Jak obliczyć rozmiar kabla: przewodnik krok po kroku dotyczący bezpiecznych, prawdziwych projektów

Właściwy dobór rozmiaru przewodu to jedna z tych decyzji, od których po cichu zależy, czy instalacja będzie działała komfortowo przez trzydzieści lat, czy też przegrzeje się podczas pierwszego gorącego lata. Kabel o zbyt małym rozmiarze marnuje energię, skraca żywotność izolacji i stwarza rzeczywiste ryzyko pożaru; kabel o dwa rozmiary za duży wiąże pieniądze w miedzi, obwód nigdy nie był potrzebny. Nauka obliczania rozmiaru kabla tak naprawdę polega na zrównoważeniu czterech różnych kontroli.

W tym przewodniku zastosowano tę samą sekwencję, którą stosują nasi inżynierowie, gdy klient przesyła harmonogram obciążenia: znajdź projektowany prąd, popraw go pod kątem faktycznego montażu kabla, potwierdź spadek napięcia na całej długości odcinka i sprawdź, czy przewodnik wytrzymuje zwarcie.

Co naprawdę oznacza prawidłowy rozmiar kabla

Przewodnik jest prawidłowo dobrany tylko wtedy, gdy spełnione są jednocześnie wszystkie cztery poniższe warunki. Jeżeli któryś z nich zawiedzie, należy przejść do kolejnego przekroju standardowego i powtórzyć obliczenia. Pominięcie kontroli jest najczęstszą przyczyną, dla której kabel jest dobrany idealnie na papierze, a następnie ulega awarii na miejscu.

Krok 1: Ustal prąd projektowy

Wszystko zaczyna się od ciągłego prądu, który musi przewodzić kabel, zwykle zapisywanego jako Ib. Dla obciążenia trójfazowego zależność jest następująca:

Ib = P / (1,732 × U × PF)

W przypadku obwodu jednofazowego lub prądu stałego po prostu porzuć 1.732:

Ib = P / (U × PF)

Weźmy silnik trójfazowy o mocy 55 kW zasilany napięciem 400 V i współczynnikiem mocy 0,86. Wtedy Ib = 55 000 / (1,732 × 400 × 0,86), co wynosi w przybliżeniu 92 A. Użyj rzeczywistego współczynnika mocy, zamiast zakładać jedność, ponieważ różnica między 0,86 a 1,0 wynosi około 16 procent prądu i często stanowi dokładnie margines decydujący o sprawdzeniu spadku napięcia. Jeśli obciążeniem jest silnik, spójrz także na prąd rozruchowy, ponieważ urządzenie zabezpieczające musi przejść przez start bez zadziałania.

Prąd projektowy nie jest wartością znamionową wyłącznika

Gdy już znane będzie Ib, wybierz urządzenie zabezpieczające o wartości znamionowej co najmniej Ib, a następnie potwierdź, że obniżona pojemność kabla jest co najmniej równa wartości znamionowej urządzenia. Praca w tej kolejności zapewnia ochronę przewodnika i komfort termiczny.

Krok 2: Zastosuj współczynniki obniżające wartości znamionowe dla rzeczywistych warunków

Katalogowe wartości znamionowe prądu zakładają zestaw warunków odniesienia, zwykle jeden obwód na wolnym powietrzu w temperaturze 30°C lub jeden obwód zakopany w ziemi w temperaturze 20°C. Prawdziwe instalacje rzadko spełniają te założenia, więc każde odchylenie jest uwzględniane ze współczynnikiem korygującym, a współczynniki się mnożą:

Iz = It × k1 × k2 × k3 ...

gdzie Jest to moc tabelaryczna, a Iz to faktycznie dostępna pojemność. Grupa trzech obciążonych obwodów w jednym kanale w ciągu dnia o temperaturze 40°C może stracić jedną trzecią wartości znamionowej, zanim w ogóle weźmie się pod uwagę spadek napięcia.

Na przykład współczynnik 0,87 dla temperatury otoczenia 40°C pomnożony przez 0,75 dla grupowania daje 0,65, więc kabel wyliczony w tabeli dla 130 A jest dobry tylko dla około 85 A w takim układzie. Nigdy nie dodawaj razem współczynników korygujących; zawsze je mnożysz.

Krok 3: Sprawdź spadek napięcia wzdłuż przebiegu

Spadek napięcia to kontrola, która najczęściej wymusza zastosowanie większego przewodu w długich liniach zasilających i nie można go ocenić na podstawie samej tabeli prądów. Dla rezystancyjnej części obwodu:

Vd = k × I × L × R / 1000

gdzie k wynosi 2 dla obwodów jednofazowych i prądu stałego oraz 1,732 dla obwodów trójfazowych, I to prąd obciążenia w amperach, L to długość trasy w jedną stronę w metrach, a R to rezystancja przewodu w omach na kilometr. Procentowy spadek jest następnie dzielony przez Vd przez napięcie nominalne pomnożone przez 100. Większość instalacji niskiego napięcia pracuje do 3 procent w obwodzie końcowym i 5 procent ogółem.

W naszym przykładzie przebieg 80 m przy 92 A na miedzianym przewodniku o przekroju 50 mm² i oporności około 0,387 oma na kilometr daje Vd = 1,732 × 92 × 80 × 0,387 / 1000, co odpowiada w przybliżeniu 4,9 V lub 1,2% z 400 V. To mija spokojnie. Na dystansie 300 m to samo obliczenie zakończy się niepowodzeniem i spowoduje podniesienie przekroju o kilka stopni, dlatego właśnie długość trasy uwzględniana jest w obliczeniach od początku.

Krok 4: Sprawdź wytrzymałość zwarciową

Kabel musi także wytrzymać prąd zwarciowy tak długo, jak długo urządzenie zabezpieczające go usunie. Równanie adiabatyczne radzi sobie z tym w jednym wierszu:

S = pierwiastek kwadratowy z (I² × t) / k

gdzie S to minimalny przekrój w mm², I to spodziewany prąd zwarciowy w amperach, t to czas odłączenia w sekundach, a k to stała dla kombinacji przewodu i izolacji. Typowe wartości to około 143 dla miedzi z izolacją XLPE, 115 dla miedzi z PVC i 94 dla aluminium z XLPE.

Usterka 6 kA usunięta w ciągu 0,1 s w miedzianym kablu XLPE wymaga pierwiastka kwadratowego (6000² × 0,1) podzielonego przez 143, czyli około 13 mm². Nasz przewodnik o przekroju 50 mm² jest wygodny. Zwróć uwagę, jak duże znaczenie ma t: ta sama usterka usunięta w ciągu jednej sekundy wymagałaby około 42 mm², dlatego też ustawienia zabezpieczeń i dobór rozmiaru kabla należą do tej samej dyskusji.

Składanie tego wszystkiego razem

Oto pełna sekwencja dla silnika 55 kW na odcinku 80 m, dla przejrzystości liczby są zaokrąglone.

1. Prąd projektowy: 92 A przy 400 V przy współczynniku mocy 0,86. Urządzenie ochronne o obciążalności 100 A.
2. Warunki instalacji: Kabel miedziany XLPE na tacy z dwoma innymi obciążonymi obwodami, temperatura otoczenia 40°C. Łączny współczynnik obniżenia wartości znamionowych 0,65.
3. Pierwsza próba przy 35 mm²: tabelaryczna pojemność około 130 A, obniżona do około 85 A. Nie powiodła się, ponieważ 85 A to mniej niż wartość znamionowa urządzenia 100 A.
4. Druga próba przy 50 mm²: obniżona pojemność około 100 A. Spełnia parametry urządzenia.
5. Spadek napięcia przy 50 mm² na 80 m: 4,9 V, czyli 1,2 procent. Przechodzi.
6. Wymóg zwarcia: minimum 13 mm² dla zwarcia 6 kA usuwanego w ciągu 0,1 s. Przechodzi.
7. Wynik: Kabel miedziany w izolacji XLPE 0,6/1 kV, cztery żyły o przekroju 50 mm², z zabezpieczeniem ustawionym na usunięcie zwarcia w ciągu 0,1 s.

Od obliczeń po faktycznie zamawiany kabel

Przekrój poprzeczny stanowi tylko część specyfikacji. Rodzaj izolacji zmienia ilość prądu, jaki może przewodzić przewodnik, ponieważ kable z izolacją XLPE działają w wyższych temperaturach przewodnika niż ich odpowiedniki z PVC i dlatego przy tym samym obciążeniu potrzebny jest mniejszy przekrój poprzeczny. Bardziej szczegółowo porównujemy obie konstrukcje w tym artykule na temat Wydajność kabla zasilającego w izolacji XLPE i PVC . Materiał przewodnika również ma znaczenie: przewodniki z aluminium i stopów aluminium są lżejsze i bardziej ekonomiczne, ale wymagają większego przekroju dla tego samego prądu.

Izolowany kabel zasilający XLPE o napięciu znamionowym 0,6/1 kV Kabel zasilający z izolacją polietylenową o napięciu znamionowym 0,6/1 kV wykorzystuje chemiczne lub fizyczne metody przekształcania cząsteczek polietylenu ze struktury liniowej. Zobacz produkt →

W przypadku większości prac związanych z dystrybucją niskiego napięcia, kabel zasilający w izolacji XLPE 0,6/1 kV, wykonany z miedzi lub aluminium, pokrywa ten zakres, a powyższe obliczenia mają bezpośrednie zastosowanie. Przy średnim napięciu metoda pozostaje niezmieniona, ale tabele obniżania wartości znamionowych, poziomy zwarć i wymagania dotyczące grubości izolacji są różne, dlatego pola zasilające od 3,6/6 kV do 26/35 kV są zwykle dobierane na podstawie danych sieciowych zakładu energetycznego.

Izolowany kabel zasilający XLPE o napięciu znamionowym 3,6/6 kV–26/35 kV Kabel zasilający o napięciu znamionowym 3,6/6 kV–26/35 kV, usieciowany, w izolacji polietylenowej, wykorzystuje zaawansowany proces sieciowania. Metodami chemicznymi lub fizycznymi poli... Zobacz produkt →

Dobór dla obciążeń solarnych, VFD i innych obciążeń specjalnych

Niektóre obwody wymagają zmodyfikowanej wersji tej samej procedury. Ciągi paneli fotowoltaicznych prądu stałego przenoszą na dachu prąd ciągły w wysokiej temperaturze otoczenia, dlatego współczynnik obniżania wartości znamionowych stosuje się do już nagrzanego kabla, a spadek napięcia często utrzymuje się na poziomie 1 lub 2 procent, ponieważ wydajność falownika spada na obu końcach okna wejściowego. Obwody przetwornicy częstotliwości dodają zawartość harmonicznych i napięcie pulsacyjne, więc ekranowany kabel i sprawdzenie napięcia znamionowego względem ziemi stają się częścią doboru rozmiaru.

Kabel fotowoltaiczny (kabel fotowoltaiczny) Przegląd produktu Kabel fotowoltaiczny jest krytycznym elementem używanym do przesyłu prądu stałego w systemach wytwarzania energii słonecznej PV. Zaprojektowane specjalnie dla platformy... Zobacz produkt →

Kable ognioodporne, termitowe i kolejowe podlegają tej samej arytmetyce, ale obowiązująca norma dodaje ograniczenia, takie jak integralność obwodu pod ogniem, których nie zastąpią żadne obliczenia.

Typowe błędy dotyczące wymiarów, które widzimy w dokumentach przetargowych

• Stosując jeden współczynnik obniżający wartości znamionowe i zapominając o reszcie, podczas grupowania, temperatura otoczenia i warunki glebowe działają jednocześnie.
• Stosowanie wartości rezystancji 20°C dla przewodu, który będzie działał w temperaturze 70°C lub 90°C.
• Dobór rozmiaru do wyłącznika, który został już określony, a nie do rzeczywistego obciążenia.
• Ignorowanie przewodu neutralnego w obwodach z obciążeniami bogatymi w harmoniczne, takimi jak biurowy sprzęt IT lub oświetlenie LED.
• Zakładając, że większy kabel rozwiązuje problem spadku napięcia, gdy prawdziwym problemem jest długość trasy lub słaby współczynnik mocy.
• Zapominając o minimalnym przekroju wymaganym do wytrzymałości mechanicznej i ciągłości przewodu ochronnego.

Przeprowadź obliczenia z producentem, który robi to codziennie

Wuxi Guanghuan Cable produkuje druty i kable w Guanlin, Yixing, obszarze znanym jako chińskie miasto kabli, od 1998 roku. Nasz asortyment obejmuje kable elektroenergetyczne niskiego i średniego napięcia, przewody napowietrzne, kable do urządzeń elektrycznych i specjalne kable do zastosowań fotowoltaicznych, transportu kolejowego i ognioodpornych, z ponad 100 seriami i 30 000 specyfikacji wyprodukowanych na ponad 70 liniach produkcyjnych i testowych. Szczegóły naszych atestów, w tym certyfikaty TUV Rheinland oraz certyfikaty systemów ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 i ISO 50001, są wymienione w naszej strona certyfikacji produktu .

Wyślij nam harmonogram obciążenia, długość trasy, metodę instalacji i warunki otoczenia, a nasi inżynierowie przeprowadzą te same cztery kontrole opisane powyżej i wrócą z przekrojem, typem izolacji i konstrukcją kabla, która przejdzie kontrolę za pierwszym razem.