Kako izračunati veličinu kabela: Vodič korak po korak za električne projekte

Pitajte bilo kojeg iskusnog inženjera elektrotehnike i čut ćete istu stvar: dimenzioniranje kabela nije jedna formula nego kratki lanac provjera, a svaka karika u tom lancu mora izdržati. Ispravite struju, ali zanemarite faktore smanjenja, i vodič će se zagrijati više nego što je njegova izolacija ikad bila predviđena. Podesite ispravnu struju, ali zanemarite pad napona, a motor na udaljenom kraju linije odbija se pokrenuti. Preskočite provjeru kratkog spoja i instalacija će biti udaljena jedan kvar od ozbiljnog incidenta.

Metoda u nastavku slijedi redoslijed koji naši inženjeri koriste kada pregledavaju projekt: prvo projektirana struja, zatim koordinacija sa zaštitnim uređajem, zatim nosivost struje, zatim pad napona, zatim otpornost na kratki spoj. Radite redom kroz korake i točan poprečni presjek gotovo će se sam odabrati.

Prije nego počnete: prikupite ulazne podatke

Gotovo svako kašnjenje u vježbi dimenzioniranja kabela povezuje se s nedostatkom ulaza. Prikupite ovo prije nego što otvorite stol:

• Podaci o opterećenju: snaga u kW ili kVA, faktor snage, učinkovitost, radni ciklus i simultanost.
• Podaci o sustavu: nazivni napon, broj faza, frekvencija i je li napajanje TN, TT ili IT.
• Podaci o zaštiti: vrsta i nazivni učinak prekidača strujnog kruga ili osigurača i njegove karakteristike okidanja.
• Način ugradnje: višežilni ili jednožilni, na ladicu, u cjevovodu, spojen izravno, u slobodnom zraku ili ukopan.
• Okolina: temperatura okolnog zraka, temperatura tla i toplinska otpornost, dubina ukopa i koliko krugova dijeli rutu.
• Podaci o ruti: jednosmjerna duljina u metrima, plus sva buduća proširenja koja su već planirana.
• Podaci o kvaru: očekivana struja kratkog spoja u izvorištu i potrebno vrijeme prekida.

Zapišite vrijednosti. List veličine koji prikazuje svoje unose može se pregledati za nekoliko minuta; onaj koji nema uvijek će biti upitan.

Korak 1 - Izračunajte projektiranu struju (Ib)

Projektirana struja je struja koju će kabel nositi u normalnom radu. Za trofazno opterećenje:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

a za jednofazno opterećenje:

Ib = P / (U × cos φ)

Kratka ilustracija: trofazno opterećenje od 90 kW na napajanju od 400 V pri faktoru snage 0,85 privlači 90 000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Taj jedini broj određuje donju vrijednost za sve što slijedi, jer zaštitni uređaj mora biti barem ovoliki, a kabel mora imati barem ovoliku snagu.

Dva su poboljšanja vrijedna pamćenja. Struja pokretanja motora ne mijenja trajnu proračunsku struju, ali utječe na izbor zaštite i provjeru pada napona. A u instalacijama s visokim sadržajem harmonika, kao što su uredi puni elektroničkih opterećenja ili pogoni puni pogona, neutralni vodič će možda morati biti dimenzioniran za više od fazne struje, a ne za manje.

Korak 2 - Uskladite kabel sa zaštitnim uređajem

Kabel je zaštićen samo ako se uređaj ispred njega odvoji prije nego se ošteti izolacija. U praksi to znači da dva uvjeta moraju biti zadovoljena u isto vrijeme:

Ib ≤ In ≤ Iz

gdje je Ib projektirana struja, In nazivna vrijednost zaštitnog uređaja, a Iz korigirana nosivost struje kabela. Drugi uvjet, I2 ≤ 1,45 × Iz, potvrđuje da će uređaj stvarno raditi na svojoj uobičajenoj struji okidanja bez pregrijavanja vodiča.

Praktična posljedica je jednostavna. Ako je izračunata struja 153 A, ne birate prekidač od 200 A i zatim tražite kabel dovoljno velik da mu odgovara; odaberete najmanju standardnu ​​vrijednost iznad opterećenja, koja je ovdje 160 A, i dimenzionirate kabel prema toj brojci.

Korak 3 - Pronađite osnovnu nosivost struje

Tablice nosivosti struje, bilo da su preuzete iz IEC 60364-5-52, BS 7671 ili kataloga proizvođača, izgrađene su oko definiranog skupa uvjeta: referentne temperature okoline, navedene metode instalacije, definiranog broja opterećenih vodiča i jednog kruga. Pronađite redak koji odgovara vašem presjeku i stupac koji odgovara vašoj instalaciji.

Tri izbora dominiraju rezultatom. Materijal vodiča je bitan, jer aluminij treba otprilike jedan i pol puta veći presjek od bakra za istu struju. Izolacija je važna, jer XLPE kabel može raditi s vodičem na 90 °C, dok je PVC kabel ograničen na 70 °C. A način postavljanja je iznimno bitan, budući da kabel pričvršćen u slobodnom zraku daleko lakše odbacuje toplinu nego isti kabel uvučen u prenapučenu cijev.

Ovdje pravi katalog postaje istinski koristan, jer razmak između vrsta izolacije nije pogreška zaokruživanja. 6/1 kV XLPE izoliran energetski kabel nosi osjetno više struje od PVC ekvivalenta istog bakrenog presjeka, jednostavno zato što njegova izolacija tolerira višu temperaturu vodiča.

Nazivni napon 0,6/1kV XLPE izolirani energetski kabel Nazivni napon od 0,6/1 kV umreženog polietilenskog izoliranog energetskog kabela usvaja kemijske ili fizičke metode za transformaciju polietilenskih molekula iz linearne strukture... Pogledajte proizvod →

Korak 4 - Primijenite faktore korekcije

Stvarne instalacije nikada ne odgovaraju referentnim uvjetima tablice, tako da se osnovni kapacitet mora smanjiti. Čimbenici se međusobno množe:

Iz = It × ca × Cg × Cs × Cd

Ako smanjeni kapacitet ispadne ispod nazivne vrijednosti zaštitnog uređaja, pomaknite se za jedan poprečni presjek i ponovite izračun. Uobičajeno je da kabel prođe provjeru struje tek nakon dva ili tri pokušaja.

Korak 5 - Provjerite pad napona

Kabel koji nosi struju možda je još uvijek premalen za rutu. Pad napona raste i sa strujom i s duljinom, a ček je taj koji najčešće forsira veći presjek na dugim dodavačima.

Pad napona = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Za trofazni krug tablična vrijednost mV/A/m već uključuje faktor √3. Tipična ograničenja su 3 % za krugove rasvjete i 5 % za strujne krugove, mjereno od početka instalacije do priključaka opterećenja, s dopuštenjem podijeljenim između dovoda i konačnog kruga.

Uzmite bakreni vodič od 70 mm² koji nosi 160 A preko 80 m. Njegov trofazni pad je oko 0,58 mV/A/m, tako da je gubitak 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V, ili 1,9 % od 400 V, što je udobno unutar granice. Da je trasa umjesto toga bila 300 m, isti izračun proizveo bi 27,8 V i prisilio bi korak gore u presjeku.

Korak 6 - Provjerite otpornost na kratki spoj

Tijekom kvara vodič nosi struju mnogo puta veću od normalne nazivne vrijednosti i mora preživjeti dovoljno dugo da zaštita otkloni kvar. Adijabatska provjera je standardni pristup:

S ≥ (I × √t) / k

Ovdje je I očekivana struja kvara u amperima, t je vrijeme prekida u sekundama, a k je konstanta koja ovisi o materijalu vodiča i njegovoj izolaciji. Za bakrene vodiče, k je obično 143 s XLPE izolacijom i 115 s PVC-om, dok aluminijski vodiči koriste niže vrijednosti. Kvar od 20 kA koji se uklanja u 0,2 s zahtijeva 20 000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² bakra, zbog čega provjera kratkog spoja, umjesto provjere struje, ponekad odlučuje o konačnoj veličini.

Zaštitni vodič zaslužuje istu pozornost. Mora izdržati istu energiju kvara i mora biti dimenzioniran tako da impedancija petlje zemljospoja omogući okidanje uređaja unutar dopuštenog vremena.

Odrađen primjer

Spojite šest koraka za napajanje motora od 90 kW na sustavu od 400 V pri faktoru snage 0,85, usmjerite 80 m na pladanj u zraku od 40 °C s dva druga opterećena kruga pored njega.

Odgovor je četverožilni bakreni XLPE kabel od 70 mm². Imajte na umu koji je korak postavio veličinu: 70 mm² bilo je potrebno za prijenos 160 A nakon smanjenja snage, a također se događa da zadovolji adijabatsku provjeru sa samo malom marginom. Smanjite grupiranje ili temperaturu okoline i ta margina nestaje.

Tamo gdje veličina kabela obično pogriješi

• Dimenzioniranje prema nominalnom opterećenju uz ignoriranje raznolikosti, slobodnog kapaciteta ili budućeg proširenja.
• Korištenje tablice temeljene na 30 °C kada prostorija s pogonom radi na 45 °C.
• Ignoriranje grupiranja, iako tri kruga na jednoj ladici troše kabel mnogo više nego što većina ljudi očekuje.
• Očitavanje PVC stupca za XLPE kabel ili obrnuto.
• Provjera pada napona pri prvom opterećenju kruga umjesto posljednjem.
• Zaboravljajući da neutralni može prenositi harmonijske struje u trofaznim četverožilnim krugovima.
• Tretiranje provjere kratkog spoja kao opcionalne na kratkim vožnjama, gdje je često odlučujući faktor.

Dva slučaja koja zahtijevaju dodatnu njegu

Srednjenaponski vodovi

Od 3,6/6 kV do 26/35 kV logika ostaje ista, ali debljina izolacije, konstrukcija zaslona i uzemljenje metalnog plašta pridružuju se proračunu. Metalni zaslon mora zadovoljiti vlastitu dužnost kratkog spoja, a raspored uzemljenja utječe i na razinu kvara i na toplinsko ponašanje kabela. Određivanje veličine a 26/35 kV XLPE izoliran energetski kabel stoga znači provjeru istih ograničenja s priloženim dodatnim skupom zaslona i uvjeta uzemljenja.

Nazivni napon 3,6/6kV–26/35kV XLPE izolirani energetski kabel Nazivni napon 3,6/6kV–26/35kV kabl za napajanje izoliran od umreženog polietilena koristi napredni proces umrežavanja. Kemijskim ili fizikalnim metodama polie... Pogledajte proizvod →

Pogonski krugovi promjenjive frekvencije

Pogoni guraju harmonijske struje i brze impulse napona kroz kabel, tako da struja koju izračunate s natpisne pločice motora nije struja koju kabel stvarno vidi. Namjenski pogonski kabel sa simetričnom trožilnom konstrukcijom i pravilno spojenim zaslonom drži te struje pod kontrolom i smanjuje elektromagnetske smetnje na susjednim krugovima. Gdje su uključeni dugački vodovi motora, ograničenja duljine kabela proizvođača pogona treba tretirati kao dio vježbe dimenzioniranja.

Kabel pogona promjenjive frekvencije (nazivni napon do 6kV) Pregled proizvoda Kabeli za frekventne transformatore (općenito poznati kao VFD kabeli) su vodovi za prijenos električne energije posebno projektirani za industrijsku konekciju promjenljive frekvencije... Pogledajte proizvod →

Od izračuna do kabela kojem možete vjerovati

Aritmetika nije teška. Poteškoća leži u brojevima koje unosite u njega, što znači temperaturu okoline, grupiranje, razinu greške i duljinu rute, te u znanju koji standard upravlja projektom.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. proizvodi kabele u Guanlinu, Yixing od 1998., u više od 100 vrsta proizvoda i otprilike 30 000 specifikacija, od 450/750 V ožičenja do 26/35 kV XLPE energetskih kabela, s upravljanjem kvalitetom certificiranim prema ISO 9001 i proizvodima odobrenim od strane TUV-a Rheinland. Svaka narudžba počinje razgovorom o veličini, jer je najekonomičniji kabel onaj koji je ispravan prvi put. Pošaljite nam opterećenje, rutu i okoliš, a naši inženjeri će vam vratiti preporuku veličine s punim prikazom faktora smanjenja. Brzi pogled na naša tvornica pokazuje kako se ti kabeli proizvode, testiraju i pripremaju za isporuku.

Ako želite ići jednu razinu dublje u interakciju izvedbe proizvoda s veličinom, naš članak o ključnim čimbenicima koje treba uzeti u obzir pri odabiru energetskih kabela koristan je dodatak ovom vodiču.