Jak vypočítat velikost kabelu: Průvodce krok za krokem pro bezpečné a skutečné projekty

Správná velikost vodičů je jedním z těch rozhodnutí, které tiše určí, zda instalace poběží pohodlně třicet let, nebo se v prvním horkém létě přehřeje. Poddimenzovaný kabel plýtvá energií, zkracuje životnost izolace a vytváří skutečné riziko požáru; kabel o dvou velikostech příliš velký svazuje peníze v mědi, kterou obvod nikdy nepotřeboval. Naučit se, jak vypočítat velikost kabelu, je ve skutečnosti o vyvážení čtyř různých kontrol proti sobě.

Tato příručka se řídí stejnou sekvencí, kterou naši inženýři používají, když zákazník zasílá plán zátěže: najděte návrhový proud, opravte jej podle způsobu, jakým je kabel skutečně instalován, potvrďte pokles napětí po celé délce a ověřte, že vodič přežije zkrat.

Co ve skutečnosti znamená správná velikost kabelu

Vodič je správně dimenzován pouze tehdy, když jsou současně splněny všechny čtyři níže uvedené podmínky. Pokud jeden z nich selže, přejděte na další standardní průřez a výpočet opakujte. Přeskočení kontroly je nejčastějším důvodem, proč kabel na papíře perfektně dimenzuje a pak selže na místě.

Krok 1: Stanovte návrhový proud

Vše začíná trvalým proudem, který musí kabel přenášet, obvykle psaným jako Ib. Pro třífázové zatížení platí vztah:

Ib = P / (1,732 × U × PF)

Pro jednofázový nebo stejnosměrný obvod jednoduše upusťte 1,732:

Ib = P / (U × PF)

Vezměte třífázový motor o výkonu 55 kW na napájení 400 V s účiníkem 0,86. Potom Ib = 55 000 / (1,732 × 400 × 0,86), což odpovídá zhruba 92 A. Použijte skutečný účiník spíše než předpokládejte jednotu, protože rozdíl mezi 0,86 a 1,0 je asi 16 procent proudu a často je to přesně hranice, která rozhoduje o kontrole poklesu napětí. Pokud je zátěží motor, podívejte se také na startovací proud, protože ochranné zařízení musí projít startem bez vypnutí.

Návrhový proud není jmenovitým proudem jističe

Jakmile je hodnota Ib známa, vyberte ochranné zařízení, jehož jmenovitá hodnota je alespoň Ib, a potvrďte, že snížená kapacita kabelu je alespoň jmenovitá hodnota zařízení. Práce v tomto pořadí udržuje vodič chráněný a tepelně pohodlný.

Krok 2: Aplikujte snižovací faktory pro skutečné podmínky

Katalogové jmenovité proudy předpokládají referenční sadu podmínek, obvykle jeden okruh ve volném vzduchu při 30 °C nebo jeden okruh zakopaný v půdě při 20 °C. Skutečné instalace zřídka odpovídají těmto předpokladům, takže každá odchylka je ošetřena korekčním faktorem a faktory se násobí:

Iz = It × k1 × k2 × k3 ...

kde je tabulkové hodnocení a Iz je skutečně dostupná kapacita. Skupina tří zatížených okruhů v jednom potrubí může v den 40 °C ztratit třetinu jmenovitého jmenovitého výkonu, než se vůbec uvažuje o poklesu napětí.

Například faktor 0,87 pro okolní teplotu 40 °C vynásobený 0,75 pro seskupení dává 0,65, takže kabel tabelovaný na 130 A je v tomto uspořádání dobrý pouze pro asi 85 A. Nikdy nepřidávejte korekční faktory dohromady; vždy je množte.

Krok 3: Zkontrolujte pokles napětí během běhu

Pokles napětí je kontrola, která nejčastěji nutí větší vodič na dlouhých podavačích a nelze jej posoudit pouze podle aktuální tabulky. Pro odporovou část obvodu:

Vd = k × I × L × R / 1000

kde k je 2 pro jednofázové a stejnosměrné obvody a 1,732 pro třífázové, I je zatěžovací proud v ampérech, L je délka jednosměrné trasy v metrech a R je odpor vodiče v ohmech na kilometr. Procentuální pokles je pak Vd dělený jmenovitým napětím vynásobeným 100. Většina nízkonapěťových instalací pracuje do 3 procent na konečném okruhu a 5 procent celkově.

V našem příkladu 80 m při 92 A na měděném vodiči 50 mm² s odporem asi 0,387 ohmů na kilometr dává Vd = 1,732 × 92 × 80 × 0,387 / 1000, což je zhruba 4,9 V, neboli 1,2 procenta ze 400 V. Na 300 m běhu by stejný výpočet selhal a tlačil by průřez o několik kroků nahoru, což je přesně důvod, proč délka trasy patří do výpočtu od začátku.

Krok 4: Ověřte odolnost proti zkratu

Kabel také musí vydržet poruchový proud tak dlouho, dokud jej ochranné zařízení odstraní. Adiabatická rovnice to řeší v jednom řádku:

S = druhá odmocnina z (I² × t) / k

kde S je minimální průřez v mm², I je potenciální poruchový proud v ampérech, t je doba odpojení v sekundách a k je konstanta pro kombinaci vodiče a izolace. Typické hodnoty jsou kolem 143 pro měď s izolací XLPE, 115 pro měď s PVC a 94 pro hliník s XLPE.

Porucha 6 kA odstraněná za 0,1 s v měděném XLPE kabelu vyžaduje druhou odmocninu (6000² × 0,1) dělenou 143, což je asi 13 mm². Náš vodič 50 mm² je pohodlný. Všimněte si, jak silně na tom záleží: stejná porucha odstraněná za jednu sekundu by vyžadovala zhruba 42 mm², a proto nastavení ochrany a dimenzování kabelů patří do stejné konverzace.

Dát to všechno dohromady

Zde je kompletní sekvence pro 55 kW motor na 80 m běhu, s čísly zaokrouhlenými pro jasnost.

1. Návrhový proud: 92 A při 400 V s účiníkem 0,86. Ochranné zařízení s jmenovitým proudem 100 A.
2. Podmínky instalace: XLPE měděný kabel na podnosu s dalšími dvěma zatíženými okruhy, okolní teplota 40 °C. Kombinovaný faktor snížení 0,65.
3. První pokus při 35 mm²: tabulková kapacita asi 130 A, snížená na zhruba 85 A. Nezdaří se, protože 85 A je pod 100 A jmenovité hodnoty zařízení.
4. Druhá zkouška na 50 mm²: snížená kapacita asi 100 A. Splňuje jmenovité hodnoty zařízení.
5. Pokles napětí na 50 mm² na 80 m: 4,9 V nebo 1,2 procenta. Passy.
6. Požadavek na zkrat: minimálně 13 mm² pro poruchu 6 kA odstraněnou za 0,1 s. Passy.
7. Výsledek: 0,6/1 kV XLPE izolovaný měděný kabel, čtyři žíly na 50 mm², s ochranou nastavenou na odstranění poruchy do 0,1 s.

Od kalkulace až po kabel, který si skutečně objednáte

Průřez je pouze částí specifikace. Typ izolace mění, kolik proudu může vodič přenést, protože kabely s izolací XLPE pracují při vyšších teplotách vodiče než ekvivalenty z PVC, a proto potřebují menší průřez pro stejné zatížení. Podrobněji obě konstrukce porovnáme v tomto článku na Výkon napájecího kabelu s izolací XLPE a PVC . Důležitý je také materiál vodičů: vodiče z hliníku a slitin hliníku jsou lehčí a ekonomičtější, ale potřebují větší průřez pro stejný proud.

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 →

Pro většinu nízkonapěťových rozvodů pokrývá rozsah 0,6/1 kV XLPE izolovaný napájecí kabel z mědi nebo hliníku a výše uvedený výpočet platí přímo. U vysokého napětí je metoda nezměněna, ale tabulky snížení, úrovně poruch a požadavky na tloušťku izolace jsou odlišné, takže napáječe od 3,6/6 kV do 26/35 kV jsou obvykle dimenzovány podle dat vlastní sítě dodavatele.

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 →

Dimenzování pro solární, VFD a další speciální zátěže

Některé obvody potřebují upravenou verzi stejného postupu. Solární stejnosměrné řetězce přenášejí nepřetržitý proud při vysoké okolní teplotě na střeše, takže faktor snížení se aplikuje na kabel, který je již teplý, a pokles napětí je často udržován na 1 nebo 2 procentech, protože účinnost invertoru trpí na obou koncích jeho vstupního okna. Obvody měniče s proměnnou frekvencí přidávají harmonický obsah a pulzní napětí, takže součástí dimenzování se stává stíněný kabel a kontrola jmenovitého napětí vůči zemi.

Fotovoltaický kabel (PV kabel) Přehled produktu Fotovoltaický kabel je kritickou komponentou používanou pro přenos na straně stejnosměrného proudu v systémech na výrobu solární energie. Speciálně navrženo pro soupravu... Zobrazit produkt →

Ohnivzdorné kabely, odolné proti termitům a kabely pro železniční přepravu se řídí stejnou aritmetikou, ale platná norma přidává omezení, jako je integrita obvodu při požáru, které žádný výpočet nemůže nahradit.

Běžné chyby ve velikosti, které vidíme v zadávací dokumentaci

• Při použití jednoho snižovacího faktoru a zapomenutí zbytku při seskupování působí okolní teplota a půdní podmínky všechny najednou.
• Použití hodnot odporu 20 °C pro vodič, který bude pracovat při 70 °C nebo 90 °C.
• Dimenzování podle již specifikovaného jističe, nikoli podle skutečného zatížení.
• Ignorování neutrálu na obvodech s harmonickou zátěží, jako je kancelářské IT vybavení nebo LED osvětlení.
• Za předpokladu, že větší kabel vyřeší problém s poklesem napětí, když skutečným problémem je délka trasy nebo nízký účiník.
• Zapomínání na minimální průřez potřebný pro mechanickou pevnost a spojitost ochranného vodiče.

Počítejte s výrobcem, který to dělá denně

Wuxi Guanghuan Cable vyrábí dráty a kabely v Guanlinu, Yixing, oblasti známé jako čínské kabelové město, od roku 1998. Náš sortiment zahrnuje nízkonapěťové a středonapěťové silové kabely, venkovní vodiče, kabely elektrických zařízení a speciální kabely pro fotovoltaické aplikace, železniční přepravu a ohnivzdorné testovací linky s více než 100 výrobními sériemi a více než 30 000 specifikacemi pro více než 700. Podrobnosti o našich schváleních, včetně certifikace TUV Rheinland a systémových certifikátů ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 a ISO 50001, jsou uvedeny na našich stránka certifikace produktu .

Pošlete nám plán zatížení, délku trasy, způsob instalace a okolní podmínky a naši inženýři provedou stejné čtyři kontroly popsané výše a vrátí se s průřezem, typem izolace a konstrukcí kabelu, která projde kontrolou napoprvé.