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

2-3- تعیین یا محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس حداکثر افت ولتاژ مجاز در طول کابل

همانطور که می دانیم در اثر عبور جریان از یک هادی، افت ولتاژی در طول کابل به وجود می آید که عامل آن امپدانس هادی می باشد (r،x کابل) مقدار مقاومت و راکتانس هر کابل به جنس هادی، سطح مقطع و ساختار کابل بستگی دارد که این مقادیر هم قابل محاسبه و هم معمولاً توسط سازنده کابل یا استانداردهای مختلف در جداول مشخصات کابلها ارائه می شوند (شکل 12،13).

مقدار افت ولتاژ در کابل طبق روابط زیر توسط برنامه آنلاین محاسبه سطح مقطع کابل در ماژول powercomp_cable محاسبه می گردند.

برای بارهای تک فاز :

که در آن: U_n ولتاژ فاز بر حسب ولت می باشد.

برای بارهای سه فاز :

که در آن: U_n ولتاژ خط بر حسب ولت می باشد.

نکته قابل ذکر در استفاده از برنامه آنلاین محاسبه سطح مقطع کابل powercomp_cable این است که وقتی کاربر اطلاعات مربوط به بار (بخش اول فرم محاسباتی) و اطلاعات مربوط به کابل یا کابلکشی (بخش دوم فرم محاسباتی) را وارد برنامه می کند، برنامه مذکور حداقل سطح مقطع کابل مورد نیازی را که شرط افت ولتاژ مجاز را ارضاء می کند ارائه می دهد ولی اگر چنانچه این سطح مقطع 4 شرط مذکور در قسمت 3 را ارضاء نکند، برنامه آلارم قرمز رنگی را برای کاربر صادر می کند و از کاربر می خواهد که با افزایش سطح مقطع کابل شرایط دیگر را نیز به حد قابل قبولی برساند.

3-3- تعیین یا محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مؤلفه سوم هارمونیک

در سیستمهای با بارهای کاملاً اهمی و خطی، جریان خط کاملاً سینوسی و همفاز با ولتاژ می باشد و اگر چنانچه بار مصرفی کاملاً متعادل باشد، قاعدتاً جریان عبوری از هادی نول صفر خواهد بود.

امروزه در بین مصرف کننده های برقی بسیاری از ادوات وجود دارند که جریان آنها کاملاً سینوسی نیست و دارای مؤلفه های فرد یا هارمونیکهای مرتبه فرد می باشد که مهمترین مؤلفه تأثیر گذار بر ظرفیت حرارتی کابلها، مؤلفه سوم می باشد.

هارمونیک سوم در هر سه فاز با هم همفاز می باشند و مجموع آنها در هادی نول با هم جمع می شوند (بر خلاف جریان اصلی سه فاز که با هم 120 درجه اختلاف فاز دارند و در صورت برابر بودن، در هادی نول یکدیگر را خنثی و حاصل جمعشان صفر می شود). بنابراین بسته به ماهیت بار مصرفی دامنه جریان در هادی نول ممکن است آنقدر زیاد گردد که باعث شود سایز هادی نول از سایز هادیهای فاز که دو معیار فوق الذکر (جریان فازها و افت ولتاژ) را ارضاء می کند، افزایش یابد.

در برنامه محاسبه سطح مقطع کابل powercomp_cable بر اساس جدول شکل 15 اثر هارمونیک مرتبه سوم در محاسبات لحاظ می شوند.

3-4- تعیین سطح مقطع کابل براساس جریان نامی یا جریان تنظیمی وسیله حفاظتی کابل در برابر اضافه جریان

بر اساس IEC 60364-4-43 چهارمین پارامتری که بر سطح مقطع کابل تأثیر گذار است، عبارتست از جریان وسیله حفاظتی ابتدای کابل به این صورت که :

که در آن:

I_b: جریان نامی مصرف کننده
I_n: جریان نامی وسیله حفاظت کابل (یا جریان تنظیمی)
I_z: جریان مجاز قابل تحمل توسط کابل

5-3- تعیین سطح مقطع کابل بر اساس انرژی حرارتی عبوری از کابل به هنگام وقوع اتصال کوتاه

به هنگام وقوع اتصال کوتاه، عبور جریانهای خیلی بالاتر از جریان مجاز عبوری از کابل، به سرعت دمای کابل را بالا می برد و اگر چنانچه وسیله حفاظتی در یک مدت زمان مشخص این جریان زیاد را قطع نکند، کابل از بین می رود.

انرژی حرارتی قابل تحمل هر کابل به سطح مقطع، جنس عایق و جنس هادی کابل بستگی دارد و طبق رابطه زیر محاسبه می شود.

که در آن ضریب K از جدول شکل 16 به دست می آید و S همان سطح مقطع کابل بر حسب میلیمتر مربع است.

از طرفی حداکثر انرژی حرارتی عبوری از هر وسیله حفاظتی ( t * I² ) محدود و تابع مقدار جریان خطا و مدت زمان تداوم خطاست (حداکثر 5 ثانیه) که یا توسط کارخانه سازنده وسیله حفاظتی و در کاتالوگ مقدار آن مشخص می گردد (برای وسایل با خاصیت محدود کنندگی جریان خطا let through energy) یا مستقیماً با توجه به مقدار جریان و زمان قطع وسیله حفاظتی و با توجه به منحنی قطع محاسبه می گردد.

شرط محافظت کابل در برابر اتصال کوتاه این است که:

بنابراین پنجمین پارامتر تعیین سطح مقطع کابل بر اساس فرمول اخیر، انرژی حرارتی عبوری از کابل است و مقدار S در فرمول فوق باید به قدری افزایش یابد که شرط اخیر ارضاء گردد.

مقادیر S²K² برای کابلهای مختلف که در برنامه محاسبه سطح مقطع کابل در ماژول Powercomp_cable مورد استفاده قرار می گیرند در شکل 17 نمایش داده شده است.

خلاصه روش محاسبه سطح مقطع کابل در برنامه آنلاین Powercomp_cable:

💠 مشخصات بار شامل: تعداد فاز، سطح ولتاژ، توان مصرفی، ضریب قدرت و………توسط کاربر وارد برنامه می شود.

💠 شرایط نصب کابل، تعداد کابلهای همجوار، دمای محیط و…. توسط کاربر وارد برنامه می شود.

💠 حداقل سطح مقطع کابلی که شرط افت ولتاژ را ارضاء می کند، توسط برنامه محاسبه و اعلام می شود و یا اینکه از کاربر خواسته می شود که تعداد هادی در هر فاز را افزایش دهد.

💠 با توجه به اطلاعات وارد شده توسط کاربر، ظرفیت حرارتی (جریان دهی) کابل توسط برنامه بررسی می شود، اگر چنانچه سطح مقطع کابل انتخابی مناسب نباشد، برنامه آلارم قرمز رنگ صادر می کند و کاربر بایستی یا سطح مقطع کابل را افزایش دهد و یا اینکه تعداد هادی در هر فاز را افزایش دهد.

💠 بر اساس سطح مقطع انتخابی حداقل جریان اتصال کوتاه بین فاز و بدنه (سایز هادی حفاظتی بر اساس IEC 60364-5-54 توسط برنامه منظور می گردد.) محاسبه و اعلام می گردد. کاربر می بایستی با توجه به این جریان اتصال کوتاه، مدت زمان لازم جهت قطع وسیله حفاظتی را از روی منحنی قطع کلید اتوماتیک یا فیوز قرائت کند و در فیلد مربوطه در فرم محاسباتی وارد کند.

💠 با توجه به مدت زمان قطع و جریان  اتصال کوتاه، انرژی حرارتی تولیدی در بدنه کابل توسط برنامه محاسبه و با حداکثر ظرفیت حرارتی قابل تحمل توسط کابل مقایسه می گردد. اگر چنانچه کابل قادر به تحمل این انرژی تولیدی نباشد، برنامه با صدور آلارم قرمز، از کاربر می خواهد که سطح مقطع کابل را افزایش دهد.

💠 جریان نامی وسیله حفاظتی کابل بایستی کمتر از حداکثر جریان دائمی قابل تحمل توسط کابل باشد، در غیر اینصورت برنامه با صدور آلارم قرمز رنگ، از کاربر می خواهد که سطح مقطع کابل یا تعداد هادی در هر فاز را افزایش دهد.

💠در انتها و با صدور آلارم سبز رنگ، کاربر با فشردن دکمه Next Cable اطلاعات و نتیجه محاسبات کابل را ذخیره و برنامه را آماده تکرار محاسبات برای کابل بعدی می کند.

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