Як правильно вибрати перетин кабелю

На ринках часто можна побачити написані від руки таблички, які вказують, який кабель необхідно придбати покупцеві в залежності від очікуваного струму навантаження. Не вірте цим табличок, так як вони вводять Вас в оману. Перетин кабелю вибирається не тільки по робочому струму, але і ще за кількома параметрами.

Насамперед, необхідно враховувати, що при використанні кабелю на межі його можливостей жили кабелю нагріваються на кілька десятків градусів. Наведені на рисунку 1 величини струму припускають нагрівання жил кабелю до 65 градусів при температурі навколишнього середовища 25 градусів. Якщо в одній трубі або лотку прокладено кілька кабелів, то внаслідок їх взаємного нагріву (кожен кабель нагріває всі інші кабелі) максимально допустимий струм знижується на 10 – 30 відсотків.

Також максимально можливий струм знижується при підвищеній температурі навколишнього середовища. Тому в груповий мережі (мережа від щитків до світильників, штепсельних розеток та інших електроприймачів) як правило, використовують кабелі при струмах, що не перевищують значень 0,6 – 0,7 від величин, наведених на рисунку 1.

Виходячи з цього повсюдне використання автоматичних вимикачів з номінальним струмів 25А для захисту розеткових мереж, прокладених кабелями з мідними жилами перетином 2,5 мм2 становить небезпеку. Таблиці знижують коефіцієнтів в залежності від температури та кількості кабелів в одному лотку можна подивитися в Правилах пристрою електроустановок (ПУЕ).

Додаткові обмеження виникають, коли кабель має велику довжину. При цьому втрати напруги в кабелі можуть досягати неприпустимих значень. Як правило, при розрахунку кабелів виходять з максимальних втрат в лінії не більше 5%. Втрати розрахувати не складно, якщо знати величину опору жил кабелів і розрахунковий струм навантаження. Але зазвичай для розрахунку втрат користуються таблицями залежності втрат від моменту навантаження. Момент навантаження обчислюють як добуток довжини кабелю в метрах на потужність в кіловатах.

Дані для розрахунку втрат при однофазному напрузі 220 В показані в таблиці " table1. Наприклад для кабелю з мідними жилами перетином 2,5 мм2 при довжині кабелю 30 метрів і потужності навантаження 3 кВт момент навантаження дорівнює 30х3=90, та втрати складуть 3%. Якщо розрахункове значення втрат перевищує 5%, то потрібно вибрати кабель більшого перерізу.

Таблиця 1. Момент навантаження, кВт х м, для мідних провідників у двопровідній лінії на напругу 220 В при заданому перерізі провідника

По таблиці 2 можна визначити втрати в трифазній лінії. Порівнюючи таблиці 1 і 2 можна помітити, що в трифазної лінії з мідними провідниками перетином 2,5 мм2 втрат 3% відповідає в шість разів більший момент навантаження.

Потрійне збільшення величини моменту навантаження відбувається внаслідок розподілу потужності навантаження по трьом фазам, та подвійне – за рахунок того, що в трифазній мережі при симетричному навантаженні (однакових струмах у фазних провідниках) струм в нульовому провіднику дорівнює нулю. При несиметричною навантаженні втрати в кабелі зростають, що необхідно враховувати при виборі перерізу кабелю.

Таблиця 2. Момент навантаження, кВт х м, для мідних провідників у трифазної чотирипровідної лінії з нулем на напругу 380/220 В при заданому перерізі провідника (щоб збільшити таблицю, натисніть на малюнок)

Втрати в кабелі сильно позначаються при використанні низьковольтних, наприклад галогенних ламп. Це і зрозуміло: якщо на фазному і нульовому провідниках впаде 3 Вольта, то при напрузі 220 В, ми цього швидше за все не помітимо, а при напрузі 12 В напруга на лампі впаде вдвічі до 6 Ст. Саме тому трансформатори для живлення галогенних ламп необхідно максимально наближати до ламп. Наприклад, при довжині кабелю 4,5 метра перетином 2,5 мм2 і навантаженні 0,1 кВт (дві лампи по 50 Вт) момент навантаження дорівнює 0,45, що відповідає втратам 5% (Таблиця 3).

Таблиця 3. Момент навантаження, кВт х м, для мідних провідників у двопровідній лінії на напругу 12 В при заданому перерізі провідника

Наведені таблиці не враховують збільшення опору провідників від нагрівання за рахунок протікання по них струму. Тому якщо кабель використовується при струмах 0,5 і більше від максимально допустимого струму кабелю даного перерізу, то необхідно вводити поправку. У найпростішому випадку якщо Ви розраховуєте отримати втрати не більше 5%, то розраховуйте переріз виходячи з втрат 4%. Також втрати можуть зрости при наявності великої кількості сполук жил кабелів.

Кабелі з алюмінієвими жилами мають опір в 1,7 рази більше в порівнянні з кабелями з мідними жилами, відповідно і втрати в них в 1,7 рази більше.

Другим обмежуючим фактором при великих довжинах кабелю є перевищення допустимого значення опору ланцюга фаза – нуль. Для захисту кабелів від перевантажень і коротких замикань, як правило, використовують автоматичні вимикачі з комбінованим розчіплювачем. Такі вимикачі мають тепловий і електромагнітний розчеплювача.

Електромагнітний розчеплювач забезпечує миттєве (десяті і навіть соті частки секунди) відключення аварійної ділянки мережі при короткому замиканні. Наприклад автоматичний вимикач, який має позначення С25, має тепловий розчіплювач на 25 А і електромагнітний на 250А. Автоматичні вимикачі групи «С» мають кратність відключає струму електромагнітного розчіплювача до теплового від 5 до 10. Але при розрахунку лінії на струм короткого замикання береться максимальне значення.

У загальний опір ланцюга фаза – нуль включаються: опір понижуючого трансформатора трансформаторної підстанції, опір кабелю від підстанції до ввідного розподільчого пристрою (ВРП) будівлі, опір кабелю, прокладеного від ВРУ до розподільного пристрою (РУ) і опір кабелю власне груповий лінії, переріз якого необхідно визначити.

Якщо лінія має велику кількість сполук жил кабелю, наприклад групова лінія з великої кількості світильників, сполучених шлейфом, то опір контактних з'єднань також підлягає обліку. При дуже точних розрахунках враховують опір дуги в місці замикання.

Повне опір ланцюга фаза - нуль для четырехжильных кабелів наведені в таблиці 4. У таблиці враховані опору як фазного, так і нульового провідника. Значення опорів наведені при температурі жил кабелів 65 градусів. Таблиця справедлива і для двопровідних ліній.

Таблиця 4. Повне опір ланцюга фаза - нуль для 4-жильних кабелів, Ом/км при температурі жив 65оС

потужністю від 630 кВ . А та більше, мають вихідний опір Rтп менше 0,1 Ом. У сільських районах можуть бути використані трансформатори на 160 – 250 кВ . А, мають вихідний опір близько 0,15 Ом, і навіть трансформатори на 40 – 100 кВ . А, мають вихідний опір 0,65 – 0,25 Ом.

Кабелі живильної мережі від міських трансформаторних підстанцій до ВРУ будинків, як правило використовують з алюмінієвими жилами з перерізом фазних жил не менше 70 – 120 мм2. При довжині цих ліній менше 200 метрів опір ланцюга фаза – нуль живильного кабелю (Rпк) можна прийняти рівним 0,3 Ом. Для більш точного розрахунку необхідно знати довжину і перетин кабелю, або виміряти опір. Один з приладів для таких вимірювань (прилад Вектор).

Опір лінії повинно бути таким, щоб при короткому замиканні струм у ланцюзі гарантовано перевищив струм спрацьовування електромагнітного розчіплювача. Відповідно, для автоматичного вимикача С25 струм короткого замикання в лінії повинен перевищити величину 1,15х10х25=287 А тут 1,15 – коефіцієнт запасу. Отже, опір ланцюга фаза – нуль для автоматичного вимикача С25 повинно бути не більше 220В/287А=0,76 Ом. Відповідно для автоматичного вимикача С16 опір ланцюга не повинна перевищувати 220В/1,15х160А=1,19 Ом і для автомата С10 – не більше 220В/1,15х100=1,91 Ом.

Таким чином, для міського багатоквартирного будинку, беручи Rтп=0,1 Ом; Rпк=0,3 Ом при використанні в розеткової мережі кабелі з мідними жилами з перетином 2,5 мм2, захищеного автоматичним вимикачем С16, опір кабелю Rгр (фазного і нульового провідників) не повинно перевищувати Rгр=1,19 Ом – Rтп – Rпк = 1,19 – 0,1 – 0,3 = 0,79 Ом. По таблиці 4 знаходимо його довжину – 0,79/17,46 = 0,045 км, або 45 метрів. Для більшості квартир цієї довжини буває достатньо.

При використанні автоматичного вимикача С25 для захисту кабелю перетином 2,5 мм2 опір ланцюга повинно бути менше величини 0,76 – 0,4 = 0,36 Ом, що відповідає максимальній довжині кабелю 0,36/17,46 = 0,02 км, або 20 метрів.

При використанні автоматичного вимикача С10 для захисту групової лінії освітлення, виконаної кабелем з мідними жилами перетином 1,5 мм2 отримуємо максимально допустимий опір кабелю 1,91 – 0,4 = 1,51 Ом, що відповідає максимальній довжині кабелю 1,51/29,1 = 0,052 км, або 52 метри. Якщо таку лінію захищати автоматичним вимикачем С16, то максимальна довжина лінії становить 0,79/29,1 = 0,027 км, або 27 метрів.