Πώς να επιλέξετε ένα τμήμα καλωδίων - συμβουλές σχεδιαστή

Το άρθρο εξετάζει τα βασικά κριτήρια για την επιλογή ενός τμήματος καλωδίου, δίνει παραδείγματα υπολογισμού.

Στις αγορές, μπορείτε συχνά να δείτε χειρόγραφες πινακίδες που δείχνουν ποια καλώδιο πρέπει να αγοραστεί από τον αγοραστή ανάλογα με το αναμενόμενο ρεύμα φορτίου. Μην πιστεύετε αυτά τα σημάδια, καθώς σας παραπλανούν. Η διατομή του καλωδίου επιλέγεται όχι μόνο από το ρεύμα λειτουργίας, αλλά και από διάφορες παραμέτρους.

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να έχετε κατά νου ότι όταν χρησιμοποιείτε ένα καλώδιο στο όριο των δυνατοτήτων του, οι πυρήνες των καλωδίων θερμαίνονται μερικές δεκάδες βαθμούς. Οι τρέχουσες τιμές που φαίνονται στο Σχήμα 1 προτείνουν τη θέρμανση των καλωδίων σε 65 μοίρες σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 μοίρες. Εάν τοποθετηθούν αρκετά καλώδια σε ένα σωλήνα ή δίσκο, τότε λόγω της αμοιβαίας θέρμανσης (κάθε καλώδιο θερμαίνει όλα τα άλλα καλώδια), το μέγιστο επιτρεπτό ρεύμα μειώνεται κατά 10-30%.

Επίσης, το μέγιστο δυνατό ρεύμα μειώνεται σε υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Επομένως, σε ένα δίκτυο ομάδας (ένα δίκτυο από θωράκιση σε φωτιστικά, πρίζες και άλλους ηλεκτρικούς δέκτες), τα καλώδια συνήθως χρησιμοποιούνται σε ρεύματα που δεν υπερβαίνουν τα 0,6 - 0,7 από τις τιμές που φαίνονται στο σχήμα 1.

Το Σχ. 1. Επιτρεπόμενο συνεχές ρεύμα καλωδίων με χάλκινους αγωγούς

Σε αυτή τη βάση, η χρήση των αυτόματων διακοπτών με ονομαστικό ρεύμα 25Α για την προστασία των δικτύων εξόδου που τοποθετούνται με καλώδια με αγωγούς χαλκού με διατομή 2,5 mm2 αποτελεί κίνδυνο. Πίνακες συντελεστών μείωσης ανάλογα με τη θερμοκρασία και τον αριθμό των καλωδίων σε ένα δίσκο μπορείτε να βρείτε στους Κανονισμούς Ηλεκτρικής Εγκατάστασης (PUE).

Πρόσθετοι περιορισμοί προκύπτουν όταν το καλώδιο είναι μακρύ. Ταυτόχρονα, οι απώλειες τάσης στο καλώδιο μπορούν να φτάσουν σε απαράδεκτες τιμές. Κατά κανόνα, κατά τον υπολογισμό των καλωδίων, οι μέγιστες απώλειες στη γραμμή δεν υπερβαίνουν το 5%. Οι απώλειες δεν είναι δύσκολο να υπολογιστούν αν γνωρίζετε την τιμή αντίστασης των καλωδίων και το εκτιμώμενο ρεύμα φορτίου. Αλλά συνήθως για τον υπολογισμό των απωλειών πίνακες της εξάρτησης των ζημιών κατά τη στιγμή της φόρτωσης χρησιμοποιούνται. Η ροπή φόρτισης υπολογίζεται ως το προϊόν του μήκους του καλωδίου σε μέτρα και ισχύ σε κιλοβάτ.

Τα δεδομένα για τον υπολογισμό των απωλειών σε τάση μονοφασικού 220 V παρουσιάζονται στον πίνακα1. Για παράδειγμα, για καλώδιο με χάλκινους αγωγούς διατομής 2,5 mm2 με μήκος καλωδίου 30 μέτρα και ισχύ φορτίου 3 kW, η ροπή φόρτισης είναι 30x3 = 90 και η απώλεια θα είναι 3%. Εάν η υπολογιζόμενη αξία των ζημιών υπερβαίνει το 5%, τότε είναι απαραίτητο να επιλέξετε ένα καλώδιο με μεγαλύτερη διατομή.

Πίνακας 1. Η ροπή φόρτωσης, kW x m, για χάλκινους αγωγούς σε γραμμή δύο συρμάτων σε τάση 220 V για δεδομένο τμήμα του αγωγού

Σύμφωνα με τον πίνακα 2, μπορείτε να προσδιορίσετε την απώλεια σε μια γραμμή τριών φάσεων. Συγκρίνοντας τους πίνακες 1 και 2, μπορεί να σημειωθεί ότι σε μία γραμμή τριών φάσεων με χάλκινους αγωγούς με διατομή 2,5 mm2, μια απώλεια 3% αντιστοιχεί σε μία εξαπλάσια φορτίο.

Μια τριπλή αύξηση της ροπής φορτίου συμβαίνει λόγω της κατανομής της ισχύος φορτίου σε τρεις φάσεις και μιας διπλής αύξησης λόγω του γεγονότος ότι το ρεύμα στον ουδέτερο αγωγό είναι μηδενικό σε ένα τριφασικό δίκτυο με συμμετρικό φορτίο (πανομοιότυπα ρεύματα σε αγωγούς φάσης). Με ένα μη ισορροπημένο φορτίο, αυξάνονται οι απώλειες καλωδίων, οι οποίες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή του τμήματος καλωδίου.

Πίνακας 2. Η ροπή φόρτισης, kW x m, για χάλκινους αγωγούς σε τριφασική γραμμή τεσσάρων συρμάτων με μηδενική τάση 380/220 V για ένα δεδομένο τμήμα του αγωγού (για μεγέθυνση του πίνακα, κάντε κλικ στο σχήμα)

Οι απώλειες στο καλώδιο επηρεάζονται έντονα όταν χρησιμοποιείτε χαμηλής τάσης, όπως λαμπτήρες αλογόνου. Αυτό είναι κατανοητό: εάν πέφτουν 3 Volts στους αγωγούς φάσης και ουδέτερου, τότε σε τάση 220 V πιθανότατα δεν θα παρατηρήσουμε αυτό, και σε τάση 12 V η τάση στη λάμπα θα πέσει κατά το ήμισυ στα 6 V.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μετασχηματιστές για την τροφοδοσία λαμπτήρων αλογόνου πρέπει να φέρονται όσο το δυνατόν πιο κοντά στους λαμπτήρες. Για παράδειγμα, με μήκος καλωδίου 4,5 μέτρα με διατομή 2,5 mm2 και φορτίο 0,1 kW (δύο λαμπτήρες των 50 W έκαστος), η ροπή φόρτισης είναι 0,45, πράγμα που αντιστοιχεί σε απώλεια 5% (Πίνακας 3).

Πίνακας 3. Η ροπή φόρτωσης, kW x m, για χάλκινους αγωγούς σε γραμμή δύο συρμάτων σε τάση 12 V για δεδομένο τμήμα του αγωγού

Οι παραπάνω πίνακες δεν λαμβάνουν υπόψη την αύξηση της αντίστασης των αγωγών από τη θέρμανση λόγω της ροής ρεύματος διαμέσου αυτών. Συνεπώς, εάν το καλώδιο χρησιμοποιείται σε ρεύματα 0,5 ή μεγαλύτερα από το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα καλωδίου ενός δεδομένου τμήματος, τότε πρέπει να γίνει μια τροποποίηση. Στην απλούστερη περίπτωση, αν αναμένετε απώλειες που δεν υπερβαίνουν το 5%, υπολογίστε την διατομή με βάση τις απώλειες 4%. Επίσης, οι απώλειες μπορούν να αυξηθούν με μεγάλο αριθμό καλωδίων.

Τα καλώδια με αγωγούς αλουμινίου έχουν αντίσταση 1,7 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με καλώδια με αγωγούς χαλκού αντίστοιχα και οι απώλειες σε αυτές είναι 1,7 φορές μεγαλύτερες.

Ο δεύτερος περιοριστικός παράγοντας για μεγάλα μήκη καλωδίων είναι η υπέρβαση της επιτρεπόμενης τιμής της αντίστασης κυκλώματος μηδενικού κυκλώματος. Για την προστασία των καλωδίων από υπερφόρτωση και βραχυκύκλωμα, κατά κανόνα, χρησιμοποιείτε διακόπτες κυκλώματος με συνδυασμένη απελευθέρωση. Αυτοί οι διακόπτες έχουν θερμικές και ηλεκτρομαγνητικές απελευθερώσεις.

Η ηλεκτρομαγνητική απελευθέρωση παρέχει στιγμιαία (δέκατα και εκατοντάδες δευτερολέπτου) διακοπή λειτουργίας του τμήματος έκτακτης ανάγκης του δικτύου κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος. Για παράδειγμα, ένας διακόπτης κυκλώματος με σήμανση C25 έχει θερμική απελευθέρωση 25 Α και ηλεκτρομαγνητική απελευθέρωση 250Α. Οι διακόπτες κυκλώματος της ομάδας "C" έχουν πολλαπλότητα ρεύματος διακοπής της ηλεκτρομαγνητικής απελευθέρωσης σε θερμική από 5 έως 10. Αλλά σε υπολογισμός της γραμμής για το ρεύμα βραχυκυκλώματος η μέγιστη τιμή λαμβάνεται.

Η γενική αντίσταση του κυκλώματος μηδενικής φάσης περιλαμβάνει: την αντίσταση του μετασχηματιστή βαθμιαίας μετατόπισης του υποσταθμού του μετασχηματιστή, την αντίσταση του καλωδίου από τον υποσταθμό στη διάταξη διανομής εισόδου (ASU) του κτιρίου, την αντίσταση του καλωδίου που έχει τοποθετηθεί από την ASU στο διανομέα (RU) για τον προσδιορισμό.

Εάν η γραμμή έχει μεγάλο αριθμό συνδέσεων καλωδίου, παραδείγματος χάριν μια ομάδα ομάδας μεγάλου αριθμού εξαρτημάτων που συνδέονται με ένα βρόχο, τότε πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η αντίσταση των συνδέσεων επαφής. Για πολύ ακριβείς υπολογισμούς, λαμβάνεται υπόψη η αντίσταση τόξου στη θέση σφάλματος.

Η αντίσταση του κυκλώματος μηδενικής φάσης για καλώδια τεσσάρων συρμάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα 4. Ο πίνακας λαμβάνει υπόψη τις αντιστάσεις τόσο των αγωγών φάσης όσο και των ουδέτερων αγωγών. Οι τιμές αντίστασης δίδονται σε θερμοκρασία πυρήνα καλωδίου 65 μοίρες. Ο πίνακας ισχύει επίσης για γραμμές δύο συρμάτων.

Πίνακας 4. Η συνολική αντίσταση του κυκλώματος μηδενικής φάσης για καλώδια 4 πυρήνων, Ohm / km σε θερμοκρασία πυρήνα 65 ° C^{περίπου}Με

Στους υποσταθμούς αστικών μετασχηματιστών, κατά κανόνα, εγκαθίστανται μετασχηματιστές ισχύος 630 kV. Και περισσότερο, έχοντας μια αντίσταση εξόδου Rtp μικρότερη από 0,1 Ohm. Στις αγροτικές περιοχές μπορούν να χρησιμοποιηθούν μετασχηματιστές 160-250 kV. Και με αντίσταση εξόδου της τάξης των 0,15 Ohms, ακόμη και μετασχηματιστές στα 40 - 100 kV. Και με αντίσταση εξόδου 0.65 - 0.25 Ohms.

Τα καλώδια τροφοδοσίας από υποσταθμούς αστικών μετασχηματιστών έως τα ASG των σπιτιών χρησιμοποιούνται συνήθως με αγωγούς αλουμινίου με διατομή αγωγών φάσης τουλάχιστον 70-120 mm2. Όταν το μήκος των γραμμών αυτών είναι μικρότερο από 200 μέτρα, η αντίσταση του κυκλώματος φάσης-μηδέν του καλωδίου τροφοδοσίας (Rpc) μπορεί να ληφθεί ίση με 0,3 Ohm. Για πιο ακριβή υπολογισμό, πρέπει να γνωρίζετε το μήκος και τη διατομή του καλωδίου ή να μετρήσετε αυτήν την αντίσταση. Ένα από τα όργανα για τέτοιες μετρήσεις (το όργανο Vector) φαίνεται στο Σχ. 2.

Το Σχ. 2. Η συσκευή μέτρησης της αντίστασης του κυκλώματος φάσης-μηδέν "Vector"

Η αντίσταση της γραμμής πρέπει να είναι τέτοια ώστε με βραχυκύκλωμα το ρεύμα στο κύκλωμα να εγγυάται ότι υπερβαίνει το ρεύμα λειτουργίας της ηλεκτρομαγνητικής απελευθέρωσης.Συνεπώς, για τον ασφαλειοδιακόπτη C25, το ρεύμα βραχυκυκλώματος στη γραμμή θα πρέπει να υπερβαίνει το 1,15 × 10 × 25 = 287 Α, εδώ ο συντελεστής ασφαλείας είναι 1,15. Επομένως, η αντίσταση κυκλώματος μηδενικού κυκλώματος για τον ασφαλειοδιακόπτη C25 δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 220V / 287A = 0,76 Ohm. Συνεπώς, για έναν ασφαλειοδιακόπτη C16, η αντίσταση κυκλώματος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 220V / 1.15x160A = 1.19 Ohms και για τον διακόπτη C10 - όχι περισσότερο από 220V / 1.15x100 = 1.91 Ohms.

Έτσι, για ένα αστικό κτίριο διαμερισμάτων, λαμβάνοντας Rtp = 0,1 Ohm? Rpc = 0,3 Ohm όταν χρησιμοποιείται καλώδιο με χάλκινους αγωγούς με διατομή 2,5 mm2 που προστατεύεται από έναν διακόπτη C16 στο δίκτυο εξόδου, η αντίσταση καλωδίου Rgr (φάση και ουδέτεροι αγωγοί) δεν πρέπει να υπερβαίνει Rgr = 1,19 Ohm - Rtp - Rpk = 1.19 - 0.1 - 0.3 = 0.79 Ohms. Σύμφωνα με τον πίνακα 4 βρίσκουμε το μήκος του - 0,79 / 17,46 = 0,045 χλμ. Ή 45 μέτρα. Για τα περισσότερα διαμερίσματα αυτό το μήκος είναι αρκετό.

Όταν χρησιμοποιείτε διακόπτη C25 για προστασία καλωδίου με διατομή 2,5 mm2, η αντίσταση κυκλώματος θα πρέπει να είναι μικρότερη από 0,76-0,4 = 0,36 Ohm, η οποία αντιστοιχεί σε μέγιστο μήκος καλωδίου 0,36 / 17,46 = 0,02 km, ή 20 μέτρα.

Όταν χρησιμοποιείτε έναν διακόπτη C10 για να προστατέψετε μια ομαδική γραμμή φωτισμού που κατασκευάζεται με καλώδιο με χάλκινους αγωγούς 1,5 mm2, έχουμε την μέγιστη επιτρεπτή αντίσταση καλωδίου 1,91-0,4 = 1,51 Ohms, η οποία αντιστοιχεί σε μέγιστο μήκος καλωδίου 1,51 / 29, 1 = 0,052 χλμ. Ή 52 μέτρα. Εάν προστατεύσετε μια τέτοια γραμμή με έναν αυτόματο διακόπτη C16, τότε το μέγιστο μήκος γραμμής θα είναι 0,79 / 29,1 = 0,027 χλμ. Ή 27 μέτρα.

Δείτε επίσης:Γιατί οι μετρήσεις αντίστασης βρόχου μηδενικού φάσματος εκτελούνται από επαγγελματίες και όχι από χάκερ

Victor Ch