So wählen Sie einen Kabelabschnitt aus - Designer-Tipps

Der Artikel berücksichtigt die Hauptkriterien für die Auswahl eines Kabelabschnitts und gibt Beispiele für Berechnungen.

Auf Märkten sieht man oft handgeschriebene Schilder, die angeben, welche Kabel muss vom Käufer in Abhängigkeit vom erwarteten Laststrom gekauft werden. Glauben Sie diesen Zeichen nicht, da sie Sie irreführen. Der Kabelquerschnitt wird nicht nur durch den Betriebsstrom, sondern auch durch mehrere Parameter ausgewählt.

Zunächst muss berücksichtigt werden, dass sich die Kabeladern bei Verwendung eines Kabels an der Grenze seiner Leistungsfähigkeit um mehrere zehn Grad erwärmen. Die in Abbildung 1 gezeigten Stromwerte deuten auf eine Erwärmung der Kabeladern auf 65 Grad bei einer Umgebungstemperatur von 25 Grad hin. Wenn mehrere Kabel in einem Rohr oder einer Schale verlegt sind, wird aufgrund ihrer gegenseitigen Erwärmung (jedes Kabel erwärmt alle anderen Kabel) der maximal zulässige Strom um 10 bis 30 Prozent reduziert.

Auch der maximal mögliche Strom nimmt bei erhöhten Umgebungstemperaturen ab. Daher werden in einem Gruppennetzwerk (einem Netzwerk von Abschirmungen zu Geräten, Steckdosen und anderen Stromverbrauchern) Kabel normalerweise mit Strömen verwendet, die 0,6 bis 0,7 der in Abbildung 1 gezeigten Werte nicht überschreiten.

Abb. 1. Zulässiger Dauerstrom von Kabeln mit Kupferleitern

Auf dieser Basis ist die weit verbreitete Verwendung von Leistungsschaltern mit einem Nennstrom von 25 A zum Schutz der durch Kabel mit Kupferleitern mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 verlegten Steckdosen eine Gefahr. Tabellen mit Reduktionskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur und der Anzahl der Kabel in einem Fach finden Sie in den Regeln für die elektrische Installation (PUE).

Zusätzliche Einschränkungen ergeben sich, wenn das Kabel lang ist. Gleichzeitig können Spannungsverluste im Kabel unannehmbare Werte erreichen. Bei der Berechnung der Kabel betragen die maximalen Verluste in der Leitung in der Regel nicht mehr als 5%. Verluste sind nicht schwer zu berechnen, wenn Sie den Widerstandswert der Kabeladern und den geschätzten Laststrom kennen. In der Regel werden jedoch zur Berechnung der Verluste Tabellen zur Abhängigkeit der Verluste vom Belastungszeitpunkt verwendet. Das Lastmoment wird als Produkt aus Kabellänge in Metern und Leistung in Kilowatt berechnet.

Die Daten zur Berechnung der Verluste bei einer einphasigen Spannung von 220 V sind in Tabelle 1 aufgeführt. Beispielsweise beträgt für ein Kabel mit Kupferleitern mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 mit einer Kabellänge von 30 Metern und einer Lastleistung von 3 kW das Lastmoment 30x3 = 90 und der Verlust 3%. Wenn der berechnete Wert der Verluste 5% überschreitet, muss ein Kabel mit einem größeren Querschnitt gewählt werden.

Tabelle 1. Das Lastmoment kW x m für Kupferleiter in einer Zweidrahtleitung bei einer Spannung von 220 V für einen bestimmten Abschnitt des Leiters

Gemäß Tabelle 2 können Sie den Verlust in einer dreiphasigen Leitung bestimmen. Beim Vergleich der Tabellen 1 und 2 ist festzustellen, dass in einer dreiphasigen Leitung mit Kupferleitern mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 ein Verlust von 3% einem sechsmal größeren Lastmoment entspricht.

Eine dreifache Zunahme des Lastmoments tritt aufgrund der Verteilung der Lastleistung in drei Phasen auf, und eine doppelte Zunahme aufgrund der Tatsache, dass der Strom im Neutralleiter in einem Dreiphasennetz mit symmetrischer Last Null ist (identische Ströme in Phasenleitern). Bei einer unausgeglichenen Last erhöhen sich die Kabelverluste, die bei der Auswahl des Kabelabschnitts berücksichtigt werden müssen.

Tabelle 2. Das Lastmoment kW x m für Kupferleiter in einer dreiphasigen Vierleiterleitung mit einer Nullspannung von 380/220 V für einen bestimmten Abschnitt des Leiters (um die Tabelle zu vergrößern, klicken Sie auf die Abbildung).

Kabelverluste sind bei Verwendung von Niederspannungslampen, beispielsweise Halogenlampen, stark betroffen. Dies ist verständlich: Wenn 3 Volt an den Phasen- und Neutralleitern abfallen, werden wir dies bei einer Spannung von 220 V höchstwahrscheinlich nicht bemerken, und bei einer Spannung von 12 V wird die Spannung an der Lampe um die Hälfte auf 6 V abfallen.Deshalb müssen Transformatoren zur Stromversorgung von Halogenlampen so nah wie möglich an die Lampen gebracht werden. Beispielsweise beträgt bei einer Kabellänge von 4,5 Metern mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 und einer Last von 0,1 kW (zwei Lampen mit jeweils 50 W) das Lastmoment 0,45, was einem Verlust von 5% entspricht (Tabelle 3).

Tabelle 3. Das Lastmoment kW x m für Kupferleiter in einer Zweileiterleitung bei einer Spannung von 12 V für einen bestimmten Abschnitt des Leiters

Die obigen Tabellen berücksichtigen nicht die Zunahme des Widerstands von Leitern gegen Erwärmung aufgrund des Stromflusses durch sie. Wenn das Kabel bei Strömen von 0,5 oder mehr des maximal zulässigen Kabelstroms eines bestimmten Abschnitts verwendet wird, muss daher eine Änderung vorgenommen werden. Wenn Sie im einfachsten Fall Verluste von nicht mehr als 5% erwarten, berechnen Sie den Querschnitt anhand der Verluste von 4%. Außerdem können die Verluste bei einer großen Anzahl von Kabelleiterverbindungen zunehmen.

Kabel mit Aluminiumleitern haben einen 1,7-mal höheren Widerstand als Kabel mit Kupferleitern, und die Verluste in ihnen sind 1,7-mal höher.

Der zweite begrenzende Faktor für große Kabellängen ist der Überschuss des zulässigen Wertes des Phasen-Null-Stromkreiswiderstands. Verwenden Sie zum Schutz der Kabel vor Überlast und Kurzschluss in der Regel Leistungsschalter mit kombinierter Auslösung. Solche Schalter haben thermische und elektromagnetische Auslöser.

Die elektromagnetische Freigabe ermöglicht ein sofortiges (Zehntel und sogar Hundertstelsekunden) Abschalten des Notfallabschnitts des Netzwerks während eines Kurzschlusses. Beispielsweise hat ein mit C25 bezeichneter Leistungsschalter eine thermische Freisetzung von 25 A und eine elektromagnetische Freisetzung von 250 A. Leistungsschalter der Gruppe "C" haben eine Vielzahl von Unterbrechungsströmen der elektromagnetischen Freisetzung zu thermisch von 5 bis 10. Aber bei Berechnung der Leitung für Kurzschlussstrom Der Maximalwert wird genommen.

Der allgemeine Widerstand des Phasen-Null-Stromkreises umfasst: den Widerstand des Abwärtstransformators des Umspannwerks, den Widerstand des Kabels vom Umspannwerk zum Eingangsverteilungsgerät (ASU) des Gebäudes, den Widerstand des von der ASU zur Schaltanlage (RU) verlegten Kabels und den Kabelwiderstand der Gruppenleitung selbst, dessen Querschnitt erforderlich ist zu bestimmen.

Wenn die Leitung eine große Anzahl von Kabelleiterverbindungen aufweist, beispielsweise eine Gruppenleitung einer großen Anzahl von Vorrichtungen, die durch eine Schleife verbunden sind, muss auch der Widerstand der Kontaktverbindungen berücksichtigt werden. Für sehr genaue Berechnungen wird der Lichtbogenwiderstand am Fehlerort berücksichtigt.

Die Impedanz des Phasen-Null-Stromkreises für Vierdrahtkabel ist in Tabelle 4 gezeigt. Die Tabelle berücksichtigt die Widerstände sowohl der Phasen- als auch der Neutralleiter. Widerstandswerte werden bei einer Kabelkerntemperatur von 65 Grad angegeben. Die Tabelle gilt auch für Zweidrahtleitungen.

Tabelle 4. Der Gesamtwiderstand der Phase-Null-Schaltung für 4-adrige Kabel, Ohm / km bei einer Kerntemperatur von 65^überMit

In städtischen Umspannwerken werden in der Regel Transformatoren mit einer Leistung von 630 kV installiert. Und mehr noch, mit einer Ausgangsimpedanz Rtp von weniger als 0,1 Ohm. In ländlichen Gebieten können Transformatoren von 160 - 250 kV eingesetzt werden. Und mit einem Ausgangswiderstand in der Größenordnung von 0,15 Ohm und sogar Transformatoren bei 40 - 100 kV. Und mit einer Ausgangsimpedanz von 0,65 - 0,25 Ohm.

Stromversorgungskabel von städtischen Umspannwerken zum ASG von Häusern werden üblicherweise mit Aluminiumleitern mit einem Querschnitt von Phasenleitern von mindestens 70 - 120 mm2 verwendet. Wenn die Länge dieser Leitungen weniger als 200 Meter beträgt, kann der Widerstand des Phasennullkreises des Versorgungskabels (Rpc) gleich 0,3 Ohm angenommen werden. Für eine genauere Berechnung müssen Sie die Länge und den Querschnitt des Kabels kennen oder diesen Widerstand messen. Eines der Instrumente für solche Messungen (das Vektorinstrument) ist in Abb. 1 dargestellt. 2.

Abb. 2. Die Vorrichtung zum Messen des Widerstands der Phasennullschaltung "Vektor"

Der Widerstand der Leitung muss so sein, dass bei einem Kurzschluss der Strom im Stromkreis garantiert den Betriebsstrom des elektromagnetischen Auslösers überschreitet.Dementsprechend sollte für den Leistungsschalter C25 der Kurzschlussstrom in der Leitung 1,15 × 10 × 25 = 287 A überschreiten, hier ist 1,15 der Sicherheitsfaktor. Daher sollte der Phasen-Null-Stromkreiswiderstand für den Leistungsschalter C25 nicht mehr als 220 V / 287 A = 0,76 Ohm betragen. Dementsprechend sollte für einen Leistungsschalter C16 der Leistungswiderstand 220 V / 1,15 × 160 A = 1,19 Ohm und für einen Leistungsschalter C10 nicht mehr als 220 V / 1,15 × 100 = 1,91 Ohm überschreiten.

Für ein städtisches Wohnhaus gilt also Rtp = 0,1 Ohm; Rpc = 0,3 Ohm Bei Verwendung eines Kabels mit Kupferleitern mit einem Querschnitt von 2,5 mm2, das durch einen C16-Leistungsschalter im Steckdosenetz geschützt ist, sollte der Kabelwiderstand Rgr (Phasen- und Neutralleiter) Rgr = 1,19 Ohm - Rtp - Rpk = nicht überschreiten 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ohm. Gemäß Tabelle 4 finden wir seine Länge - 0,79 / 17,46 = 0,045 km oder 45 Meter. Für die meisten Wohnungen reicht diese Länge aus.

Bei Verwendung eines Leistungsschalters C25 zum Schutz eines Kabels mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 sollte der Stromkreiswiderstand weniger als 0,76 - 0,4 = 0,36 Ohm betragen, was einer maximalen Kabellänge von 0,36 / 17,46 = 0,02 km entspricht. oder 20 Meter.

Bei Verwendung eines C10-Leistungsschalters zum Schutz einer Gruppenbeleuchtungsleitung mit einem Kabel mit 1,5 mm2 Kupferleitern erhalten wir den maximal zulässigen Kabelwiderstand von 1,91 - 0,4 = 1,51 Ohm, was einer maximalen Kabellänge von 1,51 / 29 entspricht. 1 = 0,052 km oder 52 m. Wenn Sie eine solche Leitung mit einem Leistungsschalter C16 schützen, beträgt die maximale Leitungslänge 0,79 / 29,1 = 0,027 km oder 27 Meter.

Siehe auch:Warum werden Phasen-Null-Schleifenwiderstandsmessungen von Profis und nicht von Hackern durchgeführt?

Victor Ch