Как рассчитать размер кабеля: пошаговое руководство для безопасных и реальных проектов

Выбор правильного размера проводника — одно из тех решений, которое незаметно определяет, будет ли установка работать комфортно в течение тридцати лет или перегреется в первое жаркое лето. Кабель недостаточного сечения приводит к потере энергии, сокращает срок службы изоляции и создает реальную опасность пожара; кабель на два размера слишком большой связывает деньги в меди, которая никогда не была нужна цепи. Обучение тому, как рассчитать размер кабеля, на самом деле сводится к балансированию четырех различных проверок друг против друга.

Это руководство следует той же последовательности, которую используют наши инженеры, когда клиент отправляет график нагрузки: найдите расчетный ток, скорректируйте его с учетом фактического способа установки кабеля, подтвердите падение напряжения на всей длине участка и убедитесь, что проводник выдерживает короткое замыкание.

Что на самом деле означает правильный размер кабеля

Проводник имеет правильный размер только тогда, когда все четыре условия, приведенные ниже, выполняются одновременно. Если один из них выйдет из строя, перейдите к следующему стандартному сечению и повторите расчет. Пропуск проверки является наиболее распространенной причиной того, что кабель идеально подходит по размеру на бумаге, а затем выходит из строя на месте.

Шаг 1. Установите расчетный ток

Все начинается с постоянного тока, который должен передаваться по кабелю, обычно обозначаемого как Ib. Для трехфазной нагрузки соотношение следующее:

Ib = P/(1,732×U×PF)

Для однофазной цепи или цепи постоянного тока просто отбросьте 1,732:

Iб = Р/(U×PF)

Возьмем трехфазный двигатель мощностью 55 кВт на питание 400 В с коэффициентом мощности 0,86. Тогда Ib = 55 000 / (1,732 × 400 × 0,86), что составляет примерно 92 А. Используйте реальный коэффициент мощности, а не предполагайте, что он равен единице, поскольку разница между 0,86 и 1,0 составляет около 16 процентов тока и часто является именно тем запасом, который определяет проверку падения напряжения. Если нагрузкой является двигатель, обратите внимание также на пусковой ток, поскольку защитное устройство должно пройти пуск без отключения.

Расчетный ток не является номиналом выключателя

Как только Ib станет известен, выберите защитное устройство с номиналом не ниже Ib, затем убедитесь, что пониженная номинальная емкость кабеля равна как минимум номиналу устройства. Работа в таком порядке обеспечивает защиту проводника и его термический комфорт.

Шаг 2. Примените коэффициенты снижения мощности для реальных условий

Номинальные значения тока в каталоге предполагают стандартный набор условий, обычно одна цепь на открытом воздухе при температуре 30 °C или одна цепь, зарытая в почву при температуре 20 °C. Реальные установки редко соответствуют этим предположениям, поэтому каждое отклонение обрабатывается с помощью поправочного коэффициента, и коэффициенты умножаются:

Iz = It×k1×k2×k3...

где It — это табличная мощность, а Iz — фактически доступная мощность. Группа из трех нагруженных цепей в одном канале в день при температуре 40 °C может потерять треть номинального номинала еще до того, как будет рассмотрено падение напряжения.

Например, коэффициент 0,87 для температуры окружающей среды 40 °C, умноженный на 0,75 для группировки, дает 0,65, поэтому кабель, указанный в таблице на 130 А, при таком расположении пригоден только для тока около 85 А. Никогда не суммируйте поправочные коэффициенты; всегда умножайте их.

Шаг 3. Проверьте падение напряжения на ходу

Падение напряжения – это проверка, которая чаще всего заставляет использовать проводник большего диаметра на длинных фидерах, и о нем нельзя судить только по таблице токов. Для резистивной части схемы:

Vd = k × I × L × R / 1000

где k равно 2 для однофазных цепей и цепей постоянного тока и 1,732 для трехфазных, I — ток нагрузки в амперах, L — длина одностороннего маршрута в метрах, а R — сопротивление проводника в омах на километр. Процентное падение затем делится на номинальное напряжение, умноженное на 100. Большинство низковольтных установок работают до 3 процентов в конечной цепи и 5 процентов в целом.

В нашем примере пробег 80 м при 92 А по медному проводнику сечением 50 мм² с сопротивлением около 0,387 Ом на километр дает Vd = 1,732×92×80×0,387/1000, что составляет примерно 4,9 В, или 1,2 процента от 400 В. Это проходит комфортно. На дистанции 300 м тот же расчет не удастся и поперечное сечение увеличится на несколько ступеней, и именно поэтому длина маршрута учитывается в расчете с самого начала.

Шаг 4. Проверка устойчивости к короткому замыканию

Кабель также должен выдерживать ток повреждения до тех пор, пока защитное устройство его отключит. Адиабатическое уравнение описывает это в одной строке:

S = квадратный корень из (I² × t) / k

где S — минимальное сечение в мм², I — предполагаемый ток повреждения в амперах, t — время отключения в секундах, а k — константа для комбинации проводника и изоляции. Типичные значения составляют около 143 для меди с изоляцией из сшитого полиэтилена, 115 для меди с ПВХ и 94 для алюминия с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Для устранения неисправности 6 кА в медном кабеле из сшитого полиэтилена за 0,1 с требуется квадратный корень из (6000² × 0,1), разделенный на 143, что составляет около 13 мм². Наш проводник сечением 50 мм² удобен. Обратите внимание, насколько большое значение имеет t: для устранения одной и той же неисправности за одну секунду потребуется около 42 мм², поэтому настройки защиты и размеры кабеля относятся к одному и тому же вопросу.

Собираем все вместе

Вот полная последовательность действий двигателя мощностью 55 кВт на дистанции 80 м, цифры округлены для ясности.

1. Расчетный ток: 92 А при 400 В с коэффициентом мощности 0,86. Защитное устройство на 100 А.
2. Условия установки: Медный кабель из сшитого полиэтилена на поддоне с двумя другими нагруженными контурами, температура окружающей среды 40 °C. Комбинированный коэффициент снижения мощности 0,65.
3. Первое испытание при 35 мм²: указанная в таблице мощность около 130 А, номинал снижен примерно до 85 А. Неудачно, поскольку 85 А ниже номинала устройства 100 А.
4. Второе испытание при 50 мм²: номинальная мощность снижена примерно на 100 А. Соответствует номиналу устройства.
5. Падение напряжения на площади 50 мм² на расстоянии 80 м: 4,9 В или 1,2 процента. Проходит.
6. Требования к короткому замыканию: минимум 13 мм² для устранения неисправности 6 кА за 0,1 с. Проходит.
7. Результат: медный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена 0,6/1 кВ, четыре жилы, сечением 50 мм², с защитой, обеспечивающей устранение неисправности в течение 0,1 с.

От расчета до кабеля, который вы фактически заказываете

Поперечное сечение является лишь частью спецификации. Тип изоляции влияет на то, какой ток может выдерживать проводник, поскольку кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена работают при более высоких температурах проводника, чем эквиваленты из ПВХ, и поэтому для той же нагрузки требуется меньшее поперечное сечение. Более подробно мы сравним две конструкции в этой статье. Характеристики силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена и ПВХ . Материал проводника также имеет значение: проводники из алюминия и алюминиевых сплавов легче и экономичнее, но для того же тока требуется большее поперечное сечение.

Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена номинального напряжения 0,6/1 кВ Силовой кабель с номинальным напряжением 0,6/1 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена использует химические или физические методы для преобразования молекул полиэтилена из линейной структуры. Посмотреть продукт →

Для большинства работ по распределению низкого напряжения в этом диапазоне используется силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена 0,6/1 кВ из меди или алюминия, и приведенные выше расчеты применимы напрямую. При среднем напряжении метод не меняется, но таблицы снижения номинальных характеристик, уровни неисправностей и требования к толщине изоляции другие, поэтому размеры фидеров от 3,6/6 кВ до 26/35 кВ обычно выбираются в соответствии с данными собственной сети энергоснабжающего предприятия.

Номинальное напряжение 3,6/6–26/35 кВ Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена Силовой кабель с номинальным напряжением 3,6/6–26/35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена использует усовершенствованный процесс сшивания. С помощью химических или физических методов полиэ... Посмотреть продукт →

Определение размеров солнечной энергии, частотно-регулируемого привода и других специальных нагрузок

Некоторым схемам требуется модифицированная версия той же процедуры. Солнечные цепи постоянного тока несут непрерывный ток при высокой температуре окружающей среды на крыше, поэтому коэффициент снижения мощности применяется к уже нагретому кабелю, а падение напряжения часто поддерживается на уровне 1 или 2 процентов, поскольку эффективность инвертора снижается на обоих концах его входного окна. Схемы преобразователя частоты добавляют гармоники и импульсное напряжение, поэтому экранированный кабель и проверка номинального напряжения относительно земли становятся частью анализа.

Фотоэлектрический кабель (PV-кабель) Обзор продукта Фотоэлектрический кабель является важнейшим компонентом, используемым для передачи постоянного тока в системах производства солнечной фотоэлектрической энергии. Специально разработан для буровой установки... Посмотреть продукт →

Огнестойкие, устойчивые к термитам и железнодорожные транзитные кабели подчиняются той же арифметике, но применимый стандарт добавляет ограничения, такие как целостность цепи в условиях пожара, которые не могут заменить никакие расчеты.

Распространенные ошибки определения размеров, которые мы видим в тендерной документации

• Применяя один коэффициент снижения мощности и забывая об остальных, при группировке температура окружающей среды и состояние почвы действуют одновременно.
• Использование значений сопротивления 20 °C для проводника, который будет работать при температуре 70 °C или 90 °C.
• Выбор размера в соответствии с уже указанным выключателем, а не с фактической нагрузкой.
• Игнорирование нейтрали в цепях с нагрузками с высоким содержанием гармоник, таких как офисное ИТ-оборудование или светодиодное освещение.
• Предполагается, что кабель большего размера решает проблему падения напряжения, тогда как реальная проблема заключается в длине маршрута или низком коэффициенте мощности.
• Забывают о минимальном поперечном сечении, необходимом для механической прочности и непрерывности защитного проводника.

Проанализируйте цифры у производителя, который делает это ежедневно

Wuxi Guanghuan Cable с 1998 года производит провода и кабели в Гуаньлине, Исин, районе, известном как кабельный город Китая. Наш ассортимент включает в себя силовые кабели низкого и среднего напряжения, воздушные провода, кабели для электрооборудования и специальные кабели для фотоэлектрических, железнодорожных и огнестойких применений. Мы насчитываем более 100 серий и 30 000 спецификаций, производимых на более чем 70 производственных и испытательных линиях. Подробная информация о наших сертификатах, включая сертификацию TUV Rheinland и системные сертификаты ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 и ISO 50001, указана на нашем сайте. страница сертификации продукта .

Отправьте нам график нагрузки, длину трассы, способ монтажа и условия окружающей среды, и наши инженеры проведут те же четыре проверки, описанные выше, и вернутся с сечением, типом изоляции и конструкцией кабеля, которые пройдут проверку с первого раза.