Cum se calculează dimensiunea cablului: un ghid pas cu pas pentru proiectele electrice

Întrebați orice inginer electrician cu experiență și veți auzi același lucru: dimensionarea cablurilor nu este o singură formulă, ci un scurt lanț de verificări și fiecare verigă din acel lanț trebuie să reziste. Obțineți curentul corect, dar ignorați factorii de derating, iar conductorul este mai fierbinte decât pentru care izolația sa a fost proiectată vreodată. Obțineți puterea corectă, dar ignorați căderea de tensiune, iar motorul de la capătul îndepărtat al liniei refuză să pornească. Sari peste verificarea scurtcircuitului, iar instalația se află la o defecțiune distanță de un incident grav.

Metoda de mai jos urmează secvența pe care inginerii noștri o folosesc atunci când revizuiesc un proiect: mai întâi curentul de proiectare, apoi coordonarea cu dispozitivul de protecție, apoi capacitatea de purtare a curentului, apoi căderea de tensiune, apoi rezistența la scurtcircuit. Parcurgeți pașii în ordine și secțiunea transversală corectă aproape se va alege singură.

Înainte de a începe: Colectați intrările

Aproape fiecare întârziere într-un exercițiu de dimensionare a cablurilor se datorează unei intrări lipsă. Adună acestea înainte de a deschide o masă:

• Date de sarcină: putere în kW sau kVA, factor de putere, eficiență, ciclu de lucru și simultaneitate.
• Date de sistem: tensiune nominală, număr de faze, frecvență și dacă alimentarea este TN, TT sau IT.
• Date de protecție: tipul și puterea întreruptorului sau siguranței și caracteristicile de declanșare ale acestuia.
• Mod de instalare: multicore sau single-core, pe tavă, în conductă, prins direct, în aer liber, sau îngropat.
• Mediu: temperatura aerului ambiant, temperatura solului și rezistivitatea termică, adâncimea de îngropare și câte circuite împart traseul.
• Date despre rută: lungime unică în metri, plus orice extindere viitoare deja planificată.
• Date de eroare: curent de scurtcircuit posibil la origine și timpul necesar de deconectare.

Scrieți valorile. O fișă de dimensionare care arată intrările sale poate fi revizuită în câteva minute; unul care nu va fi mereu pus la îndoială.

Pasul 1 - Calculați curentul de proiectare (Ib)

Curentul de proiectare este curentul pe care cablul îl va transporta în funcționare normală. Pentru o sarcină trifazată:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

iar pentru o sarcină monofazată:

Ib = P / (U × cos φ)

O ilustrare rapidă: o sarcină trifazată de 90 kW pe o sursă de 400 V la un factor de putere 0,85 atrage 90.000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Acest singur număr stabilește podeaua pentru tot ce urmează, deoarece dispozitivul de protecție trebuie să fie cel puțin atât de mare și cablul trebuie să fie cel puțin atât de capabil.

Două rafinamente merită reținute. Curentul de pornire a motorului nu modifică curentul continuu de proiectare, dar afectează alegerea protecției și verificarea căderii de tensiune. Și în instalațiile cu un conținut ridicat de armonici, cum ar fi birourile pline de sarcini electronice sau o instalație plină de drive-uri, conductorul neutru poate fi dimensionat mai mult decât curentul de fază și nu mai puțin.

Pasul 2 - Coordonați cablul cu dispozitivul de protecție

Un cablu este protejat numai dacă dispozitivul din fața lui se deconectează înainte ca izolația să fie deteriorată. În practică, aceasta înseamnă că trebuie îndeplinite două condiții în același timp:

Ib ≤ In ≤ Iz

unde Ib este curentul de proiectare, In este valoarea nominală a dispozitivului de protecție și Iz este capacitatea corectată de purtare a curentului a cablului. O a doua condiție, I2 ≤ 1,45 × Iz, confirmă că dispozitivul va funcționa efectiv la curentul său de declanșare convențional fără a supraîncălzi conductorul.

Consecința practică este simplă. Dacă curentul calculat este de 153 A, nu alegeți un întrerupător de 200 A și apoi căutați un cablu suficient de mare pentru a-l potrivi; alegeți cel mai mic rating standard peste sarcină, care este de 160 A aici, și dimensionați cablul față de această cifră.

Pasul 3 - Găsiți capacitatea de purtare a curentului de bază

Tabelele de capacitate de purtare a curentului, indiferent dacă sunt luate din IEC 60364-5-52, BS 7671 sau catalogul unui producător, sunt construite în jurul unui set definit de condiții: o temperatură ambientală de referință, o metodă de instalare stabilită, un număr definit de conductori încărcați și un singur circuit. Găsiți rândul care se potrivește cu secțiunea transversală și coloana care se potrivește cu instalarea dvs.

Trei opțiuni domină rezultatul. Materialul conductorului contează, deoarece aluminiul are nevoie de aproximativ o secțiune transversală de o dată și jumătate față de cuprul pentru același curent. Izolația contează, deoarece un cablu XLPE poate rula cu un conductor la 90 °C, în timp ce un cablu din PVC este limitat la 70 °C. Și metoda de instalare contează enorm, deoarece un cablu prins în aer liber revarsă căldura mult mai ușor decât același cablu tras într-o conductă aglomerată.

Aici un catalog real devine cu adevărat util, deoarece diferența dintre tipurile de izolație nu este o eroare de rotunjire. Un cablu de alimentare izolat XLPE de 6/1 kV transportă mult mai mult curent decât un echivalent PVC cu aceeași secțiune transversală de cupru, pur și simplu pentru că izolația sa tolerează o temperatură mai mare a conductorului.

Tensiune nominală 0,6/1kV Cablu de alimentare izolat XLPE Cablul de alimentare izolat cu polietilenă reticulat cu tensiune nominală de 0,6/1kV adoptă metode chimice sau fizice pentru a transforma moleculele de polietilenă dintr-o structură liniară... Vizualizare produs →

Pasul 4 - Aplicați factorii de corecție

Instalațiile reale nu se potrivesc niciodată cu condițiile de referință ale unui tabel, așa că capacitatea de bază trebuie redusă. Factorulii se înmulțesc împreună:

Iz = It × Ca × Cg × Cs × Cd

Dacă capacitatea redusă este sub valoarea nominală a dispozitivului de protecție, deplasați-vă cu o secțiune transversală și repetați calculul. Este obișnuit ca un cablu să treacă de verificarea curentului numai după două sau trei încercări.

Pasul 5 - Verificați căderea de tensiune

Un cablu care transportă curentul poate fi încă prea mic pentru traseu. Căderea de tensiune crește atât cu curentul, cât și cu lungimea și este verificarea care forțează cel mai adesea o secțiune transversală mai mare pe alimentatoarele lungi.

Căderea de tensiune = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Pentru un circuit trifazat, valoarea tabelată mV/A/m include deja factorul √3. Limitele tipice sunt 3 % pentru circuitele de iluminat și 5 % pentru circuitele de putere, măsurate de la originea instalației până la bornele sarcinii, cu alocația împărțită între alimentator și circuitul final.

Luați un conductor de cupru de 70 mm² care transportă 160 A pe 80 m. Căderea sa trifazată este de aproximativ 0,58 mV/A/m, deci pierderea este de 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V, sau 1,9 % din 400 V, ceea ce este confortabil în interiorul limitei. Dacă traseul ar fi fost de 300 m, același calcul ar fi produs 27,8 V și ar fi forțat un pas în sus în secțiune transversală.

Pasul 6 - Verificați rezistența la scurtcircuit

În timpul unei defecțiuni, conductorul transportă un curent de multe ori mai mare decât valoarea normală și trebuie să supraviețuiască suficient de mult pentru ca protecția să elimine defecțiunea. Verificarea adiabatică este abordarea standard:

S ≥ (I × √t) / k

Aici I este curentul de defect potențial în amperi, t este timpul de deconectare în secunde și k este o constantă care depinde de materialul conductorului și de izolația acestuia. Pentru conductorii de cupru, k este de obicei 143 cu izolație XLPE și 115 cu PVC, în timp ce conductorii de aluminiu folosesc valori mai mici. O defecțiune de 20 kA eliminată în 0,2 s necesită 20.000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² de cupru, motiv pentru care verificarea scurtcircuitului, mai degrabă decât verificarea curentului, decide uneori dimensiunea finală.

Conductorul de protecție merită aceeași atenție. Trebuie să reziste la aceeași energie de defect și trebuie să fie dimensionat astfel încât impedanța buclei de defect la pământ să permită dispozitivului să declanșeze în timpul permis.

Un exemplu lucrat

Puneți cele șase trepte împreună pentru un alimentator de motor de 90 kW pe un sistem de 400 V la un factor de putere 0,85, direcționat 80 m pe o tavă în aer la 40 °C cu alte două circuite încărcate alături.

Răspunsul este un cablu XLPE de cupru cu patru fire de 70 mm². Rețineți care pas a stabilit dimensiunea: a fost necesar 70 mm² pentru a transporta 160 A după derating și, de asemenea, se întâmplă să satisfacă verificarea adiabatică doar cu o marjă mică. Reduceți gruparea sau temperatura ambiantă și acea marjă dispare.

Unde dimensionarea cablului merge de obicei greșit

• Dimensionarea la sarcina nominală ignorând diversitatea, capacitatea de rezervă sau extinderea viitoare.
• Folosind un tabel bazat pe 30 °C când camera fabricii funcționează la 45 °C.
• Ignorând gruparea, chiar dacă trei circuite pe o singură tavă reduc un cablu mult mai mult decât se așteaptă majoritatea oamenilor.
• Citirea unei coloane din PVC pentru un cablu XLPE sau invers.
• Verificarea căderii de tensiune la prima sarcină a circuitului în loc de ultima.
• Uitând că neutrul poate transporta curenți armonici în circuite trifazate cu patru fire.
• Tratarea verificării scurtcircuitului ca opțională pe curse scurte, unde este adesea factorul decisiv.

Două cazuri care necesită îngrijire suplimentară

Alimentatoare de medie tensiune

De la 3,6/6 kV până la 26/35 kV logica rămâne aceeași, dar grosimea izolației, construcția ecranului și punerea la pământ a mantalei metalice se alătură calculului. Ecranul metalic are propria obligație de scurtcircuit de satisfăcut, iar aranjamentul de împământare afectează atât nivelul defecțiunii, cât și comportamentul termic al cablului. Dimensiunea a Cablu de alimentare izolat XLPE 26/35 kV prin urmare înseamnă verificarea acelorași limite cu un set suplimentar de condiții de ecran și de împământare atașat.

Tensiune nominală 3,6/6kV–26/35kV Cablu de alimentare izolat XLPE Tensiunea nominală 3,6/6kV–26/35kV cablul de alimentare izolat cu polietilenă reticulat adoptă un proces avansat de reticulare. Prin metode chimice sau fizice, polietilena... Vizualizare produs →

Circuite de acţionare cu frecvenţă variabilă

Unitățile împing curenți armonici și impulsuri rapide de tensiune prin cablu, astfel încât curentul pe care îl calculați de pe plăcuța de identificare a motorului nu este curentul pe care cablul îl vede de fapt. Un cablu de unitate dedicat, cu o construcție simetrică cu trei nuclee și un ecran bine legat menține acești curenți sub control și reduce interferențele electromagnetice pe circuitele învecinate. Acolo unde sunt implicate cabluri lungi ale motorului, limitele de lungime ale cablului ale producătorului unității ar trebui să fie tratate ca parte a exercițiului de dimensionare.

Cablu de acționare cu frecvență variabilă (tensiune nominală de până la 6 kV) Prezentare generală a produsului Cablurile pentru transformatoare de frecvență (cunoscute în mod obișnuit ca cabluri VFD) sunt linii de transmisie a energiei electrice concepute special pentru conexiuni industriale de frecvență variabilă... Vizualizare produs →

De la calcul la un cablu în care poți avea încredere

Aritmetica nu este dificilă. Dificultatea constă în cifrele pe care le introduci, adică temperatura ambiantă, gruparea, nivelul defecțiunii și lungimea traseului și în a ști ce standard guvernează proiectul.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. produce cabluri în Guanlin, Yixing din 1998, cu peste 100 de soiuri de produse și aproximativ 30.000 de specificații, de la cabluri de 450/750 V la cabluri de alimentare XLPE de 26/35 kV, cu managementul calității certificat conform ISO 9001 Rh și produselor aprobate de TUV. Fiecare comandă începe cu o conversație de dimensionare, pentru că cel mai economic cablu este cel care are dreptate prima dată. Trimite-ne încărcătura, traseul și mediul înconjurător, iar inginerii noștri vor returna o recomandare dimensionată cu factorii de derating afișați în întregime. O privire rapidă la fabrica noastră arată cum sunt produse, testate și pregătite pentru livrare acele cabluri.

Dacă doriți să aprofundați cu un nivel mai mult modul în care performanța produsului interacționează cu dimensionarea, articolul nostru despre factorii cheie de care trebuie să luați în considerare atunci când alegeți cablurile de alimentare este un însoțitor util al acestui ghid.