Kabelens strømføringsevne
Transcription
Kabelens strømføringsevne
Kabeldimensjonering Beregning av kabel dimensjon, vern og kortslutningsstrøm ”Oppgave”: Vi skal installere en 3-fase motor i et TN-nett med 400 V. Kabelen legges i et rør i bakken. Det velges isolasjonsmateriell av PVC. Lederen er av kobber. Det er ytterligere 2 kabler i nærheten. Nødvendig informasjon • • • • • • • Spenning: Faser: Ledermateriale: Isolasjonsmateriale: Referanse installasjonsmetode: Temp: Nærføring: • Kabel lengde: TN-nett 400V/50 Hz 3 fase Cu PVC D (forlagt i rør i bakken) 20°C 2 rør á 1 kabel (0,25 meter avstand) 50m Merkeskilt for motor Tilgjengelig vern • Motorens belastningsstrøm (IB) er oppgitt på merkeskiltet til motoren. IB er oppgitt til å være 33 A. • Nærmeste sikring (In) med 10% margin, blir/er 40 A. Krav 1: Kabel og vern • Forhold må være tilfredsstilt: • Kabelens belastningsstrøm (IB) må være mindre eller lik enn vernets merkestrøm (In) som igjen må være mindre eller lik enn kabels strømføringsevne (IZ) IB <= In <= IZ 6 Strømføringsevne Strømføringsevnen er den strømmen som kabelen kontinuerlig, altså år etter år, kan føre uten at leder eller isolasjon tar skade på grunn av for høy temperatur ved normal drift (NEK 400 – 523) • Utviklet energi i leder = W = I2 * R * Tid • Isolasjonsmaterialet setter temperaturbegrensningene Kabelens strømføringsevne Kabelens strømføringsevne (Iz) er blant annet avhengig av: • Installasjonsmetode (Nominell strømføringsevne = Im) som tar for seg antall ledere, kabel isolasjon • Ledernes tverrsnitt (Areal = mm2) • Ledernes materiale (Cu eller Al) • Kabelens omgivelsestemperatur (Faktor = KT) • Parallelle kabler (Faktor = KP) • Iz = Im * KT * KP 8 Minimumskrav til Iz Iz = Sikringsstørrelse Parallellfaktor * Temperaturfaktor 9 Installasjonsmetode • Referanse-installasjonsmetode (her D1) 10 KP - Kabelkorreksjonsfaktor ”Oppgave”: Til sammen 3 parallelle kurser á 0,25 meter Gir: KP = 0,80 11 KT - Temperaturkorreksjonsfaktor ”Oppgave”: T = 20°C og PVC. Gir: KT = 1,00 12 Minimumskrav til Iz Iz (min) = Iz (min) = Sikringsstørrelse Parallellfaktor * Temperaturfaktor 40 A 0,80 * 1,00 Iz (min) = 50 A 13 Strømføringsevne Referanse-installasjonsmetode (her D1) for PVC og 3 belastede ledere av kobber. Vi velger A = 10 mm2 = 50 A >= Iz (min) 14 Kontrollerer: IB <= In <= IZ • Oppsummering: • IB er oppgitt (merkeskilt på motor) = 33 A • IN er oppgitt (sikringsstørrelse) = 40 A • IZ er beregnet (strømføringsevne) = 40 A • Kravet er oppfylt ( A = 10 mm2) 15 Vern definisjoner I1 = minste termiske prøvestrøm. Vernet skal garantert ikke løse ut ved denne verdien før det er gått en time (her 1,5*) I2 = høyeste termiske prøvestrøm. Vernet skal garantert løse ut ved denne verdien før det er gått en time (her 2,2*) I4 = minste elektromagnetiske kurve (startstrøm). (her 7*) I5 = høyeste elektromagnetiske kurve (person og kabelbeskyttelse). (her 10*) 16 Krav 2: Vern (1 time) • Forhold må være tilfredsstilt: • Vernets høyeste prøvestrøm (I2) skal garantert koble ut før det har gått en time. • Vernets I2-verdi: • I2 = IN * 1,45 • I2 = 40 A * 1,45 = 58 A 17 Spenningsfall for kabel • Forskriftenes krav til spenningsfall punkt 525.1, sier at spenningsfallet ikke skal overstige 4%. • Beregning av spenningsfall (ΔU) U I b * 3 * * cos * l 33 * 3 * 0,0175 * 0,91* 50 4,55V A 10 Ib = Belastningsstrøm (merkeskilt motor = 33 A) ρ cosφ l A = = = = Spesifikk ledermotstand (Cu=0,0175) Effektfaktor (merkeskilt motor = 0,91) Lengde på kabel (definert i oppgave = 33 meter) Ledertverrsnitt (valgt og verifisert = 10 mm2) U % U *100 4,55 *100 1,14% U 400 1,14% < 4 % Kortslutningsberegning • Vern, koblingsmateriell, ledninger og kabler skal beskyttes mot både største og minste forventede kortsluttningsstrøm [434.1 og 533.3]. Vernet skal ha en bryteevne minst tilsvarende de kortslutningsstrømmer som kan forventes på montasjestedet. Vernet må bryte forekommende korslutningsstrømmer innen temperaturen øker fra normal driftstemperatur og opp til lederens grensetemperatur [Tabell 43A]. Tiden dette tar kan regnes ut etter følgende formel: t • k2 *S2 I2 t = varighet S = ledertverrsnitt I = kortslutningsstrøm, effektverdi (A) K = konstant avhengig av kabelens ledermateriale og isolasjon [tabell 43A] I denne oppgaven bruker vi et TN-nett, der det trengs pc for å regne ut kortslutningsstrømmene, men man kan ringe nettleverandøren og få oppgitt disse verdiene. I dette tilfellet har vi fått oppgitt Ik maks = 5 kA. Avlese k-verdi for ledere • k-verdi for oppgave: (PVC og Cu, T = 70 °C) • k = 115 Energitålighet for kabel • NEK 434 Kabelen tåler k 2 * S 2 1152 *102 1322500 A2 * S k = 115 S = tverrsnittareal = 10 mm2 Kabelens energitålighet må deretter sjekkes mot hvor mye energi som slipper gjennom vernet innen det løser ut grunnet en kortslutning Krav til utløsningstid for vern • Krav til utkoblingstid: k 2 * S 2 1152 *102 t 0,053s I2 50002 K = 115 S = tverrsnittareal = 10 mm2 Ik = 5 kA = 5000 A Da kravet til utløsningstid er mindre enn 0,1 sekund (med referanse til NEK 434.5.2), må man sjekke kortslutningsvernets egenskaper. Utløsertid for C-automat • Den forventede kortslutningsstrømmen er Ik = 5000 A (Blå linje) • Vi avleser verdi på gjennomsluppet energi på (32 . . . 40A)-linje til å være ca 22.500 Kontroll: 1.322.500 > 22.500 Det vil si at kabelen har mer energitålighet enn det mengden som vernet slipper igjennom. Antall ganger merkestrøm • Vi må nå finne utkoblingstiden til vernet og se at denne ikke overstiger kravet. Siden vi allerede vet største kortslutningsstrøm kan vi dele denne på sikringstørrelsen. • Antall ganger merkestrøm = Ik IN = 5000 A 40 A = 125 Kontroll av energitålighet Gjennomsluppen energi i 2 * t 250000 A2 * S Ik = 5 kA = 5000 A t = 0,01 sekund Kontroll: 1.322.500 > 250.000 Det vil si at kabelen har mer energitålighet enn det mengden som vernet slipper igjennom. Oppsummering av utregninger Sikring Kabeltverrsnitt Strømføringsevne Spenningsfall Spenningsfall % Ik maks Krav til utkoblingstid Utkoblingstid Gjennomsluppen energi Kabelen tåler = = = = = = = = = = 40A C-karakteristikk 10mm² 40,0A 4,55V 1,14% 5kA 0,053s 0,01s 22500 A²*S 1322500 A²*S