Slik beregner du kabelstørrelse: en trinnvis veiledning for elektriske prosjekter

Spør en hvilken som helst erfaren elektroingeniør, og du vil høre det samme: kabeldimensjonering er ikke én formel, men en kort kjede med kontroller, og hver lenke i den kjeden må holde. Få strømmen riktig, men ignorer reduksjonsfaktorene, og lederen blir varmere enn isolasjonen noen gang er designet for. Få ampaciteten riktig, men ignorer spenningsfallet, og motoren ytterst på linjen nekter å starte. Hopp over kortslutningskontrollen, og installasjonen sitter én feil unna en alvorlig hendelse.

Metoden nedenfor følger sekvensen våre egne ingeniører bruker når de vurderer et prosjekt: design først strøm, deretter koordinering med beskyttelsesanordningen, deretter strømbærende kapasitet, deretter spenningsfall, deretter kortslutningsmotstand. Arbeid gjennom trinnene i rekkefølge og riktig tverrsnitt vil nesten velge seg selv.

Før du starter: Samle inndataene

Nesten hver forsinkelse i en kabeldimensjoneringsøvelse sporer tilbake til en manglende inngang. Samle disse før du åpner et bord:

• Lastdata: effekt i kW eller kVA, effektfaktor, effektivitet, driftssyklus og samtidighet.
• Systemdata: nominell spenning, antall faser, frekvens, og om forsyningen er TN, TT eller IT.
• Beskyttelsesdata: type og vurdering av strømbryteren eller sikringen, og dens utløsningsegenskaper.
• Installasjonsmetode: flerkjernet eller enkeltkjernet, på et brett, i rør, klippet direkte, i fri luft eller nedgravd.
• Miljø: omgivelsestemperatur, jordtemperatur og termisk resistivitet, gravdybde og hvor mange kretsløp som deler ruten.
• Rutedata: enveislengde i meter, pluss eventuelle fremtidige utvidelser som allerede er planlagt.
• Feildata: potensiell kortslutningsstrøm ved origo og nødvendig utkoblingstid.

Skriv ned verdiene. Et størrelsesark som viser inndataene kan gjennomgås på få minutter; en som ikke gjør det, vil alltid bli stilt spørsmål ved.

Trinn 1 - Beregn designstrømmen (Ib)

Designstrømmen er strømmen kabelen vil føre ved normal drift. For en trefasebelastning:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

og for en enfaset belastning:

Ib = P / (U × cos φ)

En rask illustrasjon: en trefasebelastning på 90 kW på en 400 V-forsyning ved 0,85 effektfaktor trekker 90 000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Det enkelttallet setter gulvet for alt som følger, fordi beskyttelsesanordningen må være minst så stor og denne kabelen må være minst mulig.

To forbedringer er verdt å huske. Motorens startstrøm endrer ikke den kontinuerlige designstrømmen, men den påvirker valg av beskyttelse og spenningsfallskontrollen. Og i installasjoner med høyt harmonisk innhold, for eksempel kontorer fulle av elektroniske belastninger eller et anlegg fullt av stasjoner, kan det hende at nøytrallederen må dimensjoneres for mer enn fasestrømmen i stedet for mindre.

Trinn 2 - Koordiner kabelen med beskyttelsesenheten

En kabel er kun beskyttet hvis enheten foran kobles fra før isolasjonen er skadet. I praksis betyr det at to betingelser må være oppfylt samtidig:

Ib ≤ In ≤ Iz

der Ib er designstrømmen, In er den nominelle karakteren til beskyttelsesanordningen, og Iz er den korrigerte strømbærende kapasiteten til kabelen. En andre betingelse, I2 ≤ 1,45 × Iz, bekrefter at enheten faktisk vil fungere med sin konvensjonelle utløsningsstrøm uten å overopphete lederen.

Den praktiske konsekvensen er enkel. Hvis den beregnede strømmen er 153 A, velger du ikke en 200 A bryter og leter deretter etter en kabel som er stor nok til å matche den; du velger den minste standardkarakteren over lasten, som er 160 A her, og dimensjonerer kabelen mot den figuren.

Trinn 3 - Finn den grunnleggende strømbærekapasiteten

Tabeller over strømbærende kapasitet, enten de er hentet fra IEC 60364-5-52, BS 7671 eller en produsents katalog, er bygget rundt et definert sett med betingelser: en referanse omgivelsestemperatur, en oppgitt installasjonsmetode, et definert antall belastede ledere og en enkelt krets. Finn raden som samsvarer med tverrsnittet ditt og kolonnen som samsvarer med installasjonen din.

Tre valg dominerer resultatet. Ledermaterialet har betydning, fordi aluminium trenger omtrent halvannen ganger tverrsnittet til kobber for samme strøm. Isolasjonen har betydning, fordi en XLPE-kabel kan gå med en leder ved 90 °C mens en PVC-kabel er begrenset til 70 °C. Og installasjonsmetoden betyr enormt mye, siden en kabel som er klippet i fri luft avgir varmen mye lettere enn den samme kabelen som trekkes inn i en overfylt kanal.

Det er her en ekte katalog blir virkelig nyttig, fordi gapet mellom isolasjonstyper ikke er en avrundingsfeil. En 6/1 kV XLPE-isolert strømkabel fører merkbart mer strøm enn en PVC-ekvivalent med samme kobbertverrsnitt, ganske enkelt fordi isolasjonen tåler en høyere ledertemperatur.

Nominell spenning 0,6/1kV XLPE isolert strømkabel Den nominelle spenningen 0,6/1kV tverrbundet polyetylenisolert strømkabel bruker kjemiske eller fysiske metoder for å transformere polyetylenmolekyler fra en lineær struktur... Se produkt →

Trinn 4 - Bruk korreksjonsfaktorene

Virkelige installasjoner samsvarer aldri med referanseforholdene til en tabell, så grunnkapasiteten må reduseres. Faktorene multipliseres sammen:

Iz = It × Ca × Cg × Cs × Cd

Hvis den reduserte kapasiteten kommer ut under klassifiseringen til beskyttelsesanordningen, flytt opp ett tverrsnitt og gjenta beregningen. Det er vanlig at en kabel passerer strømkontrollen først etter to eller tre forsøk.

Trinn 5 - Sjekk spenningsfallet

En kabel som fører strømmen kan fortsatt være for liten for ruten. Spenningsfallet stiger med både strøm og lengde, og det er sjekken som oftest tvinger fram et større tverrsnitt på lange matere.

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

For en trefasekrets inkluderer den tabulerte mV/A/m-verdien allerede faktoren √3. Typiske grenser er 3 % for belysningskretser og 5 % for strømkretser, målt fra opprinnelsen til installasjonen til terminalene på lasten, med kvoten delt mellom materen og sluttkretsen.

Ta en 70 mm² kobberleder som bærer 160 A over 80 m. Trefasefallet er omtrent 0,58 mV/A/m, så tapet er 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V, eller 1,9 % av 400 V, som er komfortabelt innenfor grensen. Hadde traseen vært 300 m i stedet, ville samme beregning gitt 27,8 V og tvunget et steg opp i tverrsnitt.

Trinn 6 – Bekreft at kortslutningen tåler

Under en feil har lederen en strøm som er mange ganger normalverdien, og den må overleve lenge nok til at beskyttelsen kan fjerne feilen. Den adiabatiske kontrollen er standardmetoden:

S ≥ (I × √t) / k

Her er I den potensielle feilstrømmen i ampere, t er frakoblingstiden i sekunder, og k er en konstant som avhenger av ledermaterialet og dets isolasjon. For kobberledere er k typisk 143 med XLPE-isolasjon og 115 med PVC, mens aluminiumsledere bruker lavere verdier. En 20 kA feil som fjernes på 0,2 s krever 20 000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² kobber, og det er grunnen til at kortslutningskontrollen, i stedet for den nåværende kontrollen, noen ganger bestemmer den endelige størrelsen.

Beskyttelseslederen fortjener samme oppmerksomhet. Den skal tåle samme feilenergi, og den skal dimensjoneres slik at jordfeilsløyfeimpedansen lar enheten utløse innen tillatt tid.

Et utført eksempel

Sett de seks trinnene sammen for en 90 kW motormater på et 400 V-system med 0,85 effektfaktor, rutet 80 m på et brett i 40 °C luft med to andre belastede kretser ved siden av.

Svaret er en firekjerner 70 mm² kobber XLPE-kabel. Legg merke til hvilket trinn som satte størrelsen: 70 mm² var nødvendig for å bære 160 A etter reduksjon, og det tilfeldigvis tilfredsstiller den adiabatiske kontrollen med bare en liten margin. Reduser grupperingen eller omgivelsestemperaturen og den marginen forsvinner.

Hvor kabeldimensjonering vanligvis blir feil

• Dimensjonering på nominell belastning mens man ignorerer mangfold, ledig kapasitet eller fremtidig utvidelse.
• Bruk av bord basert på 30 °C når planterommet går på 45 °C.
• Ignorerer gruppering, selv om tre kretser på ett brett reduserer en kabel langt mer enn folk flest forventer.
• Lese en PVC-søyle for en XLPE-kabel, eller omvendt.
• Kontrollerer spenningsfallet ved første belastning på kretsen i stedet for den siste.
• Glemmer at nøytralen kan føre harmoniske strømmer i trefasede firtrådskretser.
• Behandle kortslutningskontrollen som valgfri på korte løp, hvor det ofte er den avgjørende faktoren.

To saker som trenger ekstra pleie

Mellomspenningsmatere

Fra 3,6/6 kV opp til 26/35 kV forblir logikken den samme, men isolasjonstykkelse, skjermkonstruksjon og jording av metallkappen blir med i beregningen. Den metalliske skjermen har sin egen kortslutningsplikt å tilfredsstille, og jordingsarrangementet påvirker både feilnivået og den termiske oppførselen til kabelen. Størrelse a 26/35 kV XLPE isolert strømkabel betyr derfor å kontrollere de samme grensene med et ekstra sett med skjerm og jordingsforhold knyttet.

Nominell spenning 3,6/6kV–26/35kV XLPE isolert strømkabel Den nominelle spenningen 3,6/6kV–26/35kV tverrbundet polyetylenisolert strømkabel bruker en avansert tverrbindingsprosess. Gjennom kjemiske eller fysiske metoder, polye... Se produkt →

Driftskretser med variabel frekvens

Drivere presser harmoniske strømmer og raske spenningspulser gjennom kabelen, så strømmen du beregner fra motorens merkeskilt er ikke den strømmen kabelen faktisk ser. En dedikert drivkabel med en symmetrisk tre-kjerners konstruksjon og en riktig sammenføyd skjerm holder disse strømmene under kontroll og reduserer elektromagnetisk interferens på nabokretser. Der lange motorledninger er involvert, bør frekvensomformerprodusentens kabellengdegrenser behandles som en del av dimensjoneringsøvelsen.

Drivekabel med variabel frekvens (merkespenning opp til 6kV) Produktoversikt Frekvenstransformatorkabler (ofte kjent som VFD-kabler) er kraftoverføringslinjer spesifikt konstruert for industriell variabel frekvens... Se produkt →

Fra beregning til en kabel du kan stole på

Regnestykket er ikke vanskelig. Vanskeligheten ligger i tallene du mater inn i den, som betyr omgivelsestemperaturen, grupperingen, feilnivået og rutelengden, og i å vite hvilken standard som styrer prosjektet.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. har produsert kabler i Guanlin, Yixing siden 1998, på tvers av mer enn 100 produktvarianter og omtrent 30 000 spesifikasjoner, fra 450/750 V ledninger til 26/35 kV XLPE strømkabler, med godkjent av kvalitetsstyringssertifisert av 90 TUV-produkter i henhold til ISO TUV-produkter. Hver bestilling starter med en dimensjoneringssamtale, fordi den mest økonomiske kabelen er den som er riktig første gang. Send oss ​​lasten, ruten og miljøet, og våre ingeniører vil returnere en størrelsesanbefaling med reduksjonsfaktorene vist i sin helhet. En rask titt på fabrikken vår viser hvordan disse kablene er produsert, testet og klargjort for levering.

Hvis du ønsker å gå ett nivå dypere inn i hvordan produktytelse samhandler med dimensjonering, vår artikkel om nøkkelfaktorene du bør vurdere når du velger strømkabler er en nyttig følgesvenn til denne veiledningen.