Jak vypočítat velikost kabelu: Průvodce pro elektrotechnické projekty krok za krokem

Zeptejte se kteréhokoli zkušeného elektrotechnika a uslyšíte totéž: dimenzování kabelů není jeden vzorec, ale krátký řetězec kontrol a každý článek v tomto řetězci musí vydržet. Získejte správný proud, ale ignorujte faktory snížení a vodič se zahřeje na vyšší teplotu, než na jakou kdy byla jeho izolace navržena. Nastavte správnou ampacitu, ale ignorujte pokles napětí a motor na vzdáleném konci linky se odmítne spustit. Přeskočte kontrolu zkratu a instalace bude o jednu chybu dál od vážného incidentu.

Níže uvedená metoda se řídí posloupností, kterou naši vlastní inženýři používají při kontrole projektu: nejprve navrhněte proud, poté koordinaci s ochranným zařízením, poté proudovou zatížitelnost, poté pokles napětí a poté odolnost proti zkratu. Postupně projděte kroky a správný průřez se vybere téměř sám.

Než začnete: Sbírejte vstupy

Téměř každé zpoždění ve cvičení dimenzování kabelu vede zpět k chybějícímu vstupu. Před otevřením stolu si shromážděte tyto:

• Údaje o zátěži: výkon v kW nebo kVA, účiník, účinnost, pracovní cyklus a simultánnost.
• Údaje o systému: jmenovité napětí, počet fází, frekvence a zda je napájení TN, TT nebo IT.
• Údaje o ochraně: typ a jmenovitý výkon jističe nebo pojistky a jejich vypínací charakteristiky.
• Způsob instalace: vícejádrový nebo jednojádrový, na podnos, do potrubí, přímo zaklapnutý, volně na vzduchu nebo zakopaný.
• Prostředí: teplota okolního vzduchu, teplota půdy a tepelný odpor, hloubka pohřbu a kolik okruhů sdílí trasu.
• Údaje o trase: délka v jednom směru v metrech plus jakékoli budoucí rozšíření, které je již plánováno.
• Údaje o poruše: předpokládaný zkratový proud na počátku a požadovaná doba odpojení.

Zapište hodnoty. Formátovací list, který zobrazuje jeho vstupy, lze zkontrolovat během několika minut; ten, který ne, bude vždy zpochybňován.

Krok 1 – Výpočet návrhového proudu (Ib)

Návrhový proud je proud, který kabel ponese při normálním provozu. Pro třífázové zatížení:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

a pro jednofázové zatížení:

Ib = P / (U × cos φ)

Rychlá ukázka: třífázová zátěž 90 kW na 400 V při účiníku 0,85 odebere 90 000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Toto jediné číslo určuje podlahu pro vše, co následuje, protože ochranné zařízení musí být alespoň takto velké a kabel musí být alespoň takto schopný.

Za připomenutí stojí dvě vylepšení. Rozběhový proud motoru nemění trvalý návrhový proud, ale ovlivňuje volbu ochrany a kontrolu poklesu napětí. A v instalacích s vysokým obsahem harmonických, jako jsou kanceláře plné elektronických zátěží nebo závod plný pohonů, může být nutné dimenzovat nulový vodič pro větší než fázový proud, spíše než pro menší.

Krok 2 – Zkoordinujte kabel s ochranným zařízením

Kabel je chráněn pouze v případě, že se zařízení před ním odpojí před poškozením izolace. V praxi to znamená, že musí být splněny dvě podmínky současně:

Ib ≤ In ≤ Iz

kde Ib je návrhový proud, In je jmenovitý jmenovitý výkon ochranného zařízení a Iz je korigovaná proudová zatížitelnost kabelu. Druhá podmínka, I2 ≤ 1,45 × Iz, potvrzuje, že zařízení bude skutečně pracovat při svém konvenčním vybavovacím proudu bez přehřátí vodiče.

Praktický důsledek je jednoduchý. Pokud je vypočítaný proud 153 A, nezvolíte jistič 200 A a pak sháníte kabel dostatečně velký, aby mu odpovídal; zvolíte nejmenší standardní jmenovitý výkon nad zátěží, což je zde 160 A, a dimenzování kabelu podle tohoto čísla.

Krok 3 – Najděte základní proudovou kapacitu

Tabulky proudové zatížitelnosti, ať už převzaté z IEC 60364-5-52, BS 7671 nebo katalogu výrobce, jsou sestaveny na základě definovaného souboru podmínek: referenční okolní teplota, stanovený způsob instalace, definovaný počet zatížených vodičů a jeden obvod. Najděte řádek, který odpovídá vašemu průřezu, a sloupec, který odpovídá vaší instalaci.

Ve výsledku dominují tři možnosti. Důležitý je materiál vodiče, protože hliník potřebuje na stejný proud zhruba jeden a půl násobek průřezu mědi. Na izolaci záleží, protože kabel XLPE může vést s vodičem při 90 °C, zatímco kabel z PVC je omezen na 70 °C. A na způsobu instalace nesmírně záleží, protože kabel připnutý ve volném vzduchovém krytu se zahřívá mnohem snadněji než tentýž kabel vtažený do přeplněného potrubí.

Zde se skutečný katalog stává skutečně užitečným, protože mezera mezi typy izolace není zaokrouhlovací chybou. Napájecí kabel s izolací XLPE 6/1 kV přenáší znatelně větší proud než ekvivalent PVC se stejným měděným průřezem, jednoduše proto, že jeho izolace toleruje vyšší teplotu vodiče.

Jmenovité napětí 0,6/1kV XLPE izolovaný napájecí kabel Jmenovité napětí 0,6/1kV zesíťovaný polyethylen izolovaný napájecí kabel využívá chemické nebo fyzikální metody k transformaci polyethylenových molekul z lineární struktury... Zobrazit produkt →

Krok 4 - Aplikujte korekční faktory

Skutečné instalace nikdy neodpovídají referenčním podmínkám tabulky, takže základní kapacita musí být snížena. Faktory se násobí:

Iz = It × Ca × Cg × Čs × Cd

Pokud je snížená kapacita nižší než jmenovitá hodnota ochranného zařízení, posuňte se o jeden průřez nahoru a výpočet opakujte. Je běžné, že kabel projde kontrolou proudu až po dvou nebo třech pokusech.

Krok 5 - Zkontrolujte pokles napětí

Kabel, který vede proud, může být pro danou trasu stále příliš malý. Úbytek napětí stoupá s proudem i délkou a právě kontrola si nejčastěji vynutí větší průřez u dlouhých podavačů.

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

U třífázového obvodu tabulková hodnota mV/A/m již zahrnuje faktor √3. Typické limity jsou 3 % pro osvětlovací obvody a 5 % pro silové obvody, měřeno od počátku instalace ke svorkám zátěže, s přídavkem sdíleným mezi vývodem a koncovým okruhem.

Vezměte měděný vodič 70 mm² s proudem 160 A na 80 m. Jeho třífázový úbytek je asi 0,58 mV/A/m, takže ztráta je 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V, neboli 1,9 % ze 400 V, což je pohodlně uvnitř limitu. Pokud by trasa byla místo toho 300 m, stejný výpočet by produkoval 27,8 V a vynutil si zvýšení průřezu.

Krok 6 – Ověřte odolnost proti zkratu

Při poruše prochází vodičem proud, který mnohonásobně převyšuje normální jmenovitý výkon, a musí přežít dostatečně dlouho, aby ochrana poruchu odstranila. Adiabatická kontrola je standardní přístup:

S ≥ (I × √t) / k

Zde I je potenciální poruchový proud v ampérech, t je doba odpojení v sekundách a k je konstanta, která závisí na materiálu vodiče a jeho izolaci. Pro měděné vodiče je k typicky 143 s izolací XLPE a 115 s PVC, zatímco hliníkové vodiče používají nižší hodnoty. Porucha 20 kA odstraněná za 0,2 s vyžaduje 20 000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² mědi, a proto někdy rozhoduje o konečné velikosti spíše kontrola zkratu než kontrola proudu.

Stejnou pozornost si zaslouží ochranný vodič. Musí odolat stejné energii poruchy a musí být dimenzován tak, aby impedance smyčky zemní poruchy umožnila zařízení vypnout v povoleném čase.

Zpracovaný příklad

Sestavte šest stupňů pro motorový podavač o výkonu 90 kW na 400 V systému s účiníkem 0,85, vedený 80 m na podnosu ve vzduchu o teplotě 40 °C s dalšími dvěma zatíženými okruhy vedle něj.

Odpovědí je čtyřžilový 70 mm² měděný XLPE kabel. Všimněte si, který krok nastavil velikost: 70 mm² bylo potřeba k přenosu 160 A po snížení výkonu a také se stává, že adiabatická kontrola vyhovuje jen s malou rezervou. Snižte seskupení nebo okolní teplotu a tento okraj zmizí.

Kde dimenzování kabelů obvykle selhává

• Dimenzování podle jmenovité zátěže při ignorování rozmanitosti, volné kapacity nebo budoucího rozšíření.
• Použití tabulky založené na 30 °C, když provozovna běží při 45 °C.
• Ignorování seskupení, i když tři okruhy na jednom zásobníku snižují kabel mnohem více, než většina lidí očekává.
• Čtení sloupce PVC pro kabel XLPE nebo naopak.
• Kontrola úbytku napětí při prvním zatížení obvodu místo posledního.
• Zapomínáme, že neutrál může přenášet harmonické proudy v třífázových čtyřvodičových obvodech.
• Zpracování zkratové kontroly jako volitelné u krátkých jízd, kde je často rozhodujícím faktorem.

Dva případy, které vyžadují zvláštní péči

Vysokonapěťové napáječe

Od 3,6/6 kV do 26/35 kV zůstává logika stejná, ale do výpočtu se zapojí tloušťka izolace, konstrukce stínění a uzemnění kovového pláště. Kovové stínění má svou vlastní zkratovou povinnost a uzemnění ovlivňuje jak úroveň poruchy, tak tepelné chování kabelu. Velikost a 26/35 kV XLPE izolovaný napájecí kabel proto to znamená kontrolu stejných limitů s připojenou další sadou stínění a uzemnění.

Jmenovité napětí 3,6/6kV–26/35kV XLPE izolovaný napájecí kabel Napájecí kabel s izolací zesíťovaného polyetylénu se jmenovitým napětím 3,6/6kV–26/35kV využívá pokročilý proces zesíťování. Pomocí chemických nebo fyzikálních metod se polye... Zobrazit produkt →

Řídicí obvody s proměnnou frekvencí

Měniče protlačují kabelem harmonické proudy a rychlé napěťové impulzy, takže proud, který vypočítáte z typového štítku motoru, není proud, který kabel skutečně vidí. Vyhrazený kabel měniče se symetrickou třížilovou konstrukcí a správně připojeným stíněním udržuje tyto proudy pod kontrolou a snižuje elektromagnetické rušení sousedních obvodů. Pokud se jedná o dlouhé kabely motoru, měly by být limity délky kabelů výrobce měniče považovány za součást dimenzování.

Řídicí kabel s proměnnou frekvencí (jmenovité napětí do 6 kV) Přehled produktu Kabely pro frekvenční transformátory (běžně známé jako kabely VFD) jsou vedení pro přenos energie speciálně navržená pro průmyslové kon... Zobrazit produkt →

Od kalkulace po kabel, kterému můžete věřit

Aritmetika není obtížná. Obtížnost spočívá v číslech, která do něj vložíte, což znamená okolní teplotu, seskupení, úroveň poruch a délku trasy a ve znalosti, která norma projekt řídí.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. vyrábí kabely v Guanlin, Yixing od roku 1998, pro více než 100 druhů produktů a zhruba 30 000 specifikací, od kabeláže 450/750 V po 26/35 kV napájecí kabely XLPE, s řízením kvality certifikovaným podle ISO 9001 a produkty schválenými organizací TUV Rheinland.TU. Každá objednávka začíná rozhovorem o dimenzování, protože nejekonomičtější kabel je ten, který je správný hned napoprvé. Pošlete nám náklad, trasu a prostředí a naši inženýři vám vrátí doporučení velikosti s úplnými zobrazenými faktory snížení. Rychlý pohled na naše továrna ukazuje, jak se tyto kabely vyrábějí, testují a připravují k dodání.

Pokud byste chtěli jít o úroveň hlouběji do toho, jak výkon produktu interaguje s velikostí, náš článek o klíčových faktorech, které je třeba vzít v úvahu při výběru napájecích kabelů je užitečným společníkem tohoto průvodce.