Hoe u de kabelmaat kunt berekenen: een stapsgewijze handleiding voor elektrische projecten

Vraag het aan een ervaren elektrotechnisch ingenieur en u zult hetzelfde horen: het dimensioneren van kabels is niet één formule, maar een korte reeks controles, en elke schakel in die keten moet stand houden. Zorg voor de juiste stroom, maar negeer de derating-factoren, en de geleider wordt heter dan waarvoor de isolatie ooit is ontworpen. Als u de capaciteit goed heeft, maar als u de spanningsval negeert, weigert de motor aan het andere uiteinde van de lijn te starten. Sla de kortsluitcontrole over en de installatie is één fout verwijderd van een ernstig incident.

De onderstaande methode volgt de volgorde die onze eigen ingenieurs gebruiken wanneer ze een project beoordelen: eerst de stroom ontwerpen, dan de coördinatie met het beveiligingsapparaat, dan de stroomvoerende capaciteit, dan de spanningsval, en dan bestand zijn tegen kortsluiting. Doorloop de stappen in volgorde en de juiste doorsnede kiest bijna vanzelf.

Voordat u begint: Verzamel de input

Bijna elke vertraging bij het dimensioneren van kabels is terug te voeren op een ontbrekende invoer. Verzamel deze voordat u een tafel opent:

• Belastingsgegevens: vermogen in kW of kVA, arbeidsfactor, efficiëntie, inschakelduur en gelijktijdigheid.
• Systeemgegevens: nominale spanning, aantal fasen, frequentie en of de voeding TN, TT of IT is.
• Beveiligingsgegevens: type en waarde van de stroomonderbreker of zekering, en de uitschakelkarakteristieken ervan.
• Installatiemethode: multicore of single-core, op een tray, in een kabelgoot, direct vastgeklemd, in de vrije lucht of ingegraven.
• Omgeving: omgevingsluchttemperatuur, bodemtemperatuur en thermische weerstand, ingraafdiepte en hoeveel circuits de route delen.
• Routegegevens: lengte enkele reis in meters, plus eventuele toekomstige reeds geplande uitbreidingen.
• Foutgegevens: verwachte kortsluitstroom aan de oorsprong en de vereiste uitschakeltijd.

Schrijf de waarden op. Een maattabel die de input laat zien, kan binnen enkele minuten worden bekeken; een die niet altijd in twijfel zal worden getrokken.

Stap 1 - Bereken de ontwerpstroom (Ib)

De ontwerpstroom is de stroom die de kabel bij normaal gebruik zal voeren. Voor een driefasige belasting:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

en voor een eenfasige belasting:

Ib = P / (U × cos φ)

Een snelle illustratie: een driefasige belasting van 90 kW op een voeding van 400 V bij een arbeidsfactor van 0,85 trekt 90.000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 EEN. Dat ene getal vormt de basis voor alles wat volgt, omdat het beveiligingsapparaat minstens zo groot moet zijn en de kabel minstens zo capabel moet zijn.

Twee verfijningen zijn het waard om te onthouden. De startstroom van de motor verandert de continue ontwerpstroom niet, maar heeft wel invloed op de keuze van de beveiliging en de controle van de spanningsval. En in installaties met een hoge harmonische inhoud, zoals kantoren vol met elektronische belastingen of een installatie vol met aandrijvingen, moet de nulleider mogelijk worden gedimensioneerd voor meer dan de fasestroom in plaats van voor minder.

Stap 2 - Coördineer de kabel met het beveiligingsapparaat

Een kabel is alleen beschermd als het apparaat ervoor de verbinding verbreekt voordat de isolatie beschadigd raakt. In de praktijk betekent dit dat er tegelijkertijd aan twee voorwaarden moet worden voldaan:

Ib ≤ In ≤ Iz

waarbij Ib de ontwerpstroom is, In de nominale waarde van het beveiligingsapparaat en Iz het gecorrigeerde stroomvoerende vermogen van de kabel is. Een tweede voorwaarde, I2 ≤ 1,45 × Iz, bevestigt dat het apparaat daadwerkelijk zal werken op de conventionele uitschakelstroom zonder de geleider te oververhitten.

Het praktische gevolg is eenvoudig. Als de berekende stroom 153 A is, kiest u niet voor een stroomonderbreker van 200 A en zoekt u vervolgens naar een kabel die groot genoeg is om daarbij te passen; u kiest het kleinste standaardvermogen boven de belasting, dat is hier 160 A, en meet de kabel op basis van dat cijfer.

Stap 3 - Vind de huidige draagkracht van de basis

Tabellen met stroomvoerende capaciteit, ongeacht of ze afkomstig zijn uit IEC 60364-5-52, BS 7671 of een catalogus van de fabrikant, zijn opgebouwd rond een gedefinieerde reeks omstandigheden: een referentieomgevingstemperatuur, een aangegeven installatiemethode, een gedefinieerd aantal belaste geleiders en een enkel circuit. Zoek de rij die overeenkomt met uw doorsnede en de kolom die overeenkomt met uw installatie.

Drie keuzes domineren het resultaat. Het materiaal van de geleider is van belang, omdat aluminium voor dezelfde stroom ongeveer anderhalf keer de doorsnede van koper nodig heeft. De isolatie is van belang, omdat een XLPE-kabel met een geleider bij 90 °C kan lopen, terwijl een PVC-kabel beperkt is tot 70 °C. En de installatiemethode is enorm belangrijk, omdat een kabel die in de vrije lucht wordt vastgeklemd veel gemakkelijker warmte afgeeft dan dezelfde kabel die in een overvolle leiding wordt getrokken.

Dit is waar een echte catalogus echt nuttig wordt, omdat de kloof tussen isolatietypes geen afrondingsfout is. Een 6/1 kV XLPE geïsoleerde voedingskabel voert merkbaar meer stroom dan een PVC-equivalent met dezelfde koperdoorsnede, simpelweg omdat de isolatie een hogere geleidertemperatuur tolereert.

Nominale spanning 0,6/1 kV XLPE geïsoleerde voedingskabel De nominale spanning 0,6/1kV gecrosslinkte polyethyleen geïsoleerde voedingskabel maakt gebruik van chemische of fysische methoden om polyethyleenmoleculen te transformeren van een lineaire structuur. Bekijk Product →

Stap 4 - Pas de correctiefactoren toe

Echte installaties komen nooit overeen met de referentieomstandigheden van een tafel, dus de basiscapaciteit moet worden verminderd. De factoren vermenigvuldigen zich met elkaar:

Iz = It × Ca × CG × Cs × cd

Als de verminderde capaciteit onder de nominale waarde van het beveiligingsapparaat komt, ga dan één dwarsdoorsnede omhoog en herhaal de berekening. Het is gebruikelijk dat een kabel de huidige controle pas na twee of drie pogingen doorstaat.

Stap 5 - Controleer de spanningsval

Een kabel die de stroom voert, kan nog steeds te klein zijn voor het traject. De spanningsval neemt toe met zowel de stroomsterkte als de lengte, en het is de controle die bij lange feeders meestal een grotere doorsnede dwingt.

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

Voor een driefasig circuit omvat de tabel in mV/A/m al de factor √3. Typische limieten zijn 3% voor verlichtingscircuits en 5% voor stroomcircuits, gemeten vanaf de oorsprong van de installatie tot aan de aansluitingen van de belasting, waarbij de vergoeding wordt gedeeld tussen de feeder en het eindcircuit.

Neem een ​​koperen geleider van 70 mm² met een spanning van 160 A over 80 m. De driefasige daling bedraagt ​​ongeveer 0,58 mV/A/m, dus het verlies bedraagt ​​0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V, oftewel 1,9% van 400 V, wat ruim binnen de limiet ligt. Als de route in plaats daarvan 300 m was geweest, zou dezelfde berekening 27,8 V hebben opgeleverd en een grotere dwarsdoorsnede hebben geforceerd.

Stap 6 - Controleer de kortsluitweerstand

Tijdens een fout voert de geleider een stroom die vele malen hoger is dan normaal, en deze moet lang genoeg overleven voordat de beveiliging de fout kan verhelpen. De adiabatische controle is de standaardaanpak:

S ≥ (I × √t) / k

Hier is I de verwachte foutstroom in ampère, t is de ontkoppelingstijd in seconden en k is een constante die afhangt van het geleidermateriaal en de isolatie ervan. Voor koperen geleiders is k doorgaans 143 bij XLPE-isolatie en 115 bij PVC, terwijl aluminium geleiders lagere waarden gebruiken. Voor een storing van 20 kA die in 0,2 s wordt verholpen, is 20.000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² koper nodig. Daarom bepaalt soms de kortsluitcontrole, in plaats van de stroomcontrole, de uiteindelijke grootte.

De beschermingsgeleider verdient dezelfde aandacht. Het moet bestand zijn tegen dezelfde foutenergie en moet zo gedimensioneerd zijn dat de impedantie van de aardfoutlus het mogelijk maakt dat het apparaat binnen de toegestane tijd uitschakelt.

Een uitgewerkt voorbeeld

Voeg de zes stappen samen voor een motorvoeding van 90 kW op een 400 V-systeem met een arbeidsfactor van 0,85, 80 m op een bak in lucht van 40 °C geleid met twee andere belaste circuits ernaast.

Het antwoord is een vieraderige koperen XLPE-kabel van 70 mm². Merk op welke stap de grootte bepaalt: 70 mm² was nodig om 160 A te dragen na derating, en het voldoet ook met slechts een kleine marge aan de adiabatische controle. Verlaag de groepering of de omgevingstemperatuur en die marge verdwijnt.

Waar kabelafmetingen meestal fout gaan

• Het dimensioneren op de nominale belasting, zonder rekening te houden met diversiteit, reservecapaciteit of toekomstige uitbreiding.
• Met behulp van een tabel gebaseerd op 30 °C wanneer de installatieruimte op 45 °C draait.
• Groepering negeren, ook al verminderen drie circuits op één lade een kabel veel meer dan de meeste mensen verwachten.
• Een PVC-kolom uitlezen voor een XLPE-kabel, of andersom.
• Controle van de spanningsval bij de eerste belasting op het circuit in plaats van bij de laatste.
• Vergeten dat de nulleider harmonische stromen kan transporteren in driefasige vierdraadscircuits.
• Het behandelen van de kortsluitcontrole als optioneel bij korte runs, waar deze vaak de doorslaggevende factor is.

Twee gevallen die extra zorg nodig hebben

Middenspanningsvoedingen

Van 3,6/6 kV tot 26/35 kV blijft de logica hetzelfde, maar de isolatiedikte, schermconstructie en de aarding van de metalen mantel tellen mee. De metalen afscherming moet aan zijn eigen kortsluitplicht voldoen, en de aarding heeft zowel invloed op het foutniveau als op het thermische gedrag van de kabel. Maatvoering een 26/35 kV XLPE geïsoleerde voedingskabel betekent daarom het controleren van dezelfde limieten met een extra set scherm- en aardingsvoorwaarden.

Nominale spanning 3,6/6 kV–26/35 kV XLPE geïsoleerde voedingskabel De gecrosslinkte polyethyleen geïsoleerde stroomkabel met een nominale spanning van 3,6/6 kV–26/35 kV maakt gebruik van een geavanceerd crosslinkingproces. Via chemische of fysische methoden kunnen polye... Bekijk Product →

Aandrijfcircuits met variabele frequentie

Aandrijvingen duwen harmonische stromen en snelle spanningspulsen door de kabel, zodat de stroom die u berekent op basis van het typeplaatje van de motor niet de stroom is die de kabel daadwerkelijk ziet. Een speciale aandrijfkabel met een symmetrische driekernige constructie en een goed aangesloten afscherming houdt deze stromen onder controle en vermindert elektromagnetische interferentie op aangrenzende circuits. Als het om lange motorkabels gaat, moeten de kabellengtelimieten van de fabrikant van de omvormer worden beschouwd als onderdeel van de dimensionering.

Aandrijfkabel met variabele frequentie (nominale spanning tot 6 kV) Productoverzicht Frequentietransformatorkabels (algemeen bekend als VFD-kabels) zijn krachttransmissielijnen die speciaal zijn ontworpen voor industriële besturing met variabele frequentie... Bekijk Product →

Van berekening tot een kabel waarop u kunt vertrouwen

De rekenkunde is niet moeilijk. De moeilijkheid ligt in de cijfers die u erin invoert, dat wil zeggen de omgevingstemperatuur, de groepering, het foutniveau en de routelengte, en in het weten welke norm het project hanteert.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. produceert sinds 1998 kabels in Guanlin, Yixing, in meer dan 100 productvariëteiten en ongeveer 30.000 specificaties, van 450/750 V-bedrading tot 26/35 kV XLPE-stroomkabels, met kwaliteitsmanagement gecertificeerd volgens ISO 9001 en producten goedgekeurd door TUV Rheinland. Elke bestelling begint met een maatgesprek, want de voordeligste kabel is degene die in één keer goed zit. Stuur ons de lading, de route en de omgeving, en onze technici sturen u een maatadvies terug met de reductiefactoren volledig weergegeven. Een snelle blik op onze fabriek laat zien hoe die kabels worden geproduceerd, getest en gereedgemaakt voor levering.

Als u een niveau dieper wilt ingaan op de manier waarop productprestaties en maatvoering in wisselwerking staan: ons artikel over de belangrijkste factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van stroomkabels is een nuttige aanvulling op deze gids.