Ako vypočítať veľkosť kábla: Podrobná príručka pre elektrické projekty

Opýtajte sa ktoréhokoľvek skúseného elektrotechnika a budete počuť to isté: dimenzovanie káblov nie je jeden vzorec, ale krátky reťazec kontrol a každý článok v tomto reťazci musí držať. Získajte správny prúd, ale ignorujte faktory znižovania a vodič sa zahrieva viac, než na akú bola jeho izolácia kedy navrhnutá. Nastavte správnu prúdovú kapacitu, ale ignorujte pokles napätia a motor na vzdialenom konci linky sa odmietne spustiť. Preskočte kontrolu skratu a inštalácia bude o jednu poruchu ďalej od vážneho incidentu.

Nižšie uvedená metóda sa riadi postupnosťou, ktorú naši vlastní inžinieri používajú pri posudzovaní projektu: najprv navrhnite prúd, potom koordináciu s ochranným zariadením, potom prúdovú zaťažiteľnosť, potom pokles napätia a potom odolnosť proti skratu. Postupne prejdite krokmi a správny prierez sa vyberie takmer sám.

Skôr než začnete: Zhromaždite vstupy

Takmer každé oneskorenie v cvičení dimenzovania káblov sa vracia k chýbajúcemu vstupu. Pred otvorením stola si zhromaždite tieto položky:

• Údaje o zaťažení: výkon v kW alebo kVA, účinník, účinnosť, pracovný cyklus a simultánnosť.
• Údaje o systéme: menovité napätie, počet fáz, frekvencia a či je napájanie TN, TT alebo IT.
• Ochranné údaje: typ a výkon ističa alebo poistky a ich vypínacie charakteristiky.
• Spôsob inštalácie: viacžilový alebo jednojadrový, na podnose, v potrubí, priamo prichytený, na vzduchu alebo zakopaný.
• Prostredie: teplota okolitého vzduchu, teplota pôdy a tepelný odpor, hĺbka hrobu a koľko okruhov zdieľa trasu.
• Údaje o trase: dĺžka jedného smeru v metroch plus akékoľvek budúce predĺženie, ktoré je už plánované.
• Údaje o poruche: predpokladaný skratový prúd v mieste vzniku a požadovaný čas odpojenia.

Zapíšte si hodnoty. Veľkostný hárok, ktorý zobrazuje jeho vstupy, je možné skontrolovať v priebehu niekoľkých minút; ten, ktorý nie, bude vždy spochybňovaný.

Krok 1 – Výpočet návrhového prúdu (Ib)

Konštrukčný prúd je prúd, ktorý kábel prenesie pri normálnej prevádzke. Pre trojfázové zaťaženie:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

a pre jednofázové zaťaženie:

Ib = P / (U × cos φ)

Rýchla ilustrácia: 90 kW trojfázová záťaž na 400 V pri účinníku 0,85 odoberie 90 000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Toto jediné číslo určuje podlahu pre všetko, čo nasleduje, pretože ochranné zariadenie musí byť aspoň také veľké a kábel musí byť aspoň takto schopný.

Za zapamätanie stoja dve vylepšenia. Štartovací prúd motora nemení trvalý konštrukčný prúd, ale ovplyvňuje výber ochrany a kontrolu poklesu napätia. A v inštaláciách s vysokým obsahom harmonických, ako sú kancelárie plné elektronických záťaží alebo závod plný pohonov, môže byť potrebné, aby bol neutrálny vodič dimenzovaný na viac ako fázový prúd, nie na menší.

Krok 2 – Skoordinujte kábel s ochranným zariadením

Kábel je chránený iba vtedy, ak sa zariadenie pred ním odpojí pred poškodením izolácie. V praxi to znamená, že musia byť splnené dve podmienky súčasne:

Ib ≤ In ≤ Iz

kde Ib je návrhový prúd, In je nominálny menovitý výkon ochranného zariadenia a Iz je korigovaná prúdová zaťažiteľnosť kábla. Druhá podmienka, I2 ≤ 1,45 × Iz, potvrdzuje, že zariadenie bude skutočne pracovať pri svojom konvenčnom vypínacom prúde bez prehriatia vodiča.

Praktický dôsledok je jednoduchý. Ak je vypočítaný prúd 153 A, nezvolíte 200 A istič a potom nehľadáte dostatočne veľký kábel, aby sa mu vyrovnal; zvolíte najmenšiu štandardnú hodnotu nad záťažou, ktorá je tu 160 A, a dimenzujete kábel podľa tohto čísla.

Krok 3 - Nájdite základnú kapacitu prenosu prúdu

Tabuľky prúdovej zaťažiteľnosti, či už sú prevzaté z IEC 60364-5-52, BS 7671 alebo z katalógu výrobcu, sú postavené na definovanom súbore podmienok: referenčná teplota okolia, stanovený spôsob inštalácie, definovaný počet zaťažených vodičov a jeden okruh. Nájdite riadok, ktorý zodpovedá vášmu prierezu, a stĺpec, ktorý zodpovedá vašej inštalácii.

Vo výsledku dominujú tri možnosti. Dôležitý je materiál vodiča, pretože hliník potrebuje na rovnaký prúd približne jeden a pol násobok prierezu medi. Na izolácii záleží, pretože XLPE kábel môže viesť s vodičom pri 90 °C, zatiaľ čo PVC kábel je obmedzený na 70 °C. A na spôsobe inštalácie nesmierne záleží, pretože kábel pricvaknutý vo voľnej vzduchovej komore sa zahrieva oveľa ľahšie ako ten istý kábel vtiahnutý do preplneného potrubia.

Tu sa skutočný katalóg stáva skutočne užitočným, pretože medzera medzi typmi izolácie nie je chybou zaokrúhľovania. Napájací kábel s izoláciou XLPE 6/1 kV nesie výrazne väčší prúd ako ekvivalent PVC s rovnakým medeným prierezom, jednoducho preto, že jeho izolácia toleruje vyššiu teplotu vodiča.

Menovité napätie 0,6/1kV XLPE izolovaný napájací kábel Zosieťovaný polyetylénový izolovaný napájací kábel s menovitým napätím 0,6/1 kV využíva chemické alebo fyzikálne metódy na transformáciu polyetylénových molekúl z lineárnej štruktúry... Zobraziť produkt →

Krok 4 - Aplikujte korekčné faktory

Skutočné inštalácie nikdy nezodpovedajú referenčným podmienkam tabuľky, takže základná kapacita sa musí znížiť. Faktory sa násobia:

Iz = It × Ca × Cg × Čs × Cd

Ak je znížená kapacita nižšia ako menovitá hodnota ochranného zariadenia, posuňte sa o jeden prierez vyššie a výpočet zopakujte. Je bežné, že kábel prejde kontrolou prúdu až po dvoch alebo troch pokusoch.

Krok 5 - Skontrolujte pokles napätia

Kábel, ktorý prenáša prúd, môže byť pre danú trasu stále príliš malý. Pokles napätia stúpa s prúdom aj dĺžkou a práve kontrola si najčastejšie vynúti väčší prierez na dlhých podávačoch.

Pokles napätia = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Pre trojfázový obvod tabuľková hodnota mV/A/m už zahŕňa faktor √3. Typické limity sú 3 % pre osvetľovacie obvody a 5 % pre silové obvody, merané od začiatku inštalácie po svorky záťaže, s toleranciou zdieľanou medzi napájačom a koncovým obvodom.

Vezmite 70 mm² medený vodič s prúdom 160 A na 80 m. Jeho trojfázový úbytok je asi 0,58 mV/A/m, takže strata je 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V alebo 1,9 % zo 400 V, čo je pohodlne v rámci limitu. Ak by bola namiesto toho trasa 300 m, rovnaký výpočet by vyprodukoval 27,8 V a vynútil by si zvýšenie prierezu.

Krok 6 – Overte odolnosť proti skratu

Počas poruchy vedie vodič prúd, ktorý je mnohonásobkom normálnej hodnoty a musí prežiť dostatočne dlho, aby ochrana odstránila poruchu. Adiabatická kontrola je štandardný prístup:

S ≥ (I × √t) / k

Tu I je potenciálny poruchový prúd v ampéroch, t je čas odpojenia v sekundách a k je konštanta, ktorá závisí od materiálu vodiča a jeho izolácie. Pre medené vodiče je k zvyčajne 143 s izoláciou XLPE a 115 s PVC, zatiaľ čo hliníkové vodiče používajú nižšie hodnoty. Porucha 20 kA odstránená za 0,2 s vyžaduje 20 000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² medi, a preto niekedy o konečnej veľkosti rozhoduje skôr kontrola skratu ako kontrola prúdu.

Ochranný vodič si zaslúži rovnakú pozornosť. Musí vydržať rovnakú poruchovú energiu a musí byť dimenzovaná tak, aby impedancia zemnej poruchovej slučky umožnila zariadeniu vypnúť sa v povolenom čase.

Spracovaný príklad

Spojte šesť stupňov pre motorový napájač s výkonom 90 kW na 400 V systéme s účinníkom 0,85, vedený 80 m na podnose vo vzduchu s teplotou 40 °C s dvoma ďalšími zaťaženými okruhmi vedľa neho.

Odpoveďou je štvoržilový 70 mm² medený XLPE kábel. Všimnite si, ktorý krok nastavil veľkosť: 70 mm² bolo potrebných na prenos 160 A po znížení výkonu a tiež sa stáva, že adiabatickú kontrolu spĺňa len s malou rezervou. Znížte zoskupenie alebo okolitú teplotu a tento okraj zmizne.

Kde dimenzovanie káblov zvyčajne zlyhá

• Dimenzovanie podľa nominálnej záťaže bez ohľadu na rôznorodosť, voľnú kapacitu alebo budúce rozšírenie.
• Použitie tabuľky založenej na 30 °C, keď prevádzkareň beží pri 45 °C.
• Ignorovanie zoskupovania, aj keď tri okruhy na jednom zásobníku znižujú kábel oveľa viac, ako väčšina ľudí očakáva.
• Čítanie stĺpca z PVC pre kábel XLPE alebo naopak.
• Kontrola poklesu napätia pri prvom zaťažení obvodu namiesto posledného.
• Zabúdame na to, že neutrál môže prenášať harmonické prúdy v trojfázových štvorvodičových obvodoch.
• Kontrola skratu je voliteľná pri krátkych jazdách, kde je často rozhodujúcim faktorom.

Dva prípady, ktoré si vyžadujú osobitnú starostlivosť

Strednapäťové napájače

Od 3,6/6 kV do 26/35 kV logika zostáva rovnaká, ale do výpočtu sa zapája hrúbka izolácie, konštrukcia tienenia a uzemnenie kovového plášťa. Kovové tienenie má svoju vlastnú skratovú povinnosť a uzemňovacie usporiadanie ovplyvňuje úroveň poruchy aj tepelné správanie kábla. Dimenzovanie a 26/35 kV XLPE izolovaný napájací kábel preto to znamená kontrolu rovnakých limitov s dodatočným súborom tienenia a pripojených podmienok uzemnenia.

Menovité napätie 3,6/6kV–26/35kV XLPE izolovaný napájací kábel Zosieťovaný polyetylénový izolovaný napájací kábel s menovitým napätím 3,6/6kV–26/35kV využíva pokročilý proces zosieťovania. Chemickými alebo fyzikálnymi metódami sa polye... Zobraziť produkt →

Obvody pohonu s premenlivou frekvenciou

Pohony tlačia harmonické prúdy a rýchle napäťové impulzy cez kábel, takže prúd, ktorý vypočítate z typového štítku motora, nie je prúd, ktorý kábel skutočne vidí. Vyhradený kábel pohonu so symetrickou trojžilovou konštrukciou a správne viazaným tienením udržuje tieto prúdy pod kontrolou a znižuje elektromagnetické rušenie susedných obvodov. Ak ide o dlhé vedenia motora, limity dĺžky káblov od výrobcu meniča by sa mali považovať za súčasť dimenzovania.

Kábel pohonu s premenlivou frekvenciou (menovité napätie do 6 kV) Prehľad produktu Káble frekvenčného transformátora (bežne známe ako káble VFD) sú vedenia na prenos energie špeciálne navrhnuté pre priemyselné kon... Zobraziť produkt →

Od kalkulácie po kábel, ktorému môžete dôverovať

Aritmetika nie je náročná. Obtiažnosť spočíva v číslach, ktoré do neho vložíte, čo znamená okolitú teplotu, zoskupenie, úroveň poruchy a dĺžku trasy a tiež vedieť, ktorá norma riadi projekt.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. vyrába káble v Guanlin, Yixing od roku 1998, pre viac ako 100 druhov produktov a približne 30 000 špecifikácií, od vedenia 450/750 V po 26/35 kV XLPE napájacie káble, s riadením kvality certifikovaným podľa ISO 9001 a produkty schválené TU v Rheinland. Každá objednávka začína rozhovorom o dimenzovaní, pretože najhospodárnejší kábel je ten, ktorý je správny hneď na prvýkrát. Pošlite nám náklad, trasu a prostredie a naši inžinieri vám vrátia odporúčanú veľkosť s úplnými zobrazenými faktormi zníženia. Rýchly pohľad na naša továreň ukazuje, ako sa tieto káble vyrábajú, testujú a pripravujú na dodanie.

Ak by ste chceli ísť o úroveň hlbšie do interakcie výkonu produktu s veľkosťou, náš článok o kľúčových faktoroch, ktoré treba zvážiť pri výbere napájacích káblov je užitočným spoločníkom tohto sprievodcu.