Hoe een kabelsectie te kiezen - tips van ontwerpers

Het artikel bespreekt de belangrijkste criteria voor het kiezen van een kabelsectie en geeft voorbeelden van berekeningen.

In markten ziet u vaak handgeschreven tekens die aangeven welke kabel moet door de koper worden gekocht, afhankelijk van de verwachte laadstroom. Geloof niet in deze tekenen, omdat ze je misleiden. De kabeldoorsnede wordt niet alleen geselecteerd op bedrijfsstroom, maar ook op basis van verschillende parameters.

Allereerst moet worden bedacht dat bij het gebruik van een kabel die de mogelijkheden beperkt, de kabelkernen enkele tientallen graden opwarmen. De huidige waarden weergegeven in figuur 1 suggereren verwarming van de kabelkernen tot 65 graden bij een omgevingstemperatuur van 25 graden. Als er meerdere kabels in één pijp of bak worden gelegd, wordt de maximaal toelaatbare stroom door hun onderlinge verwarming (elke kabel verwarmt alle andere kabels) met 10 - 30 procent verlaagd.

Ook neemt de maximaal mogelijke stroom af bij verhoogde omgevingstemperaturen. Daarom worden kabels in een groepsnetwerk (een netwerk van afschermingen tot armaturen, stopcontacten en andere elektrische ontvangers) meestal gebruikt bij stromen die niet groter zijn dan 0,6 - 0,7 van de waarden in Afbeelding 1.

Fig. 1. Toegestane continue stroom van kabels met koperen geleiders

Op deze basis is het wijdverbreide gebruik van stroomonderbrekers met een nominale stroom van 25A om de uitlaatnetwerken te beschermen die zijn gelegd met kabels met koperen geleiders met een doorsnede van 2,5 mm2 een gevaar. Tabellen voor het verminderen van coëfficiënten afhankelijk van de temperatuur en het aantal kabels in één lade zijn te vinden in de Electrical Installation Rules (PUE).

Aanvullende beperkingen ontstaan ​​wanneer de kabel lang is. Tegelijkertijd kunnen spanningsverliezen in de kabel onacceptabele waarden bereiken. In de regel is het maximale verlies in de lijn bij de berekening van de kabels niet meer dan 5%. Verliezen zijn niet moeilijk te berekenen als u de weerstandswaarde van de kabelkernen en de geschatte belastingsstroom kent. Maar meestal worden voor de berekening van verliezen tabellen gebruikt die afhankelijk zijn van verliezen op het moment van laden. Het laadmoment wordt berekend als het product van de kabellengte in meters en vermogen in kilowatt.

De gegevens voor het berekenen van verliezen bij een eenfasige spanning van 220 V worden weergegeven in tabel 1. Voor een kabel met koperen geleiders met een doorsnede van 2,5 mm2 met een kabellengte van 30 meter en een laadvermogen van 3 kW is het laadmoment 30x3 = 90 en is het verlies 3%. Als de berekende waarde van verliezen 5% overschrijdt, is het noodzakelijk om een ​​kabel met een grotere doorsnede te kiezen.

Tabel 1. Het belastingsmoment, kW x m, voor koperen geleiders in een tweedraads lijn met een spanning van 220 V voor een bepaald gedeelte van de geleider

Volgens tabel 2 kunt u het verlies bepalen in een driefasige lijn. Vergelijking van tabellen 1 en 2 kan worden opgemerkt dat in een driefasige lijn met koperen geleiders met een doorsnede van 2,5 mm2, een verlies van 3% overeenkomt met een zes keer groter belastingsmoment.

Een drievoudige toename van het belastingsmoment treedt op vanwege de verdeling van het belastingsvermogen in drie fasen, en een dubbele toename vanwege het feit dat de stroom in de neutrale geleider nul is in een driefasig netwerk met een symmetrische belasting (identieke stromen in fasegeleiders). Bij een ongebalanceerde belasting nemen de verliezen in de kabel toe, waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van de kabelsectie.

Tabel 2. Het belastingsmoment, kW x m, voor koperen geleiders in een driefasige vierdraads lijn met nulspanning van 380/220 V voor een bepaald gedeelte van de geleider (klik op de afbeelding om de tabel te vergroten)

Verliezen in de kabel worden sterk beïnvloed bij het gebruik van laagspanning, bijvoorbeeld halogeenlampen. Dit is begrijpelijk: als 3 volt op de fase en neutrale geleiders valt, zullen we dit bij een spanning van 220 V hoogstwaarschijnlijk niet opmerken, en bij een spanning van 12 V zal de spanning op de lamp met de helft dalen tot 6 V.Daarom moeten transformatoren voor het voeden van halogeenlampen zo dicht mogelijk bij de lampen worden gebracht. Met een kabellengte van 4,5 meter met een doorsnede van 2,5 mm2 en een belasting van 0,1 kW (twee lampen van elk 50 W) is het laadmoment 0,45, wat overeenkomt met een verlies van 5% (tabel 3).

Tabel 3. Het belastingsmoment, kW x m, voor koperen geleiders in een tweedraads lijn met een spanning van 12 V voor een bepaald gedeelte van de geleider

Bovenstaande tabellen houden geen rekening met de toename van de weerstand van geleiders tegen verwarming door de stroom die erdoorheen stroomt. Daarom moet een wijziging worden aangebracht als de kabel wordt gebruikt bij een stroomsterkte van 0,5 of meer van de maximaal toegestane kabelstroom van een bepaalde sectie. Als u in het eenvoudigste geval verliezen van maximaal 5% verwacht, bereken dan de doorsnede op basis van de verliezen van 4%. Ook kunnen verliezen toenemen met een groot aantal kabelgeleiderverbindingen.

Kabels met aluminium geleiders hebben een weerstand van 1,7 keer groter in vergelijking met kabels met koperen geleiders, respectievelijk, en verliezen daarin zijn 1,7 keer groter.

De tweede beperkende factor voor grote kabellengtes is het overschrijden van de toelaatbare waarde van de fase-nul circuitweerstand. Om kabels tegen overbelasting en kortsluiting te beschermen, gebruiken ze in de regel stroomonderbrekers met een gecombineerde vrijgave. Dergelijke schakelaars hebben thermische en elektromagnetische releases.

De elektromagnetische afgifte zorgt voor onmiddellijke uitschakeling (tienden en zelfs honderdsten van seconden) van het noodgedeelte van het netwerk tijdens een kortsluiting. Een stroomonderbreker met het label C25 heeft bijvoorbeeld een thermische afgifte van 25 A en een elektromagnetische afgifte van 250A. Stroomonderbrekers van groep "C" hebben een veelvoud van breekstroom van de elektromagnetische afgifte aan warmte van 5 tot 10. Maar bij berekening van de lijn voor kortsluitstroom de maximale waarde is genomen.

De totale weerstand van het fase-nulcircuit omvat: de weerstand van de step-down-transformator van het transformatorstation, de weerstand van de kabel van het onderstation naar de ingangsschakelapparatuur van het gebouw, de weerstand van de kabel die is gelegd van de schakelinstallatie naar de schakelinstallatie en de kabelweerstand van de groepslijn zelf, waarvan de doorsnede noodzakelijk is te bepalen.

Als de lijn een groot aantal kabelgeleiderverbindingen heeft, bijvoorbeeld een groepslijn van een groot aantal armaturen verbonden door een lus, moet ook rekening worden gehouden met de weerstand van de contactverbindingen. Voor zeer nauwkeurige berekeningen wordt rekening gehouden met de boogweerstand op de foutlocatie.

De impedantie van het fase-nulcircuit voor vierdraadskabels wordt weergegeven in tabel 4. De tabel houdt rekening met de weerstanden van zowel fase- als neutrale geleiders. Weerstandswaarden worden gegeven bij een kabelkerntemperatuur van 65 graden. De tabel is ook geldig voor tweedraadslijnen.

Tabel 4. De totale weerstand van het fase-nulcircuit voor 4-aderige kabels, Ohm / km bij een kerntemperatuur van 65^overC

In stedelijke transformatorstations worden in de regel transformatoren met een capaciteit van 630 kV geïnstalleerd. En meer, met een uitgangsimpedantie Rtp van minder dan 0,1 Ohm. In landelijke gebieden kunnen transformatoren van 160 - 250 kV worden gebruikt. En met een uitgangsweerstand in de orde van 0,15 Ohm, en zelfs transformatoren bij 40 - 100 kV. En met een uitgangsimpedantie van 0,65 - 0,25 Ohm.

Voedingskabels van stedelijke transformatorstations naar de ASG van huizen worden meestal gebruikt met aluminiumgeleiders met een dwarsdoorsnede van fasegeleiders van minimaal 70 - 120 mm2. Wanneer de lengte van deze lijnen minder dan 200 meter is, kan de weerstand van het circuit van de fase-nul-voedingskabel (Rpc) gelijk worden gesteld aan 0,3 Ohm. Voor een meer nauwkeurige berekening moet u de lengte en doorsnede van de kabel kennen, of deze weerstand meten. Een van de instrumenten voor dergelijke metingen (het Vector-instrument) wordt getoond in Fig. 2.

Fig. 2. Het apparaat voor het meten van de weerstand van het fase-nul circuit "Vector"

De weerstand van de leiding moet zodanig zijn dat bij een kortsluiting gegarandeerd de stroom in het circuit de bedrijfsstroom van de elektromagnetische vrijgave overschrijdt.Dienovereenkomstig moet voor de stroomonderbreker C25 de kortsluitstroom in de lijn 1,15 × 10 × 25 = 287 A overschrijden, hier is 1,15 de veiligheidsfactor. Daarom moet de fase-nul circuitweerstand voor de C25-stroomonderbreker niet meer zijn dan 220V / 287A = 0,76 Ohm. Dienovereenkomstig mag voor een stroomonderbreker C16 de circuitweerstand niet hoger zijn dan 220 V / 1,15 x 160 A = 1,19 Ohm en voor een stroomonderbreker C10 - niet meer dan 220 V / 1,15 x 100 = 1,91 Ohm.

Dus, voor een stedelijk appartementencomplex, neemt Rtp = 0,1 Ohm; Rpc = 0,3 Ohm bij gebruik van een kabel met koperen geleiders met een doorsnede van 2,5 mm2 beschermd door een C16-stroomonderbreker in het stopcontactnetwerk, mag de kabelweerstand Rgr (fase- en neutrale geleiders) Rgr = 1,19 Ohm - Rtp - Rpk = niet overschrijden 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ohm. Volgens tabel 4 vinden we de lengte - 0,79 / 17,46 = 0,045 km of 45 meter. Voor de meeste appartementen is deze lengte voldoende.

Bij gebruik van een C25-stroomonderbreker om een ​​kabel met een doorsnede van 2,5 mm2 te beschermen, moet de circuitweerstand minder zijn dan 0,76 - 0,4 = 0,36 Ohm, wat overeenkomt met een maximale kabellengte van 0,36 / 17,46 = 0,02 km, of 20 meter.

Bij gebruik van een C10-stroomonderbreker om een ​​groepslichtlijn te beschermen die is gemaakt door een kabel met 1,5 mm2 koperen geleiders, krijgen we de maximaal toegestane kabelweerstand van 1,91 - 0,4 = 1,51 Ohm, wat overeenkomt met een maximale kabellengte van 1,51 / 29, 1 = 0,052 km of 52 meter. Als u een dergelijke lijn beveiligt met een C16-stroomonderbreker, is de maximale lijnlengte 0,79 / 29,1 = 0,027 km of 27 meter.

Zie ook:Waarom worden fase-nul lusweerstandsmetingen uitgevoerd door professionals en niet door hackers

Victor Ch