Przewodnik do wyboru izolowanego kabla zasilania XLPE: prąd nominalny, spadek napięcia i przekrój
Wybór odpowiedniego przekroju kabla zasilającego z izolacją XLPE jest problemem czterech zmiennych: prądu obciążenia, metody instalacji, warunków otoczenia i spadku napięcia. Pomylenie kolejności spowoduje albo nadmierne wydatki na miedź, albo przegrzanie kabla. Ten przewodnik przedstawia sekwencję obliczeń stosowaną w naszych własnych projektach eksportowych.
Krok 1 — Ustalenie prądu projektowego
Zacznij od podłączonego obciążenia w kVA, zastosuj współczynnik różnicowy instalacji i przelicz na ampery:
Ib = S × 1000 / (√3 × Un) dla obciążenia trójfazowego, gdzie S to kVA, a Un to napięcie międzyfazowe 400 V.
Na przykład, park przemysłowy o mocy 12 MW, który pobiera 8 MVA w szczycie, potrzebuje około 11 550 A na fazę — co od razu sugeruje, że projekt będzie realizowany z wykorzystaniem kilku równoległych linii zasilających, a nie jednego kabla.
Krok 2 — Odczyt podstawowego prądu znamionowego
Podstawowa obciążalność prądowa kabla miedzianego XLPE 0,6/1 kV, przy temperaturze przewodnika 90 °C, temperaturze otoczenia 30 °C i rezystywności gruntu 2,5 K·m/W, jest pokazana poniżej. Wartości dla miedzi i aluminium różnią się o około jeden stopień rozmiaru.
| Przekrój | W powietrzu (jednożyłowy) | W gruncie (jednożyłowy) | W powietrzu (3-żyłowy) | W gruncie (3-żyłowy) |
|---|---|---|---|---|
| 10 mm² | 77 A | 94 A | 60 A | 77 A |
| 35 mm² | 160 A | 185 A | 125 A | 155 A |
| 70 mm² | 245 A | 270 A | 200 A | 225 A |
| 150 mm² | 400 A | 410 A | 325 A | 345 A |
| 300 mm² | 635 A | 610 A | 505 A | 515 A |
Krok 3 — Zastosowanie współczynników korygujących
Tabele producentów zakładają idealne warunki. W rzeczywistych instalacjach mnoży się cztery współczynniki korekcyjne:
| Warunek | Zakres | Typowy współczynnik |
|---|---|---|
| Temperatura otoczenia | Referencyjna 30 °C; typowa 40 °C | 0,87 – 0,91 |
| Temperatura gruntu | Referencyjna 20 °C; tropikalna 30 °C | 0,87 – 0,93 |
| Rezystywność cieplna gruntu | Referencyjna 2,5 K·m/W; suchy piasek 3,5 | 0,80 – 0,85 |
| Grupowanie, trzy obok siebie w powietrzu | 3 kable na korycie | 0,73 |
| Głębokość zakopania | Referencyjna 1,0 m | 1,00 – 0,95 |
Skorygowana obciążalność prądowa = ocena bazowa × ktemp × kgrunt × kgrupa × kgłębokość. Trójżyłowy kabel 150 mm² o obciążalności 325 A w powietrzu staje się 325 × 0,89 × 0,75 = 217 A w tropikalnej maszynowni z dwoma równoległymi obwodami — co stanowi 33% redukcję, która zaskakuje większość kupujących po raz pierwszy.
Krok 4 — Sprawdzenie spadku napięcia
Spadek napięcia dla obwodu trójfazowego oblicza się jako:
ΔU = √3 × I × L × (R cosφ + X sinφ) / 1000 w woltach, gdzie R jest w Ω/km w temperaturze roboczej, a L w km.
Używając miedzianego kabla XLPE 150 mm² (R = 0,124 Ω/km, X = 0,08 Ω/km), odcinek 200 m, 300 A, cosφ = 0,85: ΔU = 1,732 × 300 × 0,2 × (0,105 + 0,042) = 15,3 V, czyli 3,8% z 400 V. W ramach zwykłego limitu 5%, wybór kabla 150 mm² jest prawidłowy.
Krok 5 — Weryfikacja wytrzymałości zwarciowej
XLPE dopuszcza temperaturę przewodnika 250 °C dla zwarcia do pięciu sekund. Użyj równania adiabatycznego S = I√t / k z k = 143 dla miedzi XLPE. Zwarcia 25 kA wyłączone w ciągu 0,2 s wymaga S = 25 000 × 0,447 / 143 = 78 mm², więc kabel 95 mm² jest wybierany ze względu na obciążenie zwarciowe, mimo że 70 mm² przenosiłby obciążenie.
Szybka lista kontrolna wyboru
- Prąd projektowy obliczony z kVA, a nie z zainstalowanego kW.
- Zidentyfikowana metoda instalacji: na korycie, w kanale, bezpośrednio zakopany, w powietrzu.
- Zastosowano i udokumentowano wszystkie cztery współczynniki korygujące.
- Spadek napięcia poniżej 5% lub poniżej surowszych lokalnych przepisów.
- Wytrzymałość zwarciowa sprawdzona pod kątem czasu wyłączenia wyłącznika.
- Promień gięcia i siła naciągu zgodne z trasą.
Pełny przegląd konstrukcji, typów i norm można znaleźć w naszym Przewodniku po kablach zasilających z izolacją XLPE.
