تئوری محاسبه سطح مقطع کابل در شبکه های فشار ضعیف (قسمت اول)

منظور از محاسبه سطح مقطع کابل، تعیین سطح مقطعی از کابل است که در زمان بهره برداری، شرایط زیر را برای بار تأمین کند:
قابلیت هدایت جریان دائمی بار کامل و اضافه جریانهای معمولی در یک مدت زمان کوتاه را داشته باشد.
افت ولتاژ دو سر بار در محدوده مجاز باشد.
حرارت کابل در اثر عبور جریان نامی بار، بیش از حد مجاز نباشد.
وسیله حفاظتی ابتدای کابل علاوه بر هماهنگی با جریان نامی بار انتهای خط، به هنگام عبور جریانهای اضافه یا اضافه بار، از کابل مورد نظر هم حفاظت نماید (سطح مقطع کابل متناسب با جریان قطع وسیله حفاظتی کابل باشد).
در صورت بروز اتصال کوتاه، کابل توانائی تحمل استرسهای حرارتی را در یک مدت زمان محدود (با توجه به منحنی قطع وسیله حفاظتی بالادست) داشته باشد.
تولید هارمونیک توسط بار متصل به انتهای کابل اثر سوئی بر کابل انتخابی نداشته باشد.
کابل مورد نظر، ضمن ارضاء شرایط فوق، از نظر اقتصادی ( سطح مقطع ) در حداقل باشد.

در سایت پاورکامپ، به منظور دسترسی مهندسین طراح تأسیسات الکتریکی، ماژول محاسباتی Powercomp_Cable برای همین منظور نیز پیش بینی شده است که در ادامه پروسه محاسبات در این برنامه توضیح داده شده است.

پارامترهای مؤثر برای محاسبه قطر کابل در برنامه آنلاین Powercomp_cable

ظرفیت حرارتی کابل یا جریان مجاز عبوری از کابل
حداکثر افت ولتاژ مجاز
شرایط نصب کابل (روش کابل کشی)
دمای محیط
تعداد مدارات یا کابلهای همجوار
سایز و فاصله بین کابلهای همجوار
مقاومت حرارتی خاک جهت کابلهای دفن شده در زمین
کیفیت بارهای الکتریکی متصل به شبکه از نظر میزان تولید هارمونیک سوم
حداقل جریان اتصال کوتاه عبوری از کابل
مدت زمان عبور جریان اتصال کوتاه از کابل قبل از قطع جریان توسط وسیله حفاظتی مدار
جنس هادی سیم و کابل
جریان نامی یا جریان قطع وسیله حفاظتی کابل

روش محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس استاندارد 52-5-60364 IEC

1- اطلاعات اولیه مورد نیاز در مورد بار:

نوع بار از نظر تعداد فاز (یک یا سه)
ولتاژ نامی بار
توان اکتیو یا مفید نامی بار
ضریب قدرت بار
میزان تولید هارمونیک سوم بار (در صورت لزوم)
حداکثر افت ولتاژ مجاز
مدت زمان لازم از لحظه وقوع اتصال کوتاه در انتهای خط تا لحظه قطع وسیله حفاظتی(با توجه به دامنه جریان خطا و منحنی قطع وسیله حفاظتی تأیین می گردد)
جریان نامی یا جریان تنظیمی وسیله حفاظتی ابتدای کابل

2- اطلاعات مورد نیاز در مورد کابل و روش کابل کشی:

جنس عایق ، هادی و تعداد هادی در کابل (تک هادی یا چند هادی)
اطلاعات مربوط به کابل کشی شامل مواردی مانند روش نصب (شکل 1)، شرایط کابلهای همجوار از لحاظ تعداد، فاصله، سایز، تعداد هادی موازی در هر فاز و غیره را در بر می گیرد.
شرایط محیطی مانند دمای هوا، شرایط خاک و غیره

شکل 1 – روشهای نصب کابل (52-5-60364 IEC)

3- روش تعیین یا انتخاب کابل

در برنامه محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس 5 معیار اصلی زیر سطح مقطع کابل مورد نظر تعیین می گردد و نهایتاً از بین این 5 سطح مقطع، بزرگترین آنها بعنوان سطح مقطع نهائی کابل مورد نظر انتخاب می گردد. این 5 معیار عبارتند از:

ظرفیت حرارتی کابل و توانائی عبور دادن جریان نامی بار مصرفی

حداکثر افت ولتاژ مجاز در طول کابل

جریان نامی یا جریان تنظیمی وسیله حفاظتی کابل در برابر اضافه جریان

تحمل انرژی حرارتی عبوری از کابل به هنگام وقوع اتصال کوتاه قبل از قطع مدار

میزان تولید هارمونیک مرتبه سوم توسط بار و عبور آن از کابل

1-3- روش تعیین یا محاسبه سطح مقطع کابل

در برنامه آنلاین محاسبه سطح مقطع کابل در ماژول powercomp_cable برای تعیین سطح مقطع کابل بر اساس ظرفیت حرارتی کابل و توانائی عبور دادن جریان نامی بار مصرفی مراحل زیر انجام می پذیرد.

1-1-3- بر اساس توان مصرفی P، ضریب توان Cosø و سطح ولتاژ U و اینکه بار یکفاز یا سه فاز باشد، جریان نامی بار یا جریان مبنا (I_b) طبق روابط زیر تعیین می گردد.

2-1-3- با توجه به دمای محیط (هوا یا خاک) لازم است ضریب کاهش دما K₁ از جداول شکل 2و3 منظور گردد.

شکل 2 – جدول ضرایب تصحیح دمای محیط (52-5-60364 IEC)

شکل 3 – جدول ضرایب تصحیح دمای محیط (52-5-60364 IEC)

3-1-3- اگر چنانچه کابلها در زمین مدفون شده اند (روش نصب D) لازم است که ضریب تصحیح نوع خاک K₃ از جدول 4 اعمال گردد.

شکل 4 – جدول ضرایب تصحیح مقاومت حرارتی خاک در روش نصب کابل D
(52-5-60364 IEC)

4-1-3- اثر حضور کابلهای مجاور با سطح مقطع مشابه را با اعمال ضریب تصحیح همجواری K₂ و طبق جدول های تصاویر 5 الی 10 در محاسبات اعمال می کنیم؛ لازم به ذکر است که اگر چنانچه سطح مقطع کابلهای همجوار، مشابه هم نباشند، در این صورت ضریب مورد نظر از رابطه زیر محاسبه می گردد :

که در آن F ضریب تصحیح همجواری (K₂) و n تعداد کابلهای چند رشته یا تعداد مدارات همجوار می باشد.

شکل 5– جدول ضرایب تصحیح کابلهای همجوار در روشهای نصب کابل F-A
(52-5-60364 IEC)

شکل 6– جدول ضرایب تصحیح کابلهای همجوار اگر کابل چند رشته باشد در روش نصب کابل D1
(52-5-60364 IEC)

شکل 7– جدول ضرایب تصحیح کابلهای همجوار اگر کابل تک رشته باشد در روش نصب کابل D1
(52-5-60364 IEC)

شکل 8– جدول ضرایب تصحیح کابلهای همجوار در روش نصب کابل D2
(52-5-60364 IEC)

شکل 9– جدول ضرایب تصحیح کابلهای همجوار در روش نصب کابل E
(52-5-60364 IEC)

شکل 10– جدول ضرایب تصحیح کابلهای همجوار در روش نصب کابل F
(52-5-60364 IEC)

5-1-3- پس از تعیین ضرائب تصحیح K₁ الی K₃ از روی جداول فوق، ضریب تصحیح کل K_t حاصل می گردد.

ضریب تصحیح K_t معمولا عددی بین 0 و 1 است و به دو روش زیر میتواند در انتخاب سطح مقطع کابل مناسب تأثیر گذار باشد:

روش اول: ظرفیت تحمل جریان یک هادی یا کابل در شرایط ایده آل یا آزمایشگاهی که با نماد I_o نشان داده می شود، از جداول کابل ارائه شده توسط کارخانه سازنده یا جداول موجود در استانداردهای مربوطه (شکل 11،12 جداول خلاصه شده ظرفیت جریان دهی کابلها در روشهای نصب مختلف را نشان می دهد) را در K_t ضرب کنیم و به ظرفیت تحمل جریان تصحیح شده I_Z می رسیم که معمولا I_o >I_Z و بعد I_Z را با جریان بار یا I_b مقایسه کنیم و کابلی را انتخاب کنیم که در آن I_Z >I_b باشد.

روش دوم: جریان بار مبنا یا I_b را بر K_t تقسیم می کنیم و به جریان بار تصحیح شده I’_b می رسیم که معمولاً عددی بزرگتر از I_b است (زیرا معمولا Kt کوچکتر از واحد است) یعنی I’_b > I_b سپس کابلی را انتخاب می کنیم که در آن I_o > I’_b باشد.

کابلی که به یکی از روشهای فوق حاصل گردد، دارای سطح مقطعی است که آن را با نماد A₁ نشان می دهیم.

شکل 11– جدول جریاندهی کابلهای مسی و آلومینیومی در روشهای نصب A-F
(52-5-60364 IEC)

12– جدول جریاندهی کابلهای مسی و آلومینیومی در روش نصب D
(52-5-60364 IEC)

تئوری محاسبه سطح مقطع کابل در شبکه های فشار ضعیف (قسمت دوم)