Sådan beregnes kabelstørrelse: En trin-for-trin guide til elektriske projekter

Spørg enhver erfaren elektriker, og du vil høre det samme: Kabelstørrelse er ikke én formel, men en kort kæde af kontroller, og hvert led i den kæde skal holde. Få strømmen rigtig, men ignorer nedsættelsesfaktorerne, og lederen bliver varmere, end dens isolering nogensinde er designet til. Få ampaciteten rigtig, men ignorer spændingsfald, og motoren i den fjerne ende af linjen nægter at starte. Spring over kortslutningskontrollen, og installationen sidder én fejl fra en alvorlig hændelse.

Metoden nedenfor følger den rækkefølge, vores egne ingeniører bruger, når de gennemgår et projekt: design først strøm, derefter koordinering med beskyttelsesenheden, derefter strømbærende kapacitet, derefter spændingsfald og derefter kortslutningsmodstand. Arbejd gennem trinene i rækkefølge og det korrekte tværsnit vil næsten vælge sig selv.

Før du starter: Saml input

Næsten hver forsinkelse i en kabelstørrelsesøvelse sporer tilbage til et manglende input. Saml disse, før du åbner et bord:

• Belastningsdata: effekt i kW eller kVA, effektfaktor, effektivitet, driftscyklus og samtidighed.
• Systemdata: nominel spænding, antal faser, frekvens, og om forsyningen er TN, TT eller IT.
• Beskyttelsesdata: type og klassificering af afbryderen eller sikringen og dens udløsningskarakteristika.
• Installationsmetode: flerkernet eller enkeltkerne, på en bakke, i rør, klippet direkte, i fri luft eller nedgravet.
• Miljø: omgivende lufttemperatur, jordtemperatur og termisk resistivitet, nedgravningsdybde og hvor mange kredsløb, der deler ruten.
• Rutedata: ensrettet længde i meter, plus enhver fremtidig forlængelse, der allerede er planlagt.
• Fejldata: mulig kortslutningsstrøm ved origo og den nødvendige frakoblingstid.

Skriv værdierne ned. Et størrelsesark, der viser dets input, kan gennemgås på få minutter; en, der ikke gør, vil altid blive stillet spørgsmålstegn ved.

Trin 1 - Beregn designstrømmen (Ib)

Designstrømmen er den strøm, som kablet vil føre i normal drift. For en trefaset belastning:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

og for en enfaset belastning:

Ib = P / (U × cos φ)

En hurtig illustration: en 90 kW trefaset belastning på en 400 V forsyning ved 0,85 effektfaktor trækker 90.000 / (1.732 × 400 × 0.85) = 153 A. Det enkelte tal sætter gulvet for alt, hvad der følger, fordi beskyttelsesanordningen skal være mindst så stor, og dette kabel skal være mindst muligt.

To justeringer er værd at huske. Motorens startstrøm ændrer ikke den kontinuerlige designstrøm, men den påvirker valget af beskyttelse og spændingsfaldskontrollen. Og i installationer med et højt harmonisk indhold, såsom kontorer fyldt med elektroniske belastninger eller et anlæg fyldt med drev, skal nullederen muligvis dimensioneres til mere end fasestrømmen i stedet for mindre.

Trin 2 - Koordiner kablet med beskyttelsesenheden

Et kabel er kun beskyttet, hvis enheden foran det afbryder, før isoleringen er beskadiget. I praksis betyder det, at to betingelser skal være opfyldt på samme tid:

Ib ≤ In ≤ Iz

hvor Ib er designstrømmen, In er den nominelle værdi af beskyttelsesanordningen, og Iz er kablets korrigerede strømbærende kapacitet. En anden betingelse, I2 ≤ 1,45 × Iz, bekræfter, at enheden faktisk vil fungere ved sin konventionelle udløsningsstrøm uden at overophede lederen.

Den praktiske konsekvens er enkel. Hvis den beregnede strøm er 153 A, vælger du ikke en 200 A afbryder og går derefter på jagt efter et kabel, der er stort nok til at matche det; du vælger den mindste standardværdi over belastningen, som her er 160 A, og dimensionerer kablet efter det tal.

Trin 3 - Find den grundlæggende strømbærende kapacitet

Tabeller over strømbærende kapacitet, uanset om de er taget fra IEC 60364-5-52, BS 7671 eller en producents katalog, er bygget op omkring et defineret sæt betingelser: en referenceomgivelsestemperatur, en angivet installationsmetode, et defineret antal belastede ledere og et enkelt kredsløb. Find den række, der matcher dit tværsnit, og den kolonne, der matcher din installation.

Tre valg dominerer resultatet. Ledermaterialet har betydning, fordi aluminium har brug for cirka halvanden gange kobbertværsnittet for den samme strøm. Isoleringen har betydning, fordi et XLPE-kabel kan køre med en leder ved 90 °C, mens et PVC-kabel er begrænset til 70 °C. Og installationsmetoden betyder enormt meget, da et kabel, der er klippet i fri luft, afgiver varmen langt lettere end det samme kabel, der trækkes ind i en overfyldt ledning.

Det er her et rigtigt katalog bliver virkelig nyttigt, fordi afstanden mellem isoleringstyper ikke er en afrundingsfejl. Et 6/1 kV XLPE-isoleret strømkabel fører mærkbart mere strøm end et PVC-ækvivalent med samme kobbertværsnit, simpelthen fordi dets isolering tåler en højere ledertemperatur.

Nominel spænding 0,6/1kV XLPE-isoleret strømkabel Den nominelle spænding 0,6/1kV tværbundet polyethylenisoleret strømkabel anvender kemiske eller fysiske metoder til at transformere polyethylenmolekyler fra en lineær struktur... Se produkt →

Trin 4 - Anvend korrektionsfaktorerne

Reelle installationer matcher aldrig referencebetingelserne for en tabel, så grundkapaciteten skal reduceres. Faktorerne multipliceres sammen:

Iz = It × Ca × Cg × Cs × Cd

Hvis den reducerede kapacitet kommer ud under beskyttelsesanordningens rating, skal du flytte et tværsnit op og gentage beregningen. Det er almindeligt, at et kabel først passerer strømkontrollen efter to eller tre forsøg.

Trin 5 - Tjek spændingsfaldet

Et kabel, der fører strømmen, kan stadig være for lille til ruten. Spændingsfald stiger med både strøm og længde, og det er kontrollen, der oftest fremtvinger et større tværsnit på lange feedere.

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

For et trefaset kredsløb inkluderer den tabulerede mV/A/m-værdi allerede faktoren √3. Typiske grænser er 3 % for belysningskredsløb og 5 % for strømkredsløb, målt fra installationens oprindelse til belastningens terminaler, med kvoten delt mellem føderen og slutkredsløbet.

Tag en 70 mm² kobberleder, der bærer 160 A over 80 m. Dens trefasede fald er omkring 0,58 mV/A/m, så tabet er 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V eller 1,9 % af 400 V, hvilket er komfortabelt inden for grænsen. Havde ruten i stedet været 300 m, ville samme beregning have produceret 27,8 V og tvunget et skridt op i tværsnit.

Trin 6 - Bekræft kortslutningsmodstand

Under en fejl bærer lederen en strøm mange gange dens normale værdi, og den skal overleve længe nok til, at beskyttelsen kan afhjælpe fejlen. Den adiabatiske kontrol er standardmetoden:

S ≥ (I × √t) / k

Her er I den potentielle fejlstrøm i ampere, t er frakoblingstiden i sekunder, og k er en konstant, der afhænger af ledermaterialet og dets isolering. For kobberledere er k typisk 143 med XLPE-isolering og 115 med PVC, mens aluminiumsledere bruger lavere værdier. En 20 kA fejl, der er ryddet på 0,2 s, kræver 20.000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² kobber, hvorfor kortslutningskontrollen, snarere end den aktuelle kontrol, nogle gange bestemmer den endelige størrelse.

Beskyttelseslederen fortjener samme opmærksomhed. Den skal modstå samme fejlenergi, og den skal dimensioneres således, at jordfejlssløjfeimpedansen tillader enheden at udløse inden for den tilladte tid.

Et udført eksempel

Sæt de seks trin sammen til en 90 kW motorføder på et 400 V system ved 0,85 effektfaktor, ført 80 m på en bakke i 40 °C luft med to andre belastede kredsløb ved siden af.

Svaret er et fireleder 70 mm² kobber XLPE-kabel. Bemærk, hvilket trin der satte størrelsen: 70 mm² var nødvendigt for at bære 160 A efter derating, og det tilfældigvis også opfylder den adiabatiske kontrol med kun en lille margin. Reducer grupperingen eller den omgivende temperatur, og denne margen forsvinder.

Hvor kabeldimensionering normalt går galt

• Dimensionering på den nominelle belastning, mens man ignorerer diversitet, ledig kapacitet eller fremtidig udvidelse.
• Brug af et bord baseret på 30 °C, når planterummet kører ved 45 °C.
• Ignorerer gruppering, selvom tre kredsløb på én bakke nedsætter et kabel langt mere, end de fleste forventer.
• Læsning af en PVC-søjle for et XLPE-kabel eller omvendt.
• Kontrol af spændingsfald ved den første belastning på kredsløbet i stedet for den sidste.
• Glemte, at neutralen kan bære harmoniske strømme i trefasede firtrådskredsløb.
• At behandle kortslutningskontrollen som valgfri på korte ture, hvor det ofte er den afgørende faktor.

To sager, der kræver ekstra pleje

Mellemspændingsfødere

Fra 3,6/6 kV op til 26/35 kV forbliver logikken den samme, men isoleringstykkelse, skærmkonstruktion og jordingen af den metalliske kappe indgår i beregningen. Den metalliske skærm har sin egen kortslutningspligt at opfylde, og jordingsarrangementet påvirker både fejlniveauet og kablets termiske opførsel. Størrelse a 26/35 kV XLPE isoleret strømkabel betyder derfor at kontrollere de samme grænser med et ekstra sæt skærm- og jordingsbetingelser tilknyttet.

Nominel spænding 3,6/6kV–26/35kV XLPE-isoleret strømkabel Det nominelle spænding 3,6/6kV–26/35kV tværbundet polyethylenisoleret strømkabel anvender en avanceret tværbindingsproces. Gennem kemiske eller fysiske metoder, polye... Se produkt →

Drevkredsløb med variabel frekvens

Drev skubber harmoniske strømme og hurtige spændingsimpulser gennem kablet, så den strøm du beregner fra motorens typeskilt er ikke den strøm kablet rent faktisk ser. Et dedikeret drevkabel med en symmetrisk tre-leder konstruktion og en korrekt bundet skærm holder disse strømme under kontrol og reducerer elektromagnetisk interferens på tilstødende kredsløb. Hvor lange motorkabler er involveret, bør drevfabrikantens kabellængdegrænser behandles som en del af dimensioneringsøvelsen.

Drevkabel med variabel frekvens (mærkespænding op til 6kV) Produktoversigt Frekvenstransformatorkabler (almindeligvis kendt som VFD-kabler) er krafttransmissionslinjer, der er specielt udviklet til industriel variabel frekvens... Se produkt →

Fra beregning til et kabel, du kan stole på

Regnestykket er ikke svært. Vanskeligheden ligger i de tal, du indtaster i det, hvilket betyder omgivelsestemperaturen, grupperingen, fejlniveauet og rutelængden, og i at vide, hvilken standard der styrer projektet.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. har fremstillet kabler i Guanlin, Yixing siden 1998, på tværs af mere end 100 produktvarianter og omkring 30.000 specifikationer, fra 450/750 V ledninger til 26/35 kV XLPE-strømkabler, med godkendt af 90 TUVhein-produkter godkendt af RVheinland og ISO. Hver ordre starter med en dimensionssamtale, for det mest økonomiske kabel er det, der er rigtigt første gang. Send os lasten, ruten og miljøet, og vores ingeniører vil returnere en størrelsesanbefaling med reduktionsfaktorerne vist fuldt ud. Et hurtigt kig på vores fabrik viser, hvordan disse kabler er produceret, testet og klargjort til levering.

Hvis du gerne vil gå et niveau dybere ind i, hvordan produktets ydeevne interagerer med dimensionering, vores artikel om de vigtigste faktorer at overveje, når du vælger strømkabler er en nyttig ledsager til denne guide.