Jak vybrat kabelovou sekci - návrhářské tipy

Článek se zabývá hlavními kritérii pro výběr kabelové sekce, uvádí příklady výpočtů.

Na trzích často vidíte ručně psané znaky označující, které kabel musí být zakoupen kupujícím v závislosti na očekávaném proudu zatížení. Nevěřte těmto příznakům, protože vás klamou. Průřez kabelu se volí nejen podle provozního proudu, ale také podle několika parametrů.

Především je třeba mít na paměti, že při použití kabelu na hranici svých možností se žíly kabelu zahřejí několik desítek stupňů. Aktuální hodnoty znázorněné na obrázku 1 naznačují zahřívání kabelových jader na 65 stupňů při okolní teplotě 25 stupňů. Pokud je v jedné trubce nebo liště položeno několik kabelů, pak se díky jejich vzájemnému ohřevu (každý kabel zahřívá všechny ostatní kabely), maximální přípustný proud sníží o 10 - 30 procent.

Také maximální možný proud klesá při zvýšené okolní teplotě. Proto se ve skupinové síti (síť od štítů po zařízení, zásuvky a další spotřebiče energie) obvykle používají kabely při proudech nepřesahujících 0,6 - 0,7 z hodnot uvedených na obrázku 1.

Obr. 1. Přípustný trvalý proud kabelů s měděnými vodiči

Na tomto základě je rozšířené použití jističů s jmenovitým proudem 25A k ochraně výstupních sítí položených kabely s měděnými vodiči o průřezu 2,5 mm2 nebezpečné. Tabulky redukčních koeficientů v závislosti na teplotě a počtu kabelů v jednom zásobníku najdete v pravidlech pro elektrickou instalaci (PUE).

Když je kabel dlouhý, vznikají další omezení. Ztráty napětí v kabelu mohou současně dosáhnout nepřijatelných hodnot. Při výpočtu kabelů jsou maximální ztráty v potrubí zpravidla maximálně 5%. Ztráty není obtížné vypočítat, pokud znáte hodnotu odporu kabelových jader a odhadovaný zátěžový proud. Obvykle se však pro výpočet ztrát používají tabulky závislosti ztrát na momentu zatížení. Zatěžovací moment se počítá jako součin délky kabelu v metrech a výkonu v kilowattech.

Data pro výpočet ztrát při jednofázovém napětí 220 V jsou uvedena v tabulce 1. Například pro kabel s měděnými vodiči o průřezu 2,5 mm2 s délkou kabelu 30 metrů a výkonem zátěže 3 kW je zátěžový moment 30x3 = 90 a ztráta bude 3%. Pokud vypočítaná hodnota ztrát přesáhne 5%, je nutné zvolit kabel s větším průřezem.

Tabulka 1. Zátěžový moment, kW x m, pro měděné vodiče ve dvouvodičovém vedení při napětí 220 V pro danou část vodiče

Podle tabulky 2 můžete určit ztrátu ve třífázové linii. Porovnáním tabulek 1 a 2 je třeba poznamenat, že ve třífázovém vedení s měděnými vodiči o průřezu 2,5 mm2 odpovídá ztráta 3% šestkrát většímu zatěžovacímu momentu.

K trojnásobnému nárůstu zátěžového momentu dochází v důsledku rozdělení zátěžového výkonu do tří fází a dvojnásobného nárůstu v důsledku skutečnosti, že proud v neutrálním vodiči je nulový v třífázové síti se symetrickým zatížením (identické proudy ve fázových vodičích). Při nevyváženém zatížení se ztráty kabelů zvyšují, což je třeba vzít v úvahu při výběru kabelové části.

Tabulka 2. Zátěžový moment, kW x m, pro měděné vodiče ve třífázovém čtyřvodičovém vedení s nulovým napětím 380/220 V pro danou část vodiče (pro zvětšení tabulky klikněte na obrázek)

Ztráty v kabelu jsou silně ovlivněny při použití nízkého napětí, například halogenových žárovek. To je pochopitelné: pokud 3 volty klesnou na fázové a neutrální vodiče, pak při napětí 220 V nejspíš si toho nevšimneme a při napětí 12 V se napětí na lampě sníží o polovinu na 6 V.Z tohoto důvodu musí být transformátory pro napájení halogenových žárovek umístěny co nejblíže k lampám. Například při délce kabelu 4,5 metru o průřezu 2,5 mm2 a zatížení 0,1 kW (dvě lampy o výkonu 50 W) je zátěžový moment 0,45, což odpovídá ztrátě 5% (tabulka 3).

Tabulka 3. Zátěžový moment, kW x m, pro měděné vodiče ve dvouvodičovém vedení při napětí 12 V pro danou část vodiče

Výše uvedené tabulky neberou v úvahu zvýšení odporu vodičů proti zahřívání v důsledku toku proudu skrz ně. Proto, pokud je kabel používán při proudech 0,5 nebo více z maximálního přípustného proudu kabelu dané sekce, musí být provedena změna. V nejjednodušším případě, pokud očekáváte ztrátu nepřesahující 5%, vypočítejte průřez na základě ztrát 4%. Ztráty se také mohou zvýšit s velkým počtem kabelových vodičů.

Kabely s hliníkovými vodiči mají odpor 1,7krát větší ve srovnání s kabely s měděnými vodiči a ztráty v nich jsou 1,7krát větší.

Druhým omezujícím faktorem pro velké délky kabelů je překročení přípustné hodnoty odporu fázově nulového obvodu. Chcete-li chránit kabely před přetížením a zkratem, použijte zpravidla jističe s kombinovanou spouští. Takové spínače mají tepelné a elektromagnetické spouště.

Elektromagnetické uvolnění zajišťuje okamžité (desetiny až stotiny sekundy) vypnutí nouzové části sítě během zkratu. Například jistič označený C25 má tepelné uvolnění 25 A a elektromagnetické uvolnění 250A. Jističe skupiny "C" mají množinu vypínacího proudu elektromagnetického uvolňování na tepelné od 5 do 10. Ale při výpočet vedení na zkratový proud vezme se maximální hodnota.

Celkový odpor fázově nulového obvodu zahrnuje: odpor sestupného transformátoru transformátorové stanice, odpor kabelu z rozvodny ke vstupnímu rozváděči budovy, odpor kabelu položeného z rozváděče do rozvaděče a odpor kabelu samotné skupiny, jejíž průřez je nutný určit.

Pokud vedení obsahuje velké množství kabelových vodičových spojů, například skupinové vedení velkého počtu zařízení připojených smyčkou, musí být také zohledněn odpor kontaktních spojů. Pro velmi přesné výpočty se bere v úvahu odpor oblouku v místě poruchy.

Impedance fázově nulového obvodu u čtyřvodičových kabelů je uvedena v tabulce 4. Tabulka bere v úvahu odpory fázových a neutrálních vodičů. Hodnoty odporu jsou uvedeny při teplotě jádra kabelu 65 stupňů. Tabulka platí také pro dvoudrátové vedení.

Tabulka 4. Celkový odpor fázově nulového obvodu pro čtyřžilové kabely, Ohm / km při teplotě jádra 65^asiS

V městských transformátorových stanicích jsou zpravidla instalovány transformátory s kapacitou 630 kV. A navíc s výstupní impedancí Rtp menší než 0,1 Ohm. Ve venkovských oblastech lze použít transformátory 160 - 250 kV. A má výstupní odpor řádově 0,15 Ohmů a dokonce transformátory při 40 - 100 kV. A s výstupní impedancí 0,65 - 0,25 Ohmů.

Napájecí kabely z městských transformátorových stanic do ASG domů se obvykle používají s hliníkovými vodiči s průřezem fázových vodičů o velikosti nejméně 70 - 120 mm2. Pokud je délka těchto vedení menší než 200 metrů, může být odpor fázově nulového obvodu napájecího kabelu (Rpc) roven 0,3 Ohmu. Pro přesnější výpočet potřebujete znát délku a průřez kabelu nebo změřit tento odpor. Jeden z těchto přístrojů (vektorový přístroj) je znázorněn na obr. 2.

Obr. 2. Zařízení pro měření odporu fázového nulového obvodu "Vector"

Odpor vedení musí být takový, aby při zkratu bylo zaručeno, že proud v obvodu překročí provozní proud elektromagnetického spouště.V souladu s tím by měl pro jistič C25 zkratový proud v potrubí překročit 1,15 × 10 × 25 = 287 A, zde je 1,15 bezpečnostním faktorem. Proto by odpor fázového nulového obvodu pro jistič C25 neměl být větší než 220V / 287A = 0,76 Ohm. Podle toho by u jističe C16 neměl odpor obvodu překročit 220 V / 1,15 x 160 A = 1,19 Ohmů a pro jistič C10 - ne více než 220 V / 1,15 x 100 = 1,91 Ohmů.

U městského bytového domu tedy Rtp = 0,1 Ohm; Rpc = 0,3 Ohm při použití kabelu s měděnými vodiči o průřezu 2,5 mm2 chráněném jističem C16 ve výstupní síti by odpor kabelu Rgr (fázové a nulové vodiče) neměl překročit Rgr = 1,19 Ohm - Rtp - Rpk = 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ohmů. Podle tabulky 4 najdeme její délku - 0,79 / 17,46 = 0,045 km nebo 45 metrů. Pro většinu bytů je tato délka dostatečná.

Při použití jističe C25 k ochraně kabelu o průřezu 2,5 mm2 by odpor obvodu měl být menší než 0,76 - 0,4 = 0,36 Ohm, což odpovídá maximální délce kabelu 0,36 / 17,46 = 0,02 km, nebo 20 metrů.

Při použití jističe C10 k ochraně skupinového osvětlení vytvořeného kabelem s měděnými vodiči 1,5 mm2 dostaneme maximální přípustný odpor kabelu 1,91 - 0,4 = 1,51 Ohmů, což odpovídá maximální délce kabelu 1,51 / 29, 1 = 0,052 km nebo 52 metrů. Pokud takovou vedení chráníte jističem C16, bude maximální délka vedení 0,79 / 29,1 = 0,027 km nebo 27 metrů.

Viz také:Proč měření odporu fázové nulové smyčky provádějí profesionálové a ne hackeři

Victor Ch