كيفية حساب حجم الكابل: دليل خطوة بخطوة للمشاريع الكهربائية

اسأل أي مهندس كهربائي ذي خبرة وسوف تسمع نفس الشيء: تحديد حجم الكابل ليس معادلة واحدة بل سلسلة قصيرة من الفحوصات، ويجب أن يتم تثبيت كل رابط في هذه السلسلة. احصل على التيار الصحيح ولكن تجاهل عوامل الانحراف، وسيعمل الموصل بدرجة حرارة أعلى مما تم تصميم عزله من أجله. احصل على سعة التيار بشكل صحيح ولكن تجاهل انخفاض الجهد، وسيرفض المحرك الموجود في أقصى الخط البدء. تخطي فحص الدائرة القصيرة، وسيصبح التثبيت على بعد خطأ واحد من وقوع حادث خطير.

تتبع الطريقة أدناه التسلسل الذي يستخدمه مهندسونا عندما يقومون بمراجعة المشروع: تصميم التيار أولاً، ثم التنسيق مع جهاز الحماية، ثم سعة حمل التيار، ثم انخفاض الجهد، ثم مقاومة الدائرة القصيرة. اتبع الخطوات بالترتيب وسيختار المقطع العرضي الصحيح نفسه تقريبًا.

قبل أن تبدأ: اجمع المدخلات

يعود كل تأخير تقريبًا في تمرين تغيير حجم الكابل إلى مدخلات مفقودة. اجمعها قبل فتح الجدول:

• بيانات التحميل: الطاقة بالكيلوواط أو كيلو فولت أمبير، وعامل الطاقة، والكفاءة، ودورة العمل والتزامن.
• بيانات النظام: الجهد الاسمي، عدد المراحل، التردد، وما إذا كان العرض هو TN أو TT أو IT.
• بيانات الحماية: نوع وتصنيف قاطع الدائرة أو المصهر وخصائص التعثر الخاصة به.
• طريقة التثبيت: متعددة النواة أو أحادية النواة، على صينية، في قناة، مقطوعة مباشرة، في الهواء الطلق، أو مدفونة.
• البيئة: درجة حرارة الهواء المحيط، ودرجة حرارة التربة والمقاومة الحرارية، وعمق الدفن، وعدد الدوائر التي تشترك في المسار.
• بيانات المسار: طول الاتجاه الواحد بالأمتار، بالإضافة إلى أي امتداد مستقبلي مخطط له بالفعل.
• بيانات الخطأ: تيار الدائرة القصيرة المحتمل عند الأصل ووقت الانفصال المطلوب.

اكتب القيم. يمكن مراجعة ورقة التحجيم التي توضح مدخلاتها في دقائق؛ الشخص الذي لا يتم استجوابه دائمًا.

الخطوة 1 - حساب تيار التصميم (Ib)

تيار التصميم هو التيار الذي سيحمله الكابل في الخدمة العادية. لتحميل ثلاث مراحل:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

ولحمل أحادي الطور:

Ib = P / (U × cos φ)

توضيح سريع: حمل ثلاثي الطور بقدرة 90 كيلووات على مصدر 400 فولت عند عامل طاقة 0.85 يسحب 90.000 / (1.732 × 400 × 0.85) = 153 أمبير. هذا الرقم الفردي يحدد الأرضية لكل ما يلي، لأن جهاز الحماية يجب أن يكون بهذا الحجم على الأقل ويجب أن يكون الكابل بهذه القدرة على الأقل.

هناك تحسينان يستحقان التذكر. لا يغير تيار بدء تشغيل المحرك تيار التصميم المستمر، ولكنه يؤثر على اختيار الحماية وفحص انخفاض الجهد. وفي التركيبات ذات المحتوى التوافقي العالي، مثل المكاتب المليئة بالأحمال الإلكترونية أو المصنع المليء بمحركات الأقراص، قد يحتاج الموصل المحايد إلى أن يكون حجمه أكبر من تيار الطور وليس أقل.

الخطوة 2 - قم بتنسيق الكابل مع جهاز الحماية

يكون الكابل محميًا فقط في حالة فصل الجهاز الموجود أمامه قبل تلف المادة العازلة. ومن الناحية العملية، هذا يعني أنه يجب استيفاء شرطين في نفس الوقت:

إب ≥ في ≥ إيز

حيث Ib هو تيار التصميم، وIn هو التصنيف الاسمي لجهاز الحماية، وIz هي قدرة حمل التيار المصححة للكابل. الشرط الثاني، I2 ≥ 1.45 × Iz، يؤكد أن الجهاز سيعمل فعليًا بتيار التعثر التقليدي دون ارتفاع درجة حرارة الموصل.

والنتيجة العملية بسيطة. إذا كان التيار المحسوب هو 153 أمبير، فلا تختار قاطعًا بقوة 200 أمبير ثم تبحث عن كابل كبير بما يكفي لمطابقته؛ اخترت أصغر تصنيف قياسي فوق الحمل، وهو 160 أمبير هنا، وقم بقياس الكابل مقابل هذا الرقم.

الخطوة 3 – ابحث عن سعة حمل التيار الأساسية

إن جداول سعة حمل التيار، سواء كانت مأخوذة من المواصفة IEC 60364-5-52، أو BS 7671 أو كتالوج الشركة المصنعة، مبنية على مجموعة محددة من الشروط: درجة حرارة محيطة مرجعية، وطريقة تركيب محددة، وعدد محدد من الموصلات المحملة ودائرة واحدة. ابحث عن الصف الذي يطابق المقطع العرضي الخاص بك والعمود الذي يطابق التثبيت الخاص بك.

ثلاثة خيارات تهيمن على النتيجة. إن المادة الموصلة مهمة، لأن الألومنيوم يحتاج إلى ما يقرب من مرة ونصف من المقطع العرضي للنحاس لنفس التيار. العزل مهم، لأن كابل XLPE قد يعمل بموصل عند درجة حرارة 90 درجة مئوية بينما يقتصر كابل PVC على 70 درجة مئوية. وطريقة التثبيت مهمة للغاية، نظرًا لأن الكابل المشبك في الهواء الحر يتخلص من الحرارة بسهولة أكبر بكثير من نفس الكابل الذي يتم سحبه في قناة مزدحمة.

هذا هو المكان الذي يصبح فيه الكتالوج الحقيقي مفيدًا حقًا، لأن الفجوة بين أنواع العزل ليست خطأ تقريبيًا. يحمل كابل الطاقة المعزول XLPE بقوة 6/1 كيلو فولت تيارًا أكبر بشكل ملحوظ من مكافئ PVC لنفس المقطع العرضي النحاسي، وذلك ببساطة لأن عزله يتحمل درجة حرارة موصل أعلى.

الجهد المقدر 0.6/1 كيلو فولت كابل الطاقة المعزول XLPE كابل الطاقة المعزول بالبولي إيثيلين ذو الجهد المقنن 0.6/1kV يستخدم طرق كيميائية أو فيزيائية لتحويل جزيئات البولي إيثيلين من هيكل خطي. عرض المنتج →

الخطوة 4 – تطبيق عوامل التصحيح

لا تتوافق عمليات التثبيت الحقيقية مطلقًا مع الشروط المرجعية للجدول، لذلك يجب تقليل السعة الأساسية. تتضاعف العوامل معًا:

Iz = It × كاليفورنيا × الفريق الاستشاري × خدمات العملاء × قرص مضغوط

إذا كانت السعة المخفضة أقل من تصنيف جهاز الحماية، قم بتحريك مقطع عرضي واحد للأعلى وكرر الحساب. من الشائع أن يجتاز الكبل فحص التيار فقط بعد محاولتين أو ثلاث.

الخطوة 5 - التحقق من انخفاض الجهد

قد يكون الكابل الذي يحمل التيار صغيرًا جدًا بالنسبة للمسار. يرتفع انخفاض الجهد مع كل من التيار والطول، وهو الفحص الذي يفرض في أغلب الأحيان مقطعًا عرضيًا أكبر على المغذيات الطويلة.

انخفاض الجهد = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

بالنسبة لدائرة ثلاثية الطور، تتضمن قيمة mV/A/m المجدولة بالفعل العامل √3. الحدود النموذجية هي 3% لدوائر الإضاءة و5% لدوائر الطاقة، ويتم قياسها من أصل التثبيت إلى أطراف الحمل، مع البدل المشترك بين وحدة التغذية والدائرة النهائية.

خذ موصلًا نحاسيًا مقاس 70 مم² يحمل 160 أمبير لمسافة 80 مترًا. يبلغ انخفاضه على ثلاث مراحل حوالي 0.58 mV/A/m، وبالتالي فإن الخسارة هي 0.58 × 160 × 80 / 1000 = 7.4 فولت، أو 1.9٪ من 400 فولت، وهو ما يقع بشكل مريح داخل الحد. لو كان المسار 300 متر بدلاً من ذلك، لكان من الممكن أن تنتج نفس العملية الحسابية 27.8 فولت وتفرض خطوة لأعلى في المقطع العرضي.

الخطوة 6 - التحقق من مقاومة الدائرة القصيرة

أثناء حدوث خطأ، يحمل الموصل تيارًا أعلى عدة مرات من تصنيفه الطبيعي، ويجب أن يبقى على قيد الحياة لفترة كافية حتى تتمكن الحماية من إزالة الخطأ. الفحص الأديابي هو النهج القياسي:

S ≥ (I × √t) / ك

هنا I هو تيار العطل المحتمل بالأمبير، وt هو وقت الانفصال بالثواني، وk هو ثابت يعتمد على مادة الموصل وعزلها. بالنسبة للموصلات النحاسية، تكون k عادةً 143 مع عزل XLPE و115 مع PVC، بينما تستخدم موصلات الألومنيوم قيمًا أقل. يتطلب إصلاح خطأ 20 كيلو أمبير في 0.2 ثانية 20000 × 0.447 / 143 = 62.5 مم² من النحاس، ولهذا السبب يحدد فحص الدائرة القصيرة، بدلاً من فحص التيار، الحجم النهائي في بعض الأحيان.

يستحق الموصل الواقي نفس الاهتمام. يجب أن يتحمل نفس طاقة الخطأ، ويجب أن يكون حجمه بحيث تسمح ممانعة حلقة الصدع الأرضي للجهاز بالتعثر خلال الوقت المسموح به.

مثال عملي

ضع الخطوات الست معًا لوحدة تغذية محرك بقدرة 90 كيلووات على نظام 400 فولت عند عامل قدرة 0.85، موجهًا مسافة 80 مترًا على صينية في هواء 40 درجة مئوية مع دائرتين أخريين محملتين بجانبه.

الجواب هو كابل XLPE نحاسي رباعي النواة مقاس 70 مم². لاحظ ما هي الخطوة التي تحدد الحجم: كان هناك حاجة إلى 70 مم² لحمل 160 أمبير بعد خفض الحرارة، ويحدث أيضًا استيفاء فحص الحرارة الأديابية بهامش صغير فقط. قم بتقليل التجميع أو درجة الحرارة المحيطة وسيختفي هذا الهامش.

حيث عادة ما يكون حجم الكابل خاطئًا

• تحجيم الحمولة الاسمية مع تجاهل التنوع أو الطاقة الاحتياطية أو التوسع المستقبلي.
• باستخدام جدول يعتمد على 30 درجة مئوية عندما تعمل غرفة النبات عند درجة حرارة 45 درجة مئوية.
• تجاهل التجميع، على الرغم من أن ثلاث دوائر على صينية واحدة تقلل من سرعة الكابل أكثر بكثير مما يتوقعه معظم الناس.
• قراءة عمود PVC لكابل XLPE أو العكس.
• التحقق من انخفاض الجهد عند الحمل الأول على الدائرة بدلا من الأخير.
• متناسين أن المحايد يمكنه حمل تيارات توافقية في دوائر ثلاثية الطور بأربعة أسلاك.
• التعامل مع فحص الدائرة القصيرة باعتباره أمرًا اختياريًا في الرحلات القصيرة، حيث غالبًا ما يكون هو العامل الحاسم.

حالتان تحتاجان إلى رعاية إضافية

مغذيات الجهد المتوسط

من 3.6/6 كيلو فولت إلى 26/35 كيلو فولت، يظل المنطق كما هو، لكن سمك العزل، وبناء الشاشة، وتأريض الغلاف المعدني ينضم إلى الحساب. تتمتع الشاشة المعدنية بواجب الدائرة القصيرة الخاص بها للوفاء به، ويؤثر ترتيب التأريض على كل من مستوى الخطأ والسلوك الحراري للكابل. التحجيم أ كابل الطاقة المعزول XLPE 26/35 كيلو فولت وبالتالي يعني التحقق من نفس الحدود مع مجموعة إضافية من شروط الشاشة والتأريض المرفقة.

الجهد المقدر 3.6/6 كيلو فولت – 26/35 كيلو فولت كابل الطاقة المعزول XLPE كابل الطاقة المعزول بالبولي إيثيلين ذو الجهد المقنن 3.6/6kV–26/35kV يعتمد عملية ربط متقاطع متقدمة. من خلال الطرق الكيميائية أو الفيزيائية، يتم ... عرض المنتج →

دوائر القيادة ذات التردد المتغير

تدفع المحركات التيارات التوافقية ونبضات الجهد السريع عبر الكابل، وبالتالي فإن التيار الذي تحسبه من لوحة اسم المحرك ليس هو التيار الذي يراه الكابل فعليًا. يعمل كبل محرك مخصص ذو بنية ثلاثية النواة متماثلة وشاشة مربوطة بشكل صحيح على إبقاء تلك التيارات تحت السيطرة ويقلل من التداخل الكهرومغناطيسي على الدوائر المجاورة. عندما يتعلق الأمر بأسلاك المحرك الطويلة، يجب التعامل مع حدود طول كابل الشركة المصنعة لمحرك الأقراص كجزء من عملية تحديد الحجم.

كبل محرك التردد المتغير (الجهد المقدر يصل إلى 6 كيلو فولت) نظرة عامة على المنتج كابلات محولات التردد (المعروفة باسم كابلات VFD) هي خطوط نقل طاقة مصممة خصيصًا لاتصالات التردد المتغير الصناعية... عرض المنتج →

من الحساب إلى كابل يمكنك الوثوق به

العملية الحسابية ليست صعبة. تكمن الصعوبة في الأرقام التي تغذيها، أي درجة الحرارة المحيطة، والتجميع، ومستوى الخطأ وطول المسار، وفي معرفة المعيار الذي يحكم المشروع.

تقوم شركة Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. بتصنيع الكابلات في Guanlin، Yixing منذ عام 1998، عبر أكثر من 100 نوع من المنتجات وما يقرب من 30000 مواصفات، بدءًا من الأسلاك 450/750 فولت إلى كابلات الطاقة XLPE بقدرة 26/35 كيلو فولت، مع إدارة الجودة المعتمدة وفقًا لمعيار ISO 9001 والمنتجات المعتمدة من TUV Rheinland. يبدأ كل طلب بمحادثة بشأن الحجم، لأن الكابل الأكثر اقتصادًا هو الكابل المناسب في المرة الأولى. أرسل إلينا الحمولة والطريق والبيئة، وسيقوم مهندسونا بإرجاع توصية بالحجم مع عوامل التدهور الموضحة بالكامل. نظرة سريعة على مصنعنا يوضح كيفية إنتاج هذه الكابلات واختبارها وإعدادها للتسليم.

إذا كنت ترغب في التعمق بمستوى واحد في كيفية تفاعل أداء المنتج مع الحجم، مقالتنا عن العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار كابلات الطاقة هو رفيق مفيد لهذا الدليل.