Jak wybrać odcinek kabla - wskazówki projektanta

Artykuł rozważa główne kryteria wyboru odcinka kabla, podaje przykłady obliczeń.

Na rynkach często można zobaczyć odręczne znaki wskazujące, które kabel musi zostać zakupiony przez kupującego w zależności od oczekiwanego prądu obciążenia. Nie wierzcie tym znakom, ponieważ was wprowadzają w błąd. Przekrój kabla jest wybierany nie tylko przez prąd roboczy, ale także przez kilka parametrów.

Przede wszystkim należy pamiętać, że przy użyciu kabla o ograniczonych możliwościach jego rdzenie nagrzewają się o kilkadziesiąt stopni. Aktualne wartości pokazane na rycinie 1 sugerują ogrzewanie rdzeni kablowych do 65 stopni w temperaturze otoczenia 25 stopni. Jeśli w jednej rurze lub korytku ułożonych jest kilka kabli, wówczas ze względu na ich wzajemne ogrzewanie (każdy kabel ogrzewa wszystkie pozostałe kable) maksymalny dopuszczalny prąd zmniejsza się o 10-30 procent.

Ponadto maksymalny możliwy prąd zmniejsza się przy podwyższonych temperaturach otoczenia. Dlatego w sieci grupowej (sieć od ekranów do urządzeń, gniazd i innych odbiorników energii) kable są zwykle stosowane przy prądach nieprzekraczających 0,6 - 0,7 od wartości pokazanych na rysunku 1.

Ryc. 1. Dopuszczalny ciągły prąd kabli z przewodnikami miedzianymi

Na tej podstawie powszechne jest stosowanie wyłączników o prądzie znamionowym 25A do ochrony sieci gniazd układanych kablami z przewodnikami miedzianymi o przekroju 2,5 mm2. Tabele malejących współczynników w zależności od temperatury i liczby kabli w jednej tacy można znaleźć w Zasadach instalacji elektrycznej (PUE).

Dodatkowe ograniczenia powstają, gdy kabel jest długi. Jednocześnie straty napięcia w kablu mogą osiągnąć niedopuszczalne wartości. Z reguły przy obliczaniu kabli maksymalne straty w linii nie przekraczają 5%. Straty nie są trudne do obliczenia, jeśli znasz wartość rezystancji rdzeni kablowych i szacowany prąd obciążenia. Ale zwykle do obliczania strat stosuje się tabele zależności strat od momentu obciążenia. Moment obciążenia jest obliczany jako iloczyn długości kabla w metrach i mocy w kilowatach.

Dane do obliczania strat przy napięciu jednofazowym 220 V pokazano w tabeli 1. Na przykład dla kabla z przewodnikami miedzianymi o przekroju 2,5 mm2 o długości kabla 30 metrów i mocy obciążenia 3 kW moment obciążenia wynosi 30x3 = 90, a strata wyniesie 3%. Jeśli obliczona wartość strat przekracza 5%, należy wybrać kabel o większym przekroju.

Tabela 1. Moment obciążenia, kW x m, dla przewodów miedzianych w linii dwuprzewodowej przy napięciu 220 V dla danego odcinka przewodu

Zgodnie z tabelą 2 można określić straty w linii trójfazowej. Porównując tabele 1 i 2, można zauważyć, że w linii trójfazowej z przewodnikami miedzianymi o przekroju 2,5 mm2 strata 3% odpowiada sześciokrotnie większemu momentowi obciążenia.

Potrójny wzrost momentu obciążenia występuje z powodu rozkładu mocy obciążenia w trzech fazach, a podwójny wzrost z powodu faktu, że prąd w przewodzie neutralnym wynosi zero w sieci trójfazowej z symetrycznym obciążeniem (identyczne prądy w przewodach fazowych). Przy niezrównoważonym obciążeniu zwiększają się straty w kablu, co należy wziąć pod uwagę przy wyborze odcinka kabla.

Tabela 2. Moment obciążenia, kW x m, dla przewodów miedzianych w trójfazowej czteroprzewodowej linii o zerowym napięciu 380/220 V dla danego odcinka przewodu (aby powiększyć tabelę, kliknij rysunek)

Straty w kablu są silnie dotknięte podczas korzystania z niskiego napięcia, na przykład lamp halogenowych. Jest to zrozumiałe: jeśli 3 wolty spadną na przewody fazowe i neutralne, wówczas przy napięciu 220 V najprawdopodobniej tego nie zauważymy, a przy napięciu 12 V napięcie na lampie spadnie o połowę do 6 V.Dlatego transformatory do zasilania lamp halogenowych muszą być jak najbliżej lamp. Na przykład przy kablu o długości 4,5 metra o przekroju 2,5 mm2 i obciążeniu 0,1 kW (dwie lampy o mocy 50 W każda) moment obciążenia wynosi 0,45, co odpowiada stracie 5% (Tabela 3).

Tabela 3. Moment obciążenia, kW x m, dla przewodów miedzianych w linii dwuprzewodowej przy napięciu 12 V dla danego odcinka przewodu

Powyższe tabele nie uwzględniają wzrostu rezystancji przewodów od ogrzewania z powodu przepływu prądu przez nie. Dlatego jeśli kabel jest używany przy prądach o wartości 0,5 lub większej od maksymalnego dopuszczalnego prądu kabla w danym odcinku, należy dokonać zmiany. W najprostszym przypadku, jeśli spodziewasz się strat nie większych niż 5%, oblicz przekrój na podstawie strat 4%. Straty mogą również wzrosnąć przy dużej liczbie połączeń przewodów kablowych.

Kable z przewodnikami aluminiowymi mają rezystancję 1,7 razy większą w porównaniu z kablami odpowiednio z przewodnikami miedzianymi, a straty w nich są 1,7 razy większe.

Drugim czynnikiem ograniczającym dla dużych długości kabli jest przekroczenie dopuszczalnej wartości rezystancji obwodu zerowo-fazowego. Aby zabezpieczyć kable przed przeciążeniem i zwarciem, z reguły należy stosować wyłączniki z połączonym wyzwalaczem. Takie przełączniki mają wyzwalacze termiczne i elektromagnetyczne.

Uwolnienie elektromagnetyczne zapewnia natychmiastowe (dziesiąte, a nawet setne sekundy) wyłączenie awaryjnego odcinka sieci podczas zwarcia. Na przykład wyłącznik oznaczony jako C25 ma wyzwalacz termiczny 25 A i wyzwalacz elektromagnetyczny 250 A. Wyłączniki z grupy „C” mają wiele prądów wyłączających wyzwalacza elektromagnetycznego do termicznego od 5 do 10. Ale przy obliczanie linii dla prądu zwarciowego brana jest maksymalna wartość.

Ogólna rezystancja obwodu zerowo-fazowego obejmuje: rezystancję obniżającego transformatora podstacji transformatorowej, rezystancję kabla od podstacji do wejściowego urządzenia rozdzielczego (ASU) budynku, rezystancję kabla ułożonego z ASU do rozdzielnicy (RU) oraz rezystancję kabla samej linii grupowej, której przekrój jest konieczny do ustalenia.

Jeśli linia ma dużą liczbę połączeń przewodów kablowych, na przykład linię grupową dużej liczby urządzeń połączonych pętlą, należy również wziąć pod uwagę rezystancję połączeń stykowych. W celu bardzo dokładnych obliczeń brany jest pod uwagę opór łuku w miejscu zwarcia.

Impedancja obwodu zerowo-fazowego dla kabli czteroprzewodowych jest pokazana w tabeli 4. Tabela uwzględnia rezystancje zarówno przewodów fazowych, jak i neutralnych. Wartości rezystancji podano przy temperaturze rdzenia kabla 65 stopni. Tabela obowiązuje również dla linii dwuprzewodowych.

Tabela 4. Całkowita rezystancja obwodu zerowo-fazowego dla kabli 4-żyłowych, Ohm / km przy temperaturze rdzenia 65^okołoZ

W miejskich podstacjach transformatorowych z reguły instalowane są transformatory o mocy 630 kV. I jeszcze więcej, mając impedancję wyjściową Rtp mniejszą niż 0,1 Ohm. Na obszarach wiejskich można zastosować transformatory o napięciu 160–250 kV. I mający rezystancję wyjściową rzędu 0,15 oma, a nawet transformatory przy 40 - 100 kV. I o impedancji wyjściowej 0,65 - 0,25 oma.

Kable zasilające z miejskich podstacji transformatorowych do ASG domów są zwykle stosowane z przewodnikami aluminiowymi o przekroju przewodów fazowych co najmniej 70 - 120 mm2. Gdy długość tych linii jest mniejsza niż 200 metrów, rezystancję obwodu zerowo-fazowego kabla zasilającego (Rpc) można przyjąć równą 0,3 oma. Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, musisz znać długość i przekrój kabla lub zmierzyć ten opór. Jeden z przyrządów do takich pomiarów (przyrząd Vector) pokazano na ryc. 2)

Ryc. 2. Urządzenie do pomiaru rezystancji obwodu zerowego fazy „Wektor”

Rezystancja linii musi być taka, aby przy zwarciu prąd w obwodzie gwarantował przekroczenie prądu roboczego wyzwalacza elektromagnetycznego.Odpowiednio, dla wyłącznika C25 prąd zwarciowy w linii powinien przekraczać 1,15 × 10 × 25 = 287 A, tutaj 1,15 jest współczynnikiem bezpieczeństwa. Dlatego rezystancja obwodu zerowo-fazowego dla wyłącznika C25 nie powinna przekraczać 220 V / 287 A = 0,76 oma. Odpowiednio, dla wyłącznika C16 rezystancja obwodu nie powinna przekraczać 220 V / 1,15 x 160 A = 1,19 oma, a dla wyłącznika C10 - nie więcej niż 220 V / 1,15 x 100 = 1,91 oma.

Tak więc dla budynku mieszkalnego miejskiego, przyjmując Rtp = 0,1 Ohm; Rpc = 0,3 Ohm przy zastosowaniu kabla z przewodnikami miedzianymi o przekroju 2,5 mm2 chronionym przez wyłącznik C16 w sieci wyjściowej, rezystancja kabla Rgr (przewody fazowe i neutralne) nie powinna przekraczać Rgr = 1,19 Ohm - Rtp - Rpk = 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 oma. Według tabeli 4 znajdujemy jego długość - 0,79 / 17,46 = 0,045 km, czyli 45 metrów. W przypadku większości mieszkań ta długość jest wystarczająca.

W przypadku stosowania wyłącznika C25 do ochrony kabla o przekroju 2,5 mm2 rezystancja obwodu powinna być mniejsza niż 0,76 - 0,4 = 0,36 oma, co odpowiada maksymalnej długości kabla 0,36 / 17,46 = 0,02 km, lub 20 metrów.

Używając wyłącznika C10 do ochrony grupowej linii oświetleniowej wykonanej kablem z przewodami miedzianymi 1,5 mm2, uzyskujemy maksymalną dopuszczalną rezystancję kabla wynoszącą 1,91 - 0,4 = 1,51 oma, co odpowiada maksymalnej długości kabla 1,51 / 29, 1 = 0,052 km lub 52 metry. Jeśli zabezpieczysz taką linię wyłącznikiem C16, maksymalna długość linii wyniesie 0,79 / 29,1 = 0,027 km lub 27 metrów.

Zobacz także:Dlaczego pomiary rezystancji pętli zerowej fazy są wykonywane przez profesjonalistów, a nie hakerów?

Victor Ch