Cách tính kích thước cáp: Hướng dẫn từng bước cho các dự án điện

Hãy hỏi bất kỳ kỹ sư điện có kinh nghiệm nào và bạn sẽ nghe thấy điều tương tự: kích thước cáp không phải là một công thức mà là một chuỗi kiểm tra ngắn và mọi mắt xích trong chuỗi đó đều phải được giữ nguyên. Nhận dòng điện phù hợp nhưng bỏ qua các yếu tố suy giảm, và dây dẫn chạy nóng hơn mức cách điện từng được thiết kế. Chỉnh công suất phù hợp nhưng bỏ qua hiện tượng sụt áp và động cơ ở đầu xa của đường dây từ chối khởi động. Bỏ qua việc kiểm tra đoản mạch và quá trình cài đặt sẽ tránh được một sự cố nghiêm trọng.

Phương pháp dưới đây tuân theo trình tự mà các kỹ sư của chúng tôi sử dụng khi họ xem xét một dự án: trước tiên là thiết kế dòng điện, sau đó phối hợp với thiết bị bảo vệ, sau đó là khả năng mang dòng điện, sau đó là sụt áp, sau đó là khả năng chịu đoản mạch. Thực hiện theo các bước theo thứ tự và mặt cắt chính xác sẽ gần như tự chọn.

Trước khi bạn bắt đầu: Thu thập thông tin đầu vào

Hầu như mọi độ trễ trong bài tập định cỡ cáp đều có nguồn gốc từ việc thiếu đầu vào. Tập hợp những thứ này trước khi bạn mở một bảng:

• Dữ liệu tải: công suất tính bằng kW hoặc kVA, hệ số công suất, hiệu suất, chu kỳ làm việc và tính đồng thời.
• Dữ liệu hệ thống: điện áp danh định, số pha, tần số và nguồn cung cấp là TN, TT hay IT.
• Dữ liệu bảo vệ: loại và định mức của cầu dao hoặc cầu chì cũng như đặc tính ngắt của nó.
• Phương pháp lắp đặt: đa lõi hoặc lõi đơn, trên khay, trong ống dẫn, kẹp trực tiếp, trong không khí tự do hoặc chôn.
• Môi trường: nhiệt độ không khí xung quanh, nhiệt độ đất và điện trở suất nhiệt, độ sâu chôn lấp và số lượng mạch chia sẻ tuyến đường.
• Dữ liệu tuyến đường: chiều dài một chiều tính bằng mét, cộng với bất kỳ phần mở rộng nào trong tương lai đã được lên kế hoạch.
• Dữ liệu sự cố: dòng điện ngắn mạch dự kiến ​​tại điểm gốc và thời gian ngắt yêu cầu.

Viết các giá trị xuống. Bảng kích thước hiển thị thông tin đầu vào có thể được xem lại trong vài phút; một điều không phải lúc nào cũng sẽ bị nghi ngờ.

Bước 1 - Tính toán dòng điện thiết kế (Ib)

Dòng điện thiết kế là dòng điện mà cáp sẽ mang trong hoạt động bình thường. Đối với tải ba pha:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

và đối với tải một pha:

Ib = P / (U × cos φ)

Minh họa nhanh: tải ba pha 90 kW trên nguồn điện 400 V ở hệ số công suất 0,85 tiêu thụ 90.000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Con số duy nhất đó đặt nền tảng cho mọi thứ tiếp theo, vì thiết bị bảo vệ ít nhất phải lớn bằng mức này và cáp ít nhất phải có khả năng như vậy.

Hai sàng lọc đáng được ghi nhớ. Dòng khởi động động cơ không làm thay đổi dòng điện thiết kế liên tục nhưng nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn bảo vệ và kiểm tra sụt áp. Và trong các hệ thống lắp đặt có hàm lượng sóng hài cao, chẳng hạn như các văn phòng chứa đầy tải điện tử hoặc một nhà máy có nhiều bộ truyền động, dây dẫn trung tính có thể cần phải có kích thước lớn hơn dòng điện pha thay vì nhỏ hơn.

Bước 2 - Phối hợp cáp với thiết bị bảo vệ

Cáp chỉ được bảo vệ nếu thiết bị phía trước ngắt kết nối trước khi lớp cách điện bị hỏng. Trong thực tế điều đó có nghĩa là hai điều kiện phải được thỏa mãn cùng một lúc:

Ib  Trong  Iz

trong đó Ib là dòng điện thiết kế, In là thông số danh định của thiết bị bảo vệ và Iz là khả năng mang dòng đã hiệu chỉnh của cáp. Điều kiện thứ hai, I2 ≤ 1,45 × Iz, xác nhận rằng thiết bị sẽ thực sự hoạt động ở dòng điện cắt thông thường mà không làm dây dẫn quá nóng.

Hậu quả thực tế rất đơn giản. Nếu dòng điện tính toán là 153 A thì bạn không chọn cầu dao 200 A rồi tìm một sợi cáp đủ lớn để phù hợp với nó; bạn chọn định mức tiêu chuẩn nhỏ nhất trên tải, ở đây là 160 A và định cỡ cáp theo con số đó.

Bước 3 - Tìm công suất mang dòng cơ sở

Các bảng khả năng mang dòng, dù được lấy từ IEC 60364-5-52, BS 7671 hoặc danh mục của nhà sản xuất, đều được xây dựng xung quanh một tập hợp các điều kiện xác định: nhiệt độ môi trường tham chiếu, phương pháp lắp đặt đã nêu, số lượng dây dẫn mang tải xác định và một mạch điện đơn. Tìm hàng khớp với mặt cắt ngang của bạn và cột khớp với cài đặt của bạn.

Ba lựa chọn thống trị kết quả. Vật liệu dẫn điện rất quan trọng vì nhôm cần tiết diện gấp rưỡi đồng cho cùng một dòng điện. Cách điện rất quan trọng vì cáp XLPE có thể chạy với dây dẫn ở nhiệt độ 90°C trong khi cáp PVC bị giới hạn ở 70°C. Và phương pháp lắp đặt cực kỳ quan trọng, vì cáp được kẹp trong không khí tự do sẽ tỏa nhiệt dễ dàng hơn nhiều so với cáp tương tự được kéo vào ống dẫn đông đúc.

Đây là lúc mà một danh mục thực sự trở nên thực sự hữu ích vì khoảng cách giữa các loại vật liệu cách nhiệt không phải là lỗi làm tròn. Cáp nguồn cách điện XLPE 6/1 kV mang dòng điện lớn hơn đáng kể so với cáp PVC tương đương có cùng mặt cắt đồng, đơn giản vì lớp cách điện của nó chịu được nhiệt độ dây dẫn cao hơn.

Cáp điện cách điện XLPE điện áp định mức 0,6/1kV Cáp nguồn cách điện polyetylen liên kết ngang điện áp định mức 0,6/1kV áp dụng các phương pháp hóa học hoặc vật lý để biến đổi các phân tử polyetylen từ cấu trúc tuyến tính... Xem sản phẩm →

Bước 4 - Áp dụng các hệ số hiệu chỉnh

Việc lắp đặt thực tế không bao giờ phù hợp với điều kiện tham chiếu của bảng, do đó công suất cơ bản phải giảm xuống. Các yếu tố nhân với nhau:

Iz = Nó × Ca × Cg × Cs × đĩa CD

Nếu công suất giảm xuống dưới mức định mức của thiết bị bảo vệ, hãy di chuyển lên một mặt cắt ngang và lặp lại phép tính. Thông thường cáp chỉ vượt qua được quá trình kiểm tra hiện tại sau hai hoặc ba lần thử.

Bước 5 - Kiểm tra sụt áp

Cáp mang dòng điện có thể vẫn còn quá nhỏ so với tuyến đường. Sự sụt giảm điện áp tăng theo cả dòng điện và chiều dài, và việc kiểm tra thường tạo ra tiết diện lớn hơn trên các bộ cấp nguồn dài.

Điện áp rơi = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Đối với mạch ba pha, giá trị mV/A/m được lập bảng đã bao gồm hệ số √3. Các giới hạn điển hình là 3 % đối với mạch chiếu sáng và 5 % đối với mạch điện, được đo từ điểm bắt đầu lắp đặt đến các đầu cuối của tải, với mức cho phép được chia sẻ giữa bộ cấp nguồn và mạch cuối cùng.

Lấy một dây dẫn bằng đồng 70 mm2 mang dòng điện 160 A đi qua 80 m. Độ sụt áp ba pha của nó là khoảng 0,58 mV/A/m, do đó tổn hao là 0,58 × 160 × 80/1000 = 7,4 V, hay 1,9 % của 400 V, nằm trong giới hạn thoải mái. Thay vào đó, nếu tuyến đường dài 300 m thì tính toán tương tự sẽ tạo ra 27,8 V và buộc phải tăng tiết diện.

Bước 6 - Xác minh khả năng chịu ngắn mạch

Khi xảy ra sự cố, dây dẫn mang dòng điện gấp nhiều lần định mức bình thường và nó phải tồn tại đủ lâu để cơ quan bảo vệ khắc phục sự cố. Kiểm tra đoạn nhiệt là phương pháp tiêu chuẩn:

S ≥ (I × √t) / k

Ở đây I là dòng điện sự cố kỳ vọng tính bằng ampe, t là thời gian ngắt kết nối tính bằng giây và k là hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn và cách điện của nó. Đối với dây dẫn bằng đồng, k thường là 143 với cách điện XLPE và 115 với PVC, trong khi dây dẫn bằng nhôm sử dụng giá trị thấp hơn. Một lỗi 20 kA được loại bỏ trong 0,2 giây cần 20.000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² đồng, đó là lý do tại sao việc kiểm tra ngắn mạch, thay vì kiểm tra dòng điện, đôi khi quyết định kích thước cuối cùng.

Dây dẫn bảo vệ xứng đáng được chú ý như vậy. Nó phải chịu được cùng mức năng lượng sự cố và phải có kích thước sao cho trở kháng vòng lặp sự cố chạm đất cho phép thiết bị ngắt trong thời gian cho phép.

Một ví dụ đã làm việc

Ghép sáu bước lại với nhau cho bộ cấp động cơ 90 kW trên hệ thống 400 V ở hệ số công suất 0,85, di chuyển 80 m trên khay trong không khí 40 °C với hai mạch tải khác bên cạnh nó.

Câu trả lời là cáp XLPE đồng 70 mm² bốn lõi. Lưu ý bước nào đặt kích thước: cần 70 mm2 để mang 160 A sau khi giảm công suất và nó cũng đáp ứng việc kiểm tra đoạn nhiệt chỉ với một biên độ nhỏ. Giảm nhóm hoặc nhiệt độ môi trường xung quanh và lề đó biến mất.

Kích thước cáp thường sai ở đâu

• Định cỡ theo tải danh nghĩa trong khi bỏ qua tính đa dạng, công suất dự phòng hoặc khả năng mở rộng trong tương lai.
• Sử dụng bảng dựa trên 30°C khi phòng máy chạy ở nhiệt độ 45°C.
• Bỏ qua việc phân nhóm, mặc dù ba mạch trên một khay làm giảm chất lượng cáp nhiều hơn hầu hết mọi người mong đợi.
• Đọc cột PVC cho cáp XLPE hoặc ngược lại.
• Kiểm tra độ sụt điện áp ở lần tải đầu tiên trên mạch thay vì lần tải cuối cùng.
• Quên rằng dây trung tính có thể mang dòng điện hài trong mạch ba pha bốn dây.
• Coi việc kiểm tra ngắn mạch là tùy chọn trong thời gian ngắn, nơi nó thường là yếu tố quyết định.

Hai trường hợp cần được chăm sóc thêm

Máy cấp điện trung thế

Từ 3,6/6 kV đến 26/35 kV, logic vẫn giữ nguyên, nhưng độ dày cách điện, kết cấu màn chắn và nối đất của vỏ kim loại đều được tính toán. Màn chắn kim loại có nhiệm vụ ngắn mạch riêng cần đáp ứng và việc bố trí nối đất ảnh hưởng đến cả mức độ sự cố và đặc tính nhiệt của cáp. Định cỡ một Cáp điện cách điện 26/35 kV XLPE do đó có nghĩa là kiểm tra các giới hạn tương tự bằng cách gắn thêm một bộ màn chắn và điều kiện nối đất.

Điện áp định mức 3,6/6kV–26/35kV Cáp cách điện XLPE Cáp nguồn cách điện polyetylen liên kết ngang điện áp định mức 3,6/6kV–26/35kV áp dụng quy trình liên kết ngang tiên tiến. Thông qua các phương pháp hóa học hoặc vật lý, polye... Xem sản phẩm →

Mạch điều khiển tần số thay đổi

Truyền động đẩy dòng điện hài và xung điện áp nhanh qua cáp, do đó dòng điện bạn tính toán từ bảng tên động cơ không phải là dòng điện mà cáp thực sự nhìn thấy. Cáp truyền động chuyên dụng có cấu trúc ba lõi đối xứng và màn chắn được liên kết đúng cách giúp kiểm soát các dòng điện đó và giảm nhiễu điện từ trên các mạch lân cận. Khi liên quan đến dây dẫn động cơ dài, giới hạn chiều dài cáp của nhà sản xuất ổ đĩa phải được coi là một phần của bài tập định cỡ.

Cáp điều khiển tần số thay đổi (Điện áp định mức lên đến 6kV) Tổng quan về sản phẩm Cáp biến tần (thường được gọi là cáp VFD) là đường dây truyền tải điện được thiết kế đặc biệt để điều khiển tần số thay đổi công nghiệp... Xem sản phẩm →

Từ tính toán đến cáp bạn có thể tin cậy

Phép tính không khó. Khó khăn nằm ở những con số bạn đưa vào nó, nghĩa là nhiệt độ môi trường, nhóm, mức độ lỗi và độ dài tuyến đường cũng như việc biết tiêu chuẩn nào chi phối dự án.

Công ty TNHH Cáp Vô Tích Quang Hoàn đã sản xuất cáp tại Guanlin, Yixing từ năm 1998, với hơn 100 loại sản phẩm và khoảng 30.000 thông số kỹ thuật, từ dây 450/750 V đến cáp điện XLPE 26/35 kV, với chứng nhận quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn ISO 9001 và các sản phẩm được TUV Rheinland phê duyệt. Mọi đơn đặt hàng đều bắt đầu bằng việc thảo luận về kích cỡ, bởi vì loại cáp tiết kiệm nhất là loại cáp phù hợp ngay lần đầu tiên. Hãy gửi cho chúng tôi tải trọng, lộ trình và môi trường, và các kỹ sư của chúng tôi sẽ gửi lại đề xuất về kích thước với hệ số suy giảm được hiển thị đầy đủ. Nhìn nhanh vào nhà máy của chúng tôi cho thấy các loại cáp đó được sản xuất, thử nghiệm và chuẩn bị giao hàng như thế nào.

Nếu bạn muốn tìm hiểu sâu hơn một cấp độ về cách hiệu suất sản phẩm tương tác với việc định cỡ, bài viết của chúng tôi về những yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn cáp điện là người bạn đồng hành hữu ích cho hướng dẫn này.