Как да изберем секция за кабел - дизайнерски съвети

Статията разглежда основните критерии за избор на кабелна секция, дава примери за изчисления.

На пазарите често можете да видите ръчно написани табели, указващи кои кабел трябва да бъдат закупени от купувача в зависимост от очаквания ток на натоварване. Не вярвайте на тези знаци, тъй като те подвеждат. Сечението на кабела се избира не само от работен ток, но и от няколко параметъра.

На първо място, трябва да се има предвид, че когато използвате кабел на границата на възможностите си, кабелните сърцевини нагряват няколко десетки градуса. Настоящите стойности на тока, показани на фигура 1, предполагат нагряване на кабелните ядра до 65 градуса при температура на околната среда от 25 градуса. Ако в една тръба или табла са положени няколко кабела, тогава поради взаимното им загряване (всеки кабел загрява всички останали кабели), максималният допустим ток се намалява с 10 - 30 процента.

Също така максималният възможен ток намалява при повишени температури на околната среда. Следователно в групова мрежа (мрежа от екрани до тела, контакти и други консуматори на енергия) обикновено се използват кабели при токове, които не надвишават 0,6 - 0,7 от стойностите, показани на фигура 1.

Фиг. 1. Допустим непрекъснат ток на кабели с медни проводници

На тази основа широкото използване на прекъсвачи с номинален ток 25А за защита на изходните мрежи, положени с кабели с медни проводници с напречно сечение 2,5 mm2, представлява опасност. Таблици с редуциращи коефициенти в зависимост от температурата и броя на кабелите в една тава можете да намерите в Правилата за електрическа инсталация (PUE).

Допълнителни ограничения възникват, когато кабелът е дълъг. В същото време загубите на напрежение в кабела могат да достигнат неприемливи стойности. По правило при изчисляване на кабелите максималните загуби в линията са не повече от 5%. Загубите не са трудни за изчисляване, ако знаете стойността на съпротивлението на кабелните сърцевини и прогнозния ток на натоварване. Но обикновено за изчисляване на загубите се използват таблици на зависимост на загубите от момента на зареждане. Моментът на натоварване се изчислява като произведение на дължината на кабела в метри и мощността в киловати.

Данните за изчисляване на загубите при еднофазно напрежение 220 V са показани в таблица1. Например за кабел с медни проводници с напречно сечение 2,5 mm2 с дължина на кабела 30 метра и мощност на натоварване 3 kW, моментът на натоварване е 30x3 = 90, а загубата ще бъде 3%. Ако изчислената стойност на загубите надвишава 5%, тогава е необходимо да се избере кабел с по-голямо напречно сечение.

Таблица 1. Моментът на натоварване, kW x m, за медни проводници в двупроводна линия при напрежение 220 V за даден участък от проводника

Според таблица 2 можете да определите загубата в трифазна линия. Сравнявайки таблици 1 и 2, може да се отбележи, че при трифазна линия с медни проводници с напречно сечение 2,5 mm2 загуба от 3% съответства на шест пъти по-голям момент на натоварване.

Тройно увеличение на натоварващия момент възниква поради разпределението на мощността на товара в три фази и двойно увеличение поради факта, че токът в неутралния проводник е нулев в трифазна мрежа със симетричен товар (идентични токове във фазови проводници). При небалансирано натоварване загубите на кабела се увеличават, което трябва да се вземе предвид при избора на секцията на кабела.

Таблица 2. Моментът на натоварване, kW x m, за медни проводници в трифазна четирипроводна линия с нулево напрежение 380/220 V за даден участък от проводника (за да увеличите таблицата, щракнете върху фигурата)

Загубите в кабела са силно засегнати при използване на ниско напрежение, като халогенни лампи. Това е разбираемо: ако 3 волта падне върху фазовите и неутралните проводници, тогава при напрежение 220 V най-вероятно няма да забележим това, а при напрежение 12 V напрежението на лампата ще спадне наполовина до 6 V.Ето защо трансформаторите за захранване на халогенни лампи трябва да се доближават възможно най-близо до лампите. Например при дължина на кабела 4,5 метра с напречно сечение 2,5 mm2 и товар 0,1 kW (две лампи по 50 W всяка) моментът на натоварване е 0,45, което съответства на загуба от 5% (Таблица 3).

Таблица 3. Моментът на натоварване, kW x m, за медни проводници в двупроводна линия при напрежение 12 V за даден участък от проводника

Горните таблици не вземат предвид увеличаването на съпротивлението на проводниците от нагряване поради потока на тока през тях. Следователно, ако кабелът се използва при токове 0,5 или повече от максимално допустимия ток на кабела на дадена секция, е необходимо да се въведе корекция. В най-простия случай, ако очаквате да получите загуби не повече от 5%, изчислете напречното сечение въз основа на загубите от 4%. Също така загубите могат да се увеличат с голям брой връзки на кабелни проводници.

Кабелите с алуминиеви проводници имат съпротивление 1,7 пъти по-голямо в сравнение с кабели с медни проводници, съответно и загубите в тях са 1,7 пъти по-големи.

Вторият ограничаващ фактор за големи дължини на кабела е превишението на допустимата стойност на съпротивлението на веригата фаза-нула. За да предпазите кабелите от претоварване и късо съединение, като правило, използвайте прекъсвачи с комбинирано освобождаване. Такива превключватели имат термични и електромагнитни изпускания.

Електромагнитното освобождаване осигурява моментално (десети и дори стотни от секундата) изключване на аварийния участък на мрежата по време на късо съединение. Например прекъсвачът с етикет С25 има топлинно освобождаване 25 А и електромагнитно освобождаване от 250А. Прекъсвачите от група "С" имат многократен прекъсващ ток на електромагнитното освобождаване до топлинно от 5 до 10. Но при изчисляване на линията за ток на късо съединение приема се максималната стойност.

Общото съпротивление на фазово-нулевата верига включва: съпротивлението на понижаващия трансформатор на трансформаторната подстанция, съпротивлението на кабела от подстанцията към входното разпределително устройство (ASU) на сградата, съпротивлението на кабела, положен от ASU към разпределителното устройство (RU), и съпротивлението на кабела на самата групова линия, напречното сечение на което е необходимо за да се определи.

Ако линията има голям брой кабелни проводници, например групова линия на голям брой тела, свързани чрез контур, тогава трябва да се вземе предвид и съпротивлението на контактните връзки. За много точни изчисления се взема предвид съпротивлението на дъгата на мястото на повреда.

Импедансът на фазово-нулевата верига за четирижилни кабели е показан в таблица 4. Таблицата отчита съпротивленията както на фазовите, така и на неутралните проводници. Стойностите на съпротивлението се дават при температура на кабелната сърцевина от 65 градуса. Таблицата е валидна и за двупроводни линии.

Таблица 4. Общото съпротивление на фазово-нулевата верига за 4-жилни кабели, Ом / км при температура на сърцевината 65^заC

В градските трафопостове по правило се монтират трансформатори с мощност 630 kV. И още, с изходно съпротивление Rtp по-малко от 0,1 Ohm. В селските райони могат да се използват трансформатори от 160 - 250 kV. И с изходно съпротивление от порядъка на 0,15 Ома и дори трансформатори при 40 - 100 kV. И с изходен импеданс от 0,65 - 0,25 Ома.

Захранващите кабели от градските трансформаторни подстанции към ASG на къщите обикновено се използват с алуминиеви проводници с напречно сечение на фазови проводници най-малко 70 - 120 mm2. Когато дължината на тези линии е по-малка от 200 метра, съпротивлението на фазово-нулевата верига на захранващия кабел (Rpc) може да се приеме равно на 0,3 Ω. За по-точно изчисление трябва да знаете дължината и напречното сечение на кабела или да измерите това съпротивление. Един от инструментите за такива измервания (векторният инструмент) е показан на фиг. 2.

Фиг. 2. Устройството за измерване на съпротивлението на фазово-нулева верига "Вектор"

Съпротивлението на линията трябва да бъде такова, че при късо съединение се гарантира, че токът във веригата надвишава работния ток на електромагнитното освобождаване.Съответно, за прекъсвача C25 токът на късо съединение в линията трябва да надвишава 1,15 × 10 × 25 = 287 A, тук 1,15 е коефициентът на безопасност. Следователно съпротивлението на фазово-нулевата верига за прекъсвача на C25 трябва да бъде не повече от 220V / 287A = 0,76 Ohm. Съответно, за прекъсвач C16 съпротивлението на веригата не трябва да надвишава 220V / 1,15x160A = 1,19 Ohms, а за прекъсвач C10 - не повече от 220V / 1,15x100 = 1,91 Ohms.

По този начин, за градска жилищна сграда, като вземете Rtp = 0,1 Ohm; Rpc = 0,3 Ohm при използване на кабел с медни проводници с напречно сечение 2,5 mm2, защитени от прекъсвач C16 в изходната мрежа, съпротивлението на кабела Rgr (фазови и неутрални проводници) не трябва да надвишава Rgr = 1,19 Ohm - Rtp - Rpk = 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ома. Според таблица 4 намираме дължината му - 0,79 / 17,46 = 0,045 км, или 45 метра. За повечето апартаменти тази дължина е достатъчна.

Когато използвате прекъсвач C25 за защита на кабел със сечение 2,5 mm2, съпротивлението на веригата трябва да бъде по-малко от 0,76 - 0,4 = 0,36 Ohm, което съответства на максимална дължина на кабела 0,36 / 17,46 = 0,02 km, или 20 метра.

Когато използваме прекъсвач C10 за защита на групова линия за осветление, направена с кабел с медни проводници 1,5 mm2, получаваме максимално допустимото съпротивление на кабела от 1,91 - 0,4 = 1,51 ома, което съответства на максимална дължина на кабела 1,51 / 29, 1 = 0,052 км, или 52 метра. Ако защитите такава линия с прекъсвач на С16, тогава максималната дължина на линията ще бъде 0,79 / 29,1 = 0,027 км или 27 метра.

Вижте също:Защо измерванията на съпротивлението на фазовата нула се извършват от професионалисти, а не от хакери

Виктор гл