محاسبه سطح مقطع کابل

محاسبه سايز كابل CABLE SIZING CALCULATION

هدف از انجام اين مبحث، محاسبه سايز كابل بر اساس جريان بار، محدوده افت ولتاژ حالت پايدار، جريان اتصال كوتاه و محدوده افت ولتاژ راه اندازي موتور هاست. استانداردهاي زير در اين مورد كاربرد دارند:

IEC 60183, IEC 60287, IEC 60364-5-523, IEC60331, IEC60332, IEC61034

زمانيكه دو يا چند كابل در يك فاز بصورت موازي به جايي وصل مي شوند بايد از تقسيم مساوي بار بين كابلها اطمينان حاصل نمود.

عايق كابل: Insulation

براي عايق كردن كابل هاي فشار قوي HV از XLPE: Cross Linked Poly Ethylene و براي عايق كردن كابل هاي LV از XLPEيا ethylene propylene rubber (EPR) استفاده مي شود.

آرمور Armour

آرمور جهت حفاظت مكانيكي كابل بكار مي رود و جنس آن معمولاً فولاد روي اندودgalvanised steel يا سيم فولادي steel wire مي باشد. جنس آرمور بكار رفته در كابلهاي تك رشته اي Single Core بايستي غير مغناطيسي باشد. چرا؟ (در قسمت نظرات پاسخ دهيد)

اين كابلها به صورت AWAيا SWA نمايش داده مي شوند.

SWA: Spiral Wired Armour

AWA:

هادي كابل Conductor

هادي كابل طبق استاندارد براي تجهيزات ثابت بايد كلاس 2 و براي تغذيه تجهيزات سيار از جنس قابل انعطاف و كلاس 5 باشد. جنس هادي كابل هاي زير زميني عموماً مس و كابل هاي هوايي عموماً آلومينيوم مي باشد.

روكش كابل Oversheath

كابلهايي كه جهت power يا كنترل مورد استفاده قرار مي گيرند، عموماً با روكش PVC بكار مي روند. جنس اين روكش بايد به گونه اي باشد كه مقاوم در برابر نور خورشيد باشد، كند كننده شعله باشد (flame retardant)، هيدروکربن اليفاتيک باشد.و در هنگام آتش سوزي غلظت دود آن پايين باشد (IEC 60332 and 61034).

در تجهيزات امنيتي و حساس جنس اين روكش بايد نسوز باشد(fire resistant). كابل هاي نسوز مي بايست در دماي 1000◦c به مدت 30 دقيقه مقاوم باشند و در طول مدت مذكور بتوانند توان الكتريكي را انتقال دهند.(IEC 60331)

البته در كابلهاي بدون آرمور PVC جهت روكش هادي نيز كاربرد دارد. و بطور كلي كابلها به صورت زير نمايش داده مي شوند:

روكش عايق/روكش هادي-

-PVC/PVC

-XLPE/PVC

دماي كاركرد براي كابل هاي با روكش PVC 70◦C- و براي كابل هاي با روكش XLPEو EPR برابر با 90◦C است.

براي كابل آرمور دار داريم:

-PVC/SWA/PVC

-XLPE/SWA/PVC

در صورتيكه امكان ريختن مواد نفتي يا هيدروكربني بر روي كابل وجود داشته باشد، يك غلاف سربي براي آن در نظر گرفته مي شود. و در اين صورت به شكل زير نمايش داده مي شود:

-PVC/SWA/LC/PVC

-XLPE/SWA/LC/PVC

براي كابل هاي HV يا جريان DC يك غلاف مسي(Screen) به آن افزوده مي شود و داريم:

-PVC/SWA/LC/SC/PVC

-XLPE/SWA/LC/SC/PVC

اصول محاسبه سطح مقطع هادي كابل:

انتخاب يك كابل بايد با بيشترين دقت و بر اساس پارامترهاي زير صورت گيرد:

· مقدار مجاز مقاومت حرارتي كابل در حالت پايدار

· افت ولتا‍ژ مجاز در حالت پايدار و همچنين در حالت راه اندازي موتور

· مقدار مجاز اضافه جريان ناشي از اتصال كوتاه يا اضافه بار

ظرفيت انتقال جريان مجاز براي كابل هاي LV مطابق جدول زير است.

ماكزيمم دماي كاركرد براي هادي كابل هاي با روكش PVC 70◦C- و براي كابل هاي با روكش XLPEو EPR برابر با 90◦C است.

Nominal conductor cross-section (sq.mm)	Multi-core cables
In free air(1)	Underground(2)
1 cores	2 cores	3 cores	1 cores	2 cores	3 cores
1.5	-	26	23	-	26	22
2.5	-	36	32	-	34	29
4	-	49	42	-	44	37
6	-	63	54	-	56	46
10	-	86	75	-	73	61
16	-	115	100	-	95	79
25	-	149	127	-	121	101
35	-	185	157	-	146	122
50	-	225	192	-	173	144
70	-	289	246	-	213	178
95	-	352	298	-	252	211
120	-	410	346	-	287	240
150	444	473	399	271	324	271
185	510	542	456	304	363	304
240	607	641	538	351	419	351
300	703	741	620	396	474	396

ظرفيت انتقال جريان براي كابل هاي فشار قوي HV مطابق جدول زير است:

Nominal Cross-section (sq.mm)	Allowable current(A) (1)
Direct laid in ground	Installed in free air on cable trays
3C-35	190	190
3C-50	225	225
3C-70	275	280
3C-95	330	340
3C-120	370	385
3C-150	420	445
3C-185	470	510
3C-240	540	590
1C-300	630	740

جدول محدوديت افت ولتاژ

Feeder	Voltage Drop
From main switchboards to consumers during normal operation	5 %
Motor cables at full load	5 %
Motor cables from switchgears to motor terminal during starting	15 %
Lighting and small power cables (including AC, DC UPS circuits) between secondary panel and the furthest lighting fixture/small load.
- When secondary panel is located in unit	3 %
- When secondary panel is located near the main distribution panel in substation	5 %
AC, DC Uninterruptible power supplies main power cables between batteries and main equipment cubicles	1 %
DC power cable from battery to main equipment	1 %
DC power cable from battery charger to secondary distribution panel	1 %
For DC motors and other consumer	5 %

بنابراين پارامترهاي اصلي در محاسبه سطح مقطع كابل مقادير ولتاژ و جريان مي باشد.

ولتاژ:

سطح مقطع كابل مطابق فرمول زير براي حالت كار نرمال سيستم و همچنين راه اندازي(Starting) سيستم محاسبه مي گردد. از آنجا كه مقدار جريان راه اندازي چند برابر جريان حالت كار عادي سيستم است، لذا ضريب قدرت نيز متفاوت خواهد بود.

براي سيستم سه فاز:

در اين فرمول

A: سطح مقطع كابل(mm2)

L: طول مسير (متر)

I: جريان بار (آمپر)

R: مقاومت اهمي كابل در يك متر (اهم بر متر)

Cos Ө: ضريب قدرت بار

X: اندوكتانس كابل (اهم بر متر)

∆U: درصد افت ولتاژ مجاز مي باشد.

از فرمول فوق دو مقدار براي A به دست خواهد آمد.

جريان:

سطح مقطع كابل بر اساس جريان مجاز كابل و جريان اتصال كوتاه تعيين مي گردد. كابلها داراي جريان محدودي مي باشند كه بر اساس سطح مقطع كابل متفاوت خواهد بود. اين مقادير به همراه ساير مشخصات كابل توسط كارخانه سازنده كابل ارائه مي گردد. پارامترهايي مانند دما، نحوه بكار گيري و ... بر ميزان جريان كابل موثر است كه تحت عنوان ضرائبي توسط كارخانه سازنده كابل ارائه مي شوند و اين ضرايب در محاسبه جريان مجاز كابل بكار ميروند.

براي تعيين سطح مقطع كابل بر اساس جريان اتصال كوتاه از فرمول زير استفاده مي شود:

در اين فرمول

ISC: جريان اتصال كوتاه

T: زمان قطع جريان اتصال كوتاه توسط كليد

K: ضريب ثابتي كه براي PVC برابر 112 و براي XLPE برابر 139.4 مي باشد.

از دو فرمول بالا مقادير مختلفي براي سطح مقطع كابل بدست مي آيد كه بيشترين مقدار آن را به عنوان سطح مقطع مناسب در نظر مي گيرند.

براي به دست آوردن سطح مقطع كابل روشهاي ديگري نيز وجود دارد. يكي از اين روشها كه در تاسيسات كاربرد زيادي دارد روش زير است:

براي سيستم سه فاز:

و براي سيستم تكفاز :

U: ولتاژ

Kp:ضريب هدايت الكتريكي كه براي هادي مسي برابر با 56 و براي آلومينيومي برابر با 32 مي باشد.

محاسبه سطح مقطع کابل

مطالب مشابه :

محاسبه سطح مقطع کابل

نرم افزار محاسبه سطح مقطع کابل

نرم افزار محاسبه سطح مقطع کابل

انتخاب بهینه سطح مقطع کابل های فشار قوی

محاسبه سطح مقطع کابل

نرم افزار محاسبه سطح مقطع کابل

تعیین سطح مقطع مناسب کابل با استفاده از جریان مجاز - افت ولتاژ و مسافت