza, non una risposta. Il numero che sopravvive alla revisione è quello che è stato ridotto in base ai limiti ambientali, di raggruppamento e di terminazione, e quindi controllato rispetto alla resistenza ai guasti laddove il conduttore è lì per proteggere le persone piuttosto che per trasportare il carico.