Kaapelikoon laskeminen: Vaiheittainen opas sähköprojekteihin

Kysy keneltä tahansa kokeneelta sähköinsinööriltä, niin kuulet saman: kaapelin mitoitus ei ole yksi kaava, vaan lyhyt tarkistusketju, ja ketjun jokaisen lenkin on kestettävä. Säädä virta oikealle, mutta jätä huomioimatta alentamistekijät, ja johdin kuumenee kuumemmin kuin sen eristys on koskaan suunniteltu. Aseta ampacity oikealle, mutta jätä jännitehäviö huomioimatta, ja linjan kauimmaisessa päässä oleva moottori kieltäytyy käynnistymästä. Ohita oikosulkutarkistus, niin asennus on yhden vian päässä vakavasta tapahtumasta.

Alla oleva menetelmä noudattaa sekvenssiä, jota omat insinöörimme käyttävät arvioidessaan projektia: suunnittele ensin virta, sitten koordinointi suojalaitteen kanssa, sitten virransiirtokapasiteetti, sitten jännitehäviö ja sitten oikosulkukestävyys. Käy läpi vaiheet järjestyksessä ja oikea poikkileikkaus valitsee melkein itsensä.

Ennen kuin aloitat: Kerää tulot

Lähes jokainen viive kaapelin mitoitusharjoituksessa juontaa juurensa puuttuvaan tuloon. Kerää nämä ennen kuin avaat pöydän:

• Kuormitustiedot: teho kW tai kVA, tehokerroin, hyötysuhde, käyttösuhde ja samanaikaisuus.
• Järjestelmätiedot: nimellisjännite, vaiheiden lukumäärä, taajuus ja onko syöttö TN, TT vai IT.
• Suojaustiedot: katkaisijan tai sulakkeen tyyppi ja arvo sekä sen laukaisuominaisuudet.
• Asennustapa: moniytiminen tai yksiytiminen, tarjottimella, putkistoon, leikattu suoraan, vapaaseen ilmaan tai maahan.
• Ympäristö: ympäröivän ilman lämpötila, maaperän lämpötila ja lämpövastus, hautaussyvyys ja kuinka monta piiriä jakaa reitin.
• Reitin tiedot: yksisuuntaisen matkan pituus metreinä sekä mahdollisesti jo suunniteltu tuleva laajennus.
• Vikatiedot: mahdollinen oikosulkuvirta origossa ja vaadittu katkaisuaika.

Kirjoita arvot ylös. Mitoitustaulukko, joka näyttää sen syötteet, voidaan tarkastella minuuteissa; joka ei tule aina kyseenalaiseksi.

Vaihe 1 - Laske suunnitteluvirta (Ib)

Suunniteltu virta on virta, jonka kaapeli kuljettaa normaalissa käytössä. Kolmivaiheinen kuorma:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

ja yksivaiheinen kuorma:

Ib = P / (U × cos φ)

Pikakuvaus: 90 kW:n kolmivaiheinen kuorma 400 V:n jännitteellä tehokertoimella 0,85 kuluttaa 90 000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Tämä yksittäinen luku luo pohjan kaikelle seuraavalle, sillä suojalaitteen on oltava vähintään näin suuri ja kaapelin on oltava vähintään tämä.

Kaksi tarkennusta kannattaa muistaa. Moottorin käynnistysvirta ei muuta jatkuvaa mitoitusvirtaa, mutta se vaikuttaa suojan valintaan ja jännitehäviön tarkistukseen. Ja asennuksissa, joissa on korkea harmoninen sisältö, kuten toimistot täynnä elektronisia kuormia tai laitteita täynnä laitteita, nollajohdin on ehkä mitoitettava enemmän kuin vaihevirtaa pienemmäksi.

Vaihe 2 - Koordinoi kaapeli suojalaitteen kanssa

Kaapeli on suojattu vain, jos sen edessä oleva laite katkeaa ennen kuin eristys vaurioituu. Käytännössä tämä tarkoittaa, että kahden ehdon on täytyttävä samanaikaisesti:

Ib ≤ In ≤ Iz

missä Ib on mitoitusvirta, In on suojalaitteen nimellisarvo ja Iz on kaapelin korjattu virrankantokyky. Toinen ehto, I2 ≤ 1,45 × Iz, vahvistaa, että laite todella toimii tavanomaisella laukaisuvirralla ilman johtimen ylikuumenemista.

Käytännön seuraus on yksinkertainen. Jos laskettu virta on 153 A, et valitse 200 A:n katkaisijaa ja etsi sen jälkeen riittävän isoa kaapelia. valitset kuorman yläpuolelle pienimmän vakioluokituksen, joka on tässä 160 A, ja mitoita kaapeli tätä lukua vasten.

Vaihe 3 - Etsi perusvirran kapasiteetti

Virransiirtokapasiteettitaulukot, joko IEC 60364-5-52:sta, BS 7671:stä tai valmistajan luettelosta, on rakennettu tiettyjen ehtojen ympärille: ympäristön vertailulämpötila, ilmoitettu asennustapa, määrätty määrä kuormitettuja johtimia ja yksi piiri. Etsi poikkileikkaustasi vastaava rivi ja asennusta vastaava sarake.

Kolme vaihtoehtoa hallitsee tulosta. Johdinmateriaalilla on väliä, sillä alumiini tarvitsee samalle virralle suunnilleen puolitoista kertaa kuparin poikkileikkauksen. Eristys on tärkeä, koska XLPE-kaapeli voi kulkea johtimella 90 °C:ssa, kun taas PVC-kaapeli on rajoitettu 70 °C:seen. Ja asennustavalla on valtava merkitys, koska vapaaseen ilmaan leikattu kaapeli luovuttaa lämpöä paljon helpommin kuin sama kaapeli vedettynä täpötäyteen putkiin.

Tässä todellisesta luettelosta tulee todella hyödyllistä, koska eristystyyppien välinen ero ei ole pyöristysvirhe. 6/1 kV XLPE-eristetyssä tehokaapelissa on huomattavasti enemmän virtaa kuin saman kuparisen poikkileikkauksen omaava PVC-vastaava, yksinkertaisesti siksi, että sen eristys kestää korkeampaa johtimen lämpötilaa.

Nimellisjännite 0,6/1kV XLPE-eristetty virtakaapeli Nimellisjännitteellä 0,6/1kV silloitettu polyeteenieristetty virtakaapeli käyttää kemiallisia tai fysikaalisia menetelmiä polyeteenimolekyylien muuntamiseksi lineaarisesta rakenteesta... Näytä tuote →

Vaihe 4 - Käytä korjauskertoimia

Todelliset asennukset eivät koskaan vastaa taulukon vertailuolosuhteita, joten peruskapasiteettia on vähennettävä. Tekijät kerrotaan yhteen:

Iz = It × Ca × Cg × Cs × Cd

Jos alennettu kapasiteetti alittaa suojalaitteen nimellisarvon, siirrä yksi poikkileikkaus ylöspäin ja toista laskenta. On yleistä, että kaapeli läpäisee virtatarkastuksen vasta kahden tai kolmen yrityksen jälkeen.

Vaihe 5 - Tarkista jännitehäviö

Virtaa kuljettava kaapeli saattaa silti olla liian pieni reitille. Jännitteen pudotus kasvaa sekä virralla että pituudella ja se on se tarkistus, joka useimmiten pakottaa pitkiin syöttöjohtoihin suuremman poikkileikkauksen.

Jännitehäviö = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Kolmivaiheiselle piirille taulukoitu mV/A/m-arvo sisältää jo kertoimen √3. Tyypilliset rajat ovat 3 % valaistuspiireissä ja 5 % tehopiireissä mitattuna asennuksen alkupisteestä kuorman napoihin, ja syöttövara jaetaan syöttölaitteen ja loppupiirin välillä.

Ota 70 mm² kuparijohdin, joka kuljettaa 160 A yli 80 m. Sen kolmivaiheinen pudotus on noin 0,58 mV/A/m, joten häviö on 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V eli 1,9 % 400 V:sta, joka on mukavasti rajan sisällä. Jos reitti olisi sen sijaan ollut 300 metriä, sama laskelma olisi tuottanut 27,8 V ja pakottanut poikkileikkauksen nousemaan.

Vaihe 6 - Tarkista oikosulun kesto

Vian aikana johtimessa on virtaa, joka on moninkertainen normaaliarvonsa verran, ja sen on säilyttävä riittävän kauan, jotta suojaus korjaa vian. Adiabaattinen tarkistus on tavallinen lähestymistapa:

S ≥ (I × √t) / k

Tässä I on mahdollinen vikavirta ampeereina, t on katkaisuaika sekunneissa ja k on vakio, joka riippuu johdinmateriaalista ja sen eristyksestä. Kuparijohtimissa k on tyypillisesti 143 XLPE-eristeellä ja 115 PVC:llä, kun taas alumiinijohtimissa käytetään pienempiä arvoja. 20 kA:n vika, joka poistuu 0,2 sekunnissa, vaatii 20 000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² kuparia, minkä vuoksi oikosulkutarkistus toisinaan ratkaisee lopullisen koon nykyisen tarkistuksen sijaan.

Suojajohdin ansaitsee saman huomion. Sen on kestettävä sama vikaenergia ja se on mitoitettava siten, että maasulkusilmukan impedanssi sallii laitteen laukeamisen sallitussa ajassa.

Toimiva esimerkki

Yhdistä kuusi vaihetta 90 kW:n moottorin syöttölaitteessa 400 V:n järjestelmässä tehokertoimella 0,85, reititettynä 80 m tarjottimella 40 °C ilmassa ja sen vieressä on kaksi muuta ladattua piiriä.

Vastaus on nelijohtiminen 70 mm² kupari XLPE-kaapeli. Huomaa, mikä porras asetti koon: 70 mm² tarvittiin 160 A:n siirtämiseen vähennyksen jälkeen, ja se sattuu myös täyttämään adiabaattisen tarkistuksen vain pienellä marginaalilla. Pienennä ryhmittelyä tai ympäristön lämpötilaa ja tämä marginaali katoaa.

Missä kaapelin mitoitus yleensä menee pieleen

• Mitoitus nimelliskuorman mukaan ottamatta huomioon monimuotoisuutta, varakapasiteettia tai tulevaa laajennusta.
• Käyttämällä taulukkoa, joka perustuu 30 °C:seen, kun laitoshuoneen lämpötila on 45 °C.
• Ryhmittely huomioimatta, vaikka kolme piiriä yhdellä alustalla heikentävät kaapelia paljon enemmän kuin useimmat ihmiset odottavat.
• PVC-pylvään lukeminen XLPE-kaapelille tai päinvastoin.
• Jännitehäviön tarkistus piirin ensimmäisellä kuormituksella viimeisen sijasta.
• Unohdetaan, että nolla voi kuljettaa harmonisia virtoja kolmivaiheisissa nelijohtimissa piireissä.
• Oikosulkutarkistuksen käsitteleminen valinnaisena lyhyillä matkoilla, joissa se on usein ratkaiseva tekijä.

Kaksi lisähoitoa vaativaa tapausta

Keskijännitesyöttölaitteet

3,6/6 kV - 26/35 kV logiikka pysyy samana, mutta eristeen paksuus, suojan rakenne ja metallivaipan maadoitus liittyvät laskelmaan. Metallisella suojalla on oma oikosulkuvelvollisuutensa täytettävänä, ja maadoitusjärjestely vaikuttaa sekä vikatasoon että kaapelin lämpökäyttäytymiseen. Mitoitus a 26/35 kV XLPE-eristetty virtajohto tarkoittaa siis samojen rajojen tarkistamista lisäsuoja- ja maadoitusehtojen avulla.

Nimellisjännite 3,6/6kV–26/35kV XLPE-eristetty virtakaapeli Nimellisjännitteellä 3,6/6kV–26/35kV silloitettu polyeteenieristetty virtakaapeli ottaa käyttöön edistyneen silloitusprosessin. Kemiallisilla tai fysikaalisilla menetelmillä polye... Näytä tuote →

Taajuusmuuttujakäyttöpiirit

Taajuusmuuttajat työntävät harmonisia virtoja ja nopeita jännitepulsseja kaapelin läpi, joten moottorin tyyppikilvestä laskettu virta ei ole se virta, jonka kaapeli todella näkee. Erillinen käyttökaapeli, jossa on symmetrinen kolmijohdinrakenne ja oikein liitetty näyttö, pitää nämä virrat hallinnassa ja vähentää sähkömagneettisia häiriöitä naapuripiireissä. Jos moottorissa on pitkiä johtimia, taajuusmuuttajan valmistajan kaapelin pituusrajoituksia tulee käsitellä osana mitoitusharjoitusta.

Taajuusmuuttajakaapeli (nimellisjännite jopa 6 kV) Tuotteen yleiskuvaus Taajuusmuuntajakaapelit (tunnetaan yleisesti nimellä VFD-kaapelit) ovat voimansiirtolinjoja, jotka on suunniteltu erityisesti teollisiin muuttuvataajuisiin... Näytä tuote →

Laskennasta kaapeliin, johon voit luottaa

Aritmetiikka ei ole vaikeaa. Vaikeus piilee siihen syöttämissäsi luvuissa, eli ympäristön lämpötilassa, ryhmittelyssä, vikatasossa ja reitin pituudessa, sekä siinä, mikä standardi ohjaa projektia.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. on valmistanut kaapeleita Guanlinissa, Yixingissä vuodesta 1998, yli 100 tuotelajitelmalle ja noin 30 000 eritelmälle, 450/750 V johdotuksista 26/35 kV XLPE-virtakaapeleihin, joiden laadunhallinta on sertifioitu R0UV:n ja ISO 90 T01:n tuotteilla. Jokainen tilaus alkaa kokokeskustelulla, sillä edullisin kaapeli on se, joka on oikea ensimmäisellä kerralla. Lähetä meille kuorma, reitti ja ympäristö, niin insinöörimme palauttavat kokoisen suosituksen, jossa vähennystekijät näkyvät kokonaisuudessaan. Pikainen katse tehtaamme näyttää kuinka nämä kaapelit valmistetaan, testataan ja valmistellaan toimitettaviksi.

Jos haluat mennä yhden tason syvemmälle siihen, miten tuotteen suorituskyky on vuorovaikutuksessa koon kanssa, artikkelimme tärkeimmistä tekijöistä, jotka on otettava huomioon virtakaapeleita valittaessa on hyödyllinen kumppani tälle oppaalle.