AW: EVGA Epower Gen 5: Zusatz-PCB für Grafikkarten bietet 680 Ampere
3x6-pin sind 9 Masseadern. Gute Kabel benutzen 16 AWG was 1,31 mm^2 Querschnitt pro Ader sind, also eine Gesamtquerschnittsfläche von knapp 12 mm^2.
Da dürfte man laut Norm bei frei verlegten Kabeln rund 80A (bei 30°C Umgebung, bei nur 20°C schon das 1,12-fache...) durchschieben was rund einem Kilowatt entspricht bei 12V. Die PCIe-Specs die da nur 225W erlauben würden sind da SEHR konservativ.
Das Board kann 680A bei 2V liefern, entsprechend 1360W - durch die Buchsen müssten unter Vollast rund 113 A fließen. Das ist zwar oberhalb dem offiziell erlaubten für den verwendeten Querschnitt aber unter kontrollierten Bedingungen die da immer herrschen sicherlich noch absolut kein Problem. Da ward maximal vielleicht ein Kabel auf Dauer mal handwarm.
Für die 600+A rauszuschieben werden dann auch keine Kabel sondern Strombänder verwendet, hier ist zunehmend die Oberfläche des Leiters entscheidend und nicht mehr allzusehr der Querschnitt.
Außerdem müssen bei der Betrachtung auch die äußeren Umstände berücksichtigt werden, so basieren die VDE - Normen auf der Annahme, das der Leiter ausschließlich über freie Konvektion gekühlt wird und der dauerhafte Strom über die gesammte Gebrauchsdauer der Leitung (20 Jahre) fließt. Da aber bei dem entsprechenden extremen Übertakten auch die Gebrauchsdauer des Netzteils eine eher geringere sein dürfte, kann die maximale Leitertemperatur auch höher liegen. Außerdem beziehen sich die VDE Vorgaben auf PVC - Isolationen. In der Regel wird für PVC eine Dauergebrauchstemperatur von 70°C angenommen und eine Kurzzeittemperatur von 90°C. Für PTFE sind z.B.: 260°C als Dauergebrauchstemperatur und 320°C als Kurzzeittemperatur zulässig. Unter der Annahme, das das verwendete Netzteil ehe durch die abhnorm hohen Lastströme eine mäßige Lebendsdauer haben dürfte, kann man wohl getrost von den Kurzzeittemperaturen ausgehen. Außerdem vernachlässigt die VDE auch die Strahlungskühlung der Leiter (da das auch ein komplexes Thema ist, da auch die Umgebung auf den Leiter über Wechselwirkungen mit der Strahlung einwirkt und das ganze unter anderem vom Isolationsmaterial und dessen Farbe abhängt).
Auch wird in der VDE die Temperaturdiffernz nur vereinfacht behandelt, da diese bei der freien Konvektion auch letztlich einen Einfluss auf den Wärmewiderstand nimmt.
Nehmen wir mal im Beispiel weiterhin freie Konfektion bei einem schwarzen PTFE isolierten Kabel bei 320°C bei 30°C Umgebungstemperatur im Vergleich zu einem schwarzen PVC isolierten Kabel bei 70°C. (Als Emisionsgrad nehmne ich 0,9 für beide Kunststoffe an, als Isolationsdicke nehme ich 0,353mm an. Den Wärmewiderstand des jeweiligen Iolationsmaterials vernachlässige ich.) Außerdem gehe ich von perfektem Gleichstrom aus, da ansonsten noch andere Dinge wie der Skineffekt und weitere Effekte berücksichtugt werden müsssten. Außerdem ignoriere ich die tatsache, das die Leiter bei Aderleitungen für erhöhte Temperaturen z.B.: vernickelt sind.
* für AWG Kabel gibt es eigentlich keine VDE Vorschriften, da diese sich auf metrische Querschnitte4 beziehen, aber seis an dieser Stelle mal egal, da es entsprechende ähnlich gelagerten Vorschriften gibt.
Eine Googlesuche
Strombelastbarkeit Kabel - Google-Suche fördert eine Strombelastbarkeit von 20 A zu tage, was (in Verbindung mit manchen Quellen die bis zu 19 A bei 1,0 mm^2 angeben auch noch recht vorsichtig sein dürfte). Bei entsprechender Verlegung der Kabel (ausreichender Abstand in alle Richtungen um das Kabel, z.B. durch Abstandhalter) können angrenzende kabel vernachlässigt werden. (Da 3 * 3 Aderleitungen hier den Strom parallel führen, wären wir hier schon bei 180A Stromtragfähigkeit unter optimalen bedingungen innerhalb der Norm). Zurück zum Rechenbeispiel: Kupfer hat einen elektrischen Widerstand von 0,01786 Ohm pro meter bei einem Querschnitt von 1 mm^2 bei 20°C. Der lineare Temperaturkoeffizient beträgt 0,00393 K^-1 und der quadratische Temperaturkoeffizient beträgt 0,0000006 K^-2. Daraus folgt, das der Leiterwiderstand bei 70°C auf das 1,198 - fache von 20°C ansteigt (1,1965 - fache ohne den quadratischen Temperaturkoeffizienten). Bei 320°C erhöht sich der Leiterwiderstand entsprechend auf das 2,233 - fache (2,179 - fache ohne den quadratischen Temperaturkoeffizienten) Daraus folgt, das das PVC isolierte Kabel einen elektrischen Widerstand bei 70°C von 0,016333 Ohm je Meter aufweist, während das PTFE isolierte Kabel einen elektrischen Widerstand bei 320°C von 0,030448 Ohm je Meteraufweist. Bei den 20A die über das kabel fließen können entwickelt sich nun also eine Verlustleistung von 6,5332 W je Meter bei dem PVC Kabel. Davon entfallen 0,553157 W auf die Strahlung und 5,980043 W auf die Konvektion. Bei 320°C steigt der Strahlungsanteil auf 11,771252 W an. Der Wärmewiderstand des Kabels beträgt bei Einemtemperaturunterschied von 40 K also rund 6,688915 K/W. Bei 320°C steigt aber der Temperaturunterschied auf 290 K an, wodurch der Wärmewidersatand auf etwa das 0,609418 - fache absinkt. Also besitzt das Kabel bei einem Temperaturunterschied von 290 K nur noch einen Wärmewiderstand von 4,076345 K/W. Daraus folgt, das der Konverktionsanteil bei 320°C 78,501693 W beträgt. Die kombinierte Verlustleistung für das PTFE isolierte Kabel beträgt also bei 320°C beträgt also 90,272945 W. Mittels dem elektrischen Widerstand lässt sich nun über die Verlustleistung die dazugehörige Stromstärke berechnen --> 54,450193 A. Also rund 50A für einen einzellnen schwarzen PTFE isolierten AWG 16 Leiter im Kurzzeitbetrieb. (Sicherheitszugabe für den Wärmewiderstand des Isolationsmaterials usw.) Damit wären wir rechnerisch für die 9 parallelen Leiter bei 450 A. Praktisch dürfte aber da bereits eher z.B.: bei 300A Schluss sein, da sich ja die Leiter ja trotzdem beeinflussen.
Ach ja, PTFE schmilz bei 327°C, also sollte es auch bei 320°C noch nicht vom Leiter tropfen. Für Glasseide isolierte Leitungen wäre noch mehr drin (in der feuchtigkeitsresistenten Ausführung mit Kaptonschicht würden dauerhaft 400°C gehen, ohne feuchtigkeitsschutz 650°C
).
Und außerdem kann man die Kabel ja auch noch aktiv kühlen. (Überschlagsmäßig würde da dann bis zu der 6 - fachen Abwärmemenge möglich werden, aber da muss dann auch der Wärmewiderstand des isolationsmaterials berücksichtigt werden.)
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