Padrões Globais para Encalhe de Condutores: Resistência Máxima DC, Seção Transversal Mínima e Mais

Padrões Globais para Encalhe de Condutores: A Resposta Direta

Se você está lendo isso porque uma pergunta do exame perguntou "Os padrões globais para encordoamento de condutores incluem ___ resistência e ___ área de seção transversal", a resposta curta correta é resistência DC máxima e área de seção transversal mínima . Essa redação aparece em materiais de treinamento baseados na CEI 60228, porque a norma controla o encordoamento colocando um limite superior na resistência CC e um limite inferior na seção transversal para cada tamanho nominal declarado.

Para um engenheiro de cabos que precisa comprar, construir ou qualificar um condutor, essa resposta em duas partes é um começo necessário, mas não completo. Os padrões globais para encordoamento de condutores incluem requisitos de construção, bem como limites elétricos. Um pacote de fios é definido pelo diâmetro do fio, número de fios, comprimento da torção, relação de torção, direção da torção, classe do condutor, classe do material, condição da superfície e, em alguns casos, nível de compactação. Os limites de resistência informam se o condutor conduz; as regras de construção informam se ele irá dobrar, terminar e sobreviver à aplicação para a qual foi construído.

Por que existem padrões para encalhe de condutores

O encordoamento existe porque um fio sólido com a mesma seção transversal seria muito rígido, muito difícil de terminar e muito sensível a flexões repetidas. Em um condutor Classe 2 de 50 mm², a contagem mínima de fios de 19 fios exigida pela IEC 60228 transforma um elemento rígido em forma de haste em um feixe que pode ser dobrado, enrolado e terminado com terminais padrão. Essa é a razão mecânica por trás de cada padrão de encalhe.

Há também uma razão elétrica. Em frequências mais altas, o efeito pelicular empurra a corrente em direção à superfície externa de um condutor. Um condutor trançado com vários fios menores segue o contorno do cabo de maneira mais limpa e limita os entreferros que aparecem quando um condutor sólido é forçado a dobrar. No entanto, o encordoamento não deve empurrar a resistência CC acima do limite máximo permitido, e é exatamente por isso que a IEC 60228 define valores máximos de resistência para cada classe e seção transversal nominal.

Ignorar estes limites cria problemas mensuráveis. Se a resistência exceder o máximo, o cabo fica mais quente e a queda de tensão aumenta além do valor calculado. Se a contagem de fios for inferior ao mínimo, o condutor poderá falhar no teste de flexão ou abrir em um ponto de terminação. Se o comprimento da torção variar, incompatibilidades de alongamento podem causar dobras ou enjaulamento de pássaros quando o cabo é puxado para dentro de um conduíte. Falhas em campo, lotes de produção rejeitados e projetos atrasados são as consequências habituais.

As principais famílias padrão e como elas se comparam

Nenhum documento aborda o tema do encordoamento de condutores. A linha de base internacional mais amplamente utilizada é a IEC 60228, que é adotada na Europa como EN 60228, espelhada na Alemanha como VDE 0295 e correspondida na China pela GB/T 3956. Na América do Norte, as referências práticas são ASTM B8 para condutores de cobre trançados concêntricos, ASTM B787 para condutores unilay combinados de 19 fios, ASTM B496 para cobre trançado redondo compacto condutores e ASTM B172 para condutores torcidos por corda com membros torcidos.

Embora os números dos documentos sejam diferentes, a lógica é consistente. Cada padrão atribui uma classe, define uma contagem mínima de fios, limita a variação do diâmetro e limita a resistência CC. Um pedido de compra bem escrito nomeia explicitamente um desses padrões, porque “em conformidade com ASTM” e “em conformidade com IEC” não são rótulos intercambiáveis.

Classes de condutores IEC 60228 e o que elas dizem ao comprador

A IEC 60228 divide os condutores em quatro classes. A classe 1 é sólida. Classe 2 é o condutor trançado padrão para instalações fixas. A Classe 5 é flexível e a Classe 6 é extra flexível. O número da classe controla diretamente quantos fios são usados e quão finos são esses fios.

Os números tornam a compensação visível. Para um condutor de cobre recozido de 1,5 mm², a IEC 60228 define uma resistência CC máxima de 12,1 mΩ/m para Classe 1 e Classe 2, e 13,3 mΩ/m para Classe 5 e Classe 6 a 20 °C. A maior tolerância para classes flexíveis existe porque fios finos criam um caminho de corrente ligeiramente mais longo e mais resistência de contato entre fios. Para um condutor Classe 5 de 2,5 mm², o número mínimo de fios é 50, em comparação com 7 fios para um condutor Classe 2 do mesmo tamanho nominal.

Classes flexíveis aparecem constantemente em cabos automotivos e de dados, e é aí que o torção encontra a torção de pares. Um condutor Classe 5 que alimenta um cabo de dados Ethernet industrial ou automotivo deve permanecer flexível sem acumular tensão de torção durante o emparelhamento. Muitas fábricas de cabos usam um máquina de torção sem torção de cabo Ethernet industrial de quatro núcleos nesta fase, pois torce quatro núcleos sem girar os próprios núcleos, preservando a construção do condutor definida pela norma.

Máquina de torção de par traseiro para cabo de dados Ethernet industrial de quatro núcleos Gemwell Electrical Technology Co., Ltd é uma máquina de torção de par torcido traseiro da China para fabricante de cabos de dados Ethernet industriais de quatro núcleos ... Ver Produto →

Configurações de encalhe: Concêntrico, Grupo, Corda, Compactado e Setorial

A classe condutor define a meta de flexibilidade; a configuração define a geometria. Cada configuração altera a forma como o condutor se comporta na flexão, como ocupa espaço e com que facilidade pode ser terminado.

Encalhe concêntrico

Numa construção concêntrica, os fios são dispostos em camadas em torno de um fio central, com camadas sucessivas colocadas em direções opostas. As contagens de fios padrão seguem o padrão 1 6, 1 6 12 e 1 6 12 18. O resultado é um condutor redondo e estável que resiste à deformação, razão pela qual ASTM B8 e IEC 60228 Classe 2 adotam esta configuração como padrão para cabos de alimentação.

Encalhe de grupo

O encalhe em grupo torce todos os fios na mesma direção, sem um padrão geométrico de camadas. É mais rápido e barato que o encordoamento concêntrico, mas o condutor acabado tem menos estabilidade geométrica. Condutores agrupados são comuns em cabos flexíveis, fiação automotiva e outras aplicações onde o condutor será terminado rapidamente e flexionado regularmente.

Encalhe com corda

O encalhe por corda primeiro forma pequenos grupos agrupados e, em seguida, coloca esses grupos em torno de um núcleo. Esta construção de dois estágios é a resposta padrão para alta vida útil flexível e resistência mecânica. ASTM B172 define esta família, e ela aparece em cabos de mineração, cabos de guindastes e outras aplicações onde um cabo deve sobreviver a flexão e tensão constantes.

Encalhe compactado e em formato de setor

O fio compactado é passado através de rolos ou matriz após o torcimento para reduzir o diâmetro externo, normalmente em 3 a 8 por cento, enquanto mantém a mesma seção transversal. Os condutores em formato de setor vão além e são pressionados em um perfil de setor para que os cabos de três núcleos possam caber em um diâmetro total menor. Ambas as opções reduzem o peso do cabo e o custo do material, mas exigem um controle de processo mais rígido durante a etapa de torção.

As construções concêntricas e unilay impõem as maiores exigências à estabilidade da tensão. Se a tensão variar durante o percurso, o diâmetro externo e o comprimento da torção variam. Equipamentos como o máquina de torção única de braço separado para serviço pesado com consumo externo e tomada de energia é construído para manter essa tensão durante todo o ciclo de torção, que é exatamente o que essas configurações precisam no final de uma linha de produção.

Máquina de torção única cantilever tipo divisão para serviço pesado (catraxante externo e T Gemwell Electrical Technology Co., Ltd é uma máquina de torção única cantilever tipo divisão para serviços pesados ​​da China (castrador externo e T de torque ... Ver Produto →

Para uma fábrica que produz construções emparelhadas ou multinúcleos após o encordoamento, escolher o estágio de geometria é metade do trabalho. Muitas equipes de produção revisam o linha de máquinas de torção de pares de fios durante o planejamento, pois a torção do par interage com a torção do próprio condutor e pode amplificar um pequeno erro de torção.

Comprimento de torção, proporção de torção e direção de torção: as tolerâncias que importam

O comprimento da torção é a distância axial que um condutor percorre quando o grupo de fios completa uma torção completa de 360 graus. A relação de torção é o comprimento da torção dividido pelo diâmetro médio do condutor. Ambos os valores aparecem em normas e desenhos, e ambos são frequentemente mal compreendidos no chão de fábrica.

Uma torção mais curta consome mais fio por metro de condutor, o que aumenta o peso e aumenta ligeiramente a resistência CC. Uma postura mais longa reduz o uso de material, mas pode tornar o feixe menos estável sob flexão e mais fácil de abrir nas terminações. Para construções concêntricas redondas, as proporções de assentamento típicas ficam entre 8:1 e 16:1, e muitos padrões de fábrica especificam 10:1 a 14:1 como um compromisso. A direção de postura é escrita como direita ou esquerda; a camada externa geralmente fica à direita, a menos que o desenho diga explicitamente o contrário.

A produção de cabos de rede é onde a tolerância de configuração se torna rigorosa, porque cada par deve manter seu próprio ritmo de torção para controlar diafonia e atraso de inclinação. Um máquina de torção tripla integrada de três passos de cabo de rede resolve um problema comum de produção aplicando três estágios de passo em uma única passagem, o que elimina as etapas de retensionamento que normalmente causam desvios no comprimento de torção entre as operações.

Máquina de torção de pares de passo triplo de tipo integrado para fabricação de cabos de rede Gemwell Electrical Technology Co., Ltd é uma máquina de torção de pares de passo triplo do tipo integrado na China para fabricantes de cabos de rede e ... Ver Produto →

Como a conformidade com encalhe é verificada

Os padrões globais não dependem apenas do julgamento visual. Eles estabelecem critérios de aceitação mensuráveis ​​e todos os testes de verificação apontam para resistência ou geometria. A verificação mais importante é a resistência DC medida a 20 °C, porque é o indicador mais rápido e confiável para saber se o material do condutor e a seção transversal estão corretos.

Os valores de resistência na IEC 60228 são valores máximos, não alvos nominais. Isso significa que um condutor Classe 2 de 1,5 mm² medindo 12,0 mΩ/m é aceitável, enquanto 12,3 mΩ/m falha mesmo que a diferença pareça insignificante em um medidor. A mesma disciplina se aplica à contagem de fios: a falta de um fio pode não alterar a resistência o suficiente para ser notada, mas pode alterar a vida útil do cabo flexível e criar uma falha de campo meses depois.

O que uma especificação de compra de cabos deve dizer

A maioria dos defeitos de encalhe chega ao cliente porque o pedido de compra era vago. Uma especificação clara elimina suposições e é a ferramenta de qualidade mais barata que um comprador de cabo possui. A lista de verificação abaixo funciona tanto para cabos de alimentação, cabos de controle e cabos de dados flexíveis.

1. Nomeie o padrão e a edição, como IEC 60228 Terceira Edição.
2. Indique o material do condutor: cobre recozido, cobre estanhado ou alumínio.
3. Especifique a classe do condutor, com um motivo se não for Classe 2.
4. Declare o número de fios e o diâmetro nominal do fio.
5. Declarar o comprimento ou relação de torção, com a tolerância permitida.
6. Declare a direção de colocação da camada externa.
7. Defina a tolerância geral do diâmetro e qualquer alvo de compactação.
8. Exigir um relatório de teste de resistência DC medido a 20 °C.
9. Especifique as condições da superfície: limpa, seca, livre de oxidação e rebarbas.
10. Para condutores Classe 5 e Classe 6, adicione qualquer requisito de vida flexível da aplicação final.

Uma vez finalizada a especificação, a próxima decisão é qual equipamento de produção pode conter esses números. Comparando o gama de máquinas de torção simples cantilever em relação à relação de torção declarada e às tolerâncias de diâmetro é um primeiro passo prático. Também vale a pena ler o nível de campo notas operacionais sobre máquinas de torcer para entender quais ajustes da máquina têm maior probabilidade de alterar o comprimento da torção durante uma execução de produção.

Perguntas frequentes sobre padrões de encalhe de condutores

O que exatamente incluem os padrões globais para encordoamento de condutores?

Eles incluem a resistência CC máxima e a área de seção transversal mínima como os dois principais limites de aceitação. Eles também incluem requisitos de construção: número de fios, diâmetro do fio, comprimento da torção, relação de torção, direção da torção, classe do condutor, classe do material, condição da superfície e nível de compactação para projetos compactos.

Qual é a diferença entre encalhe Classe 2 e Classe 5?

A Classe 2 usa menos fios maiores e é destinada a instalações fixas. A Classe 5 usa muitos fios finos e é projetada para uso flexível. Como referência, um condutor Classe 5 de 2,5 mm² requer no mínimo 50 fios, enquanto o mesmo tamanho nominal na Classe 2 requer apenas 7 fios. A classe 5 também recebe uma tolerância máxima de resistência DC mais alta de acordo com a IEC 60228.

Por que o comprimento da postura é importante?

O comprimento da torção afeta o comprimento total do condutor, o peso, a resistência CC e a flexibilidade. Uma torção mais curta consome mais fio por metro e aumenta ligeiramente a resistência; uma torção mais longa é mais eficiente, mas pode reduzir a estabilidade à flexão e abrir sob tensão. Ambos os efeitos são a razão pela qual as normas e desenhos a tratam como uma dimensão controlada.

Qual norma um comprador deve especificar: IEC 60228 ou ASTM B8?

Use IEC 60228 para a maioria dos projetos internacionais, BS EN 60228 para contratos do Reino Unido e da UE, GB/T 3956 para compras relacionadas à China e ASTM B8 para fios de construção norte-americanos e condutores de cobre de uso geral. Se o cabo for exportado, nomeie um padrão primário e liste os outros como referências equivalentes.

A compactação de um condutor altera sua resistência CC?

A compactação reduz o diâmetro externo em aproximadamente 3 a 8 por cento, mantendo a área da seção transversal estável, de modo que a resistência CC não muda significativamente se o processo for controlado corretamente. O maior risco é que a compactação agressiva endureça os fios e aumente a resistência, razão pela qual os condutores compactos ainda precisam passar no mesmo teste de resistência máxima que os projetos não compactos.

Uma máquina de torção pode atender a vários padrões internacionais ao mesmo tempo?

Sim, se a máquina oferecer comprimento de torção ajustável, controle preciso de tensão e um sistema de recolhimento estável. Os padrões diferem principalmente em classe, contagem de fios e valores de resistência, que são definidos pelo projeto do condutor e não pela máquina. A máquina deve manter a geometria: tensão consistente, proporção de torção correta e nenhum dano ao fio durante o ciclo de torção.

Da folha padrão ao chão de fábrica: escolha de equipamentos que mantenham a tolerância

Um padrão no papel é tão bom quanto a linha de produção que o mantém. A falha mais comum em fábricas de cabos reais não é um padrão desconhecido; é uma máquina que não consegue manter a tensão estável durante uma bobina completa ou um processo de torção que altera o comprimento da torção entre o cabeçote e o enrolador. É por isso que a seleção do equipamento é tão importante quanto a redação das especificações.

Para cabos de energia de instalação fixa, uma máquina robusta de torção única com tração externa e tomada de energia mantém o condutor sob tensão constante durante todo o ciclo de torção. Para cabos flexíveis de dados e automotivos, a torção sem torção evita que o núcleo gire enquanto os pares são formados, o que protege a geometria do condutor especificada pela IEC Classe 5 e Classe 6. Para cabos de rede, uma máquina integrada de três passos remove as etapas de retensionamento que criam variações de assentamento entre as operações.

Ao conversar com um fornecedor para revisar um novo projeto de cabo, lembre-se da pergunta original do questionário. Os padrões globais para encordoamento de condutores incluem resistência CC máxima e área de seção transversal mínima, mas a resposta completa da engenharia reside nos detalhes: contagem de fios, comprimento de torção, relação de torção, direção de torção, classe de condutor, material, qualidade de superfície e equipamento de produção que mantém todos eles dentro da tolerância. Solicite a resistência medida a 20 °C, solicite a contagem dos fios e o comprimento da torção no relatório de teste e certifique-se de que a máquina de torção em sua fábrica é capaz de ter a mesma precisão que o padrão exige.