Dimensionierung der Stromkabel für durch Leistungsschalter gesteuerte Abgänge (Teil 3)

Dimensionierung der Stromkabel für durch Leistungsschalter gesteuerte Abgänge (technischer Artikel von Herrn Asif Eqbal)

Fortsetzung von Artikel Bemessung der Leistungskabel für durch Leistungsschalter gesteuerte Abgänge (Teil 2)

3. Kriterien Start und laufende Spannungsabfälle im Kabel

Dieses Kriterium gilt damit für das KreuzDie Kabelquerschnittsfläche reicht aus, um den Spannungsabfall (aufgrund der Impedanz des Kabelleiters) innerhalb des festgelegten Grenzwerts zu halten, sodass das Gerät, das über dieses Kabel mit Strom versorgt wird, an seinem Eingang der Stromversorgung mindestens die minimal erforderliche Spannung erhält Start- und Betriebszustand.

Kabel müssen so bemessen sein, dass die maximale Spannung erreicht wirdEin Abfall zwischen der Versorgungsquelle und der Last, wenn der Bemessungsstrom geleitet wird, überschreitet nicht den Wert, der einen sicheren und effizienten Betrieb der zugehörigen Geräte gewährleistet. Es ist eine Anforderung, dass die Spannung am Gerät höher ist als die niedrigste Betriebsspannung, die für das Gerät in der entsprechenden Gerätestandards angegeben ist.

Also bevor wir mit der Berechnung der Spannung beginnenLassen Sie uns zunächst analysieren, was der zulässige Spannungsabfall gemäß den relevanten Normen und Richtlinien ist und welche Logik hinter der Auswahl dieser Werte als zulässige Werte steht.

Indischer Standard 1255 - CODE OF PRACTICE ZUR INSTALLATION UND WARTUNG VON STROMKABELN BIS ZU 33 KV in Abschnitt 4.2.3.In 4 wird der zulässige Wert für unterschiedliche Querschnittsgrößen von Aluminiumleitern in Volt / kM / Ampere für Kabel mit einem Spannungsgrad von 1,1 kV bis 33 kV angegeben. Da wir den Spannungsabfall als Prozentsatz der Quellenspannung berechnen, wird diese Klausel in grundlegenden und detaillierten Konstruktionsbrüdern nicht sehr häufig verwendet.

Seine komplexe Einheit muss mit der Kabellänge und Strombelastbarkeit multipliziert werden. Man kann jedoch definitiv nach jeder Kabelgröße und -länge überprüfen, welcher Wert wird in Prozent ausgedrückt?

IEEE-Norm 525 - Leitfaden für die Planung und Installation von Kabelsystemen in Unterstationen Klausel Nummer C3 erwähnt dies in Anhang CDer Spannungsabfall wird üblicherweise als Prozentsatz der Quellenspannung ausgedrückt. Ein akzeptabler Spannungsabfall wird basierend auf der Gesamtkenntnis des Systems bestimmt. Typische Grenzwerte sind 3% von Quelle zu Lastmitte, 3% von Lastmitte zu Last und 5% von Quelle zu Last. Diese Werte sind nachstehend schematisch angegeben.

6,6 kV Schaltanlagenlayout

dV1 ist der Abfall von der Quelle (Transformer) zum Lastzentrum (PCC), der 3% oder weniger betragen sollte. Feeder-Anschlussquelle an Ladezentrum wird auch als primärer Feeder bezeichnet.
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dV2 ist der Abfall vom Lastzentrum (PCC) auf einzelne Lasten, der weniger als 3% betragen sollte. Feeder, der den Ladezentrum mit einzelnen Lasten verbindet, wird auch als sekundärer Feeder bezeichnet.

dV2 = dV1 + dV2 ist der Gesamtabfall von der Quelle (Transformer) zur Last, der mindestens 5% betragen sollte

Bisher haben wir verstanden:

1. Was sind primäre und sekundäre Feeder?
2. Welches sind die zulässigen Werte des Spannungsabfalls in Kabeln für verschiedene Arten von Abzweigen?
3. Welche Normen gelten für zulässige Spannungsabfallwerte?

Bevor wir fortfahren, einige grundlegende Frage, die gestellt werden sollte, ist:</ p>

Obwohl alle elektrischen Geräte vorhanden sindfür negative Spannungstoleranz von 10% ausgelegt, und die zulässige Abweichung der Systemspannung beträgt ebenfalls 10% auf der negativen Seite. Warum entwerfen wir das Kabel von Quelle zu Last für einen Spannungsabfall von maximal 5%? ausgelegt für einen Spannungsabfall von 10%?

Nun, die Antwort darauf liegt in der Tatsache, dass dortAls Faustregel gilt, dass an Abschlüssen und anderen Punkten wie Kabelverbindungen in einem Stromkreis zwischen Stromquelle und Last 2 Prozent der Spannung verloren gehen. Ein derartiger Spannungsverlust wird nicht angezeigt und bei der Berechnung der Kabelgröße berücksichtigt. Bei der Berechnung der Kabelgröße wird nur der Spannungsabfall im Kabelleiter von der Quelle zur Last berücksichtigt. Es ist ratsam, sicherzustellen, dass der geplante Spannungsabfall 5% nicht überschreitet, um Probleme nach der Installation zu vermeiden.

Es ist viel kostspieliger, ein Gerät zu entfernen und zu ersetzenBestehende Kabel oder Ausrüstungsteile, die unter den Nennwerten liegen, im Vergleich zu den Kosten von Ausrüstung und Kabeln, die mit einer zusätzlichen Größe ausgelegt sind, und vermeiden Probleme aufgrund unzureichender Spannung an der Last.

Der NEC empfiehlt oder fordert einen maximalen Spannungsabfall von 5%, aber realistischerweise Verbindungsimpedanzen, Verschlechterung der Klemmen aufgrund von Hitze und Alter usw. Widerstand gegen die gesamte Schaltung hinzufügen.

oben

Unterschied zwischen Spannungsabfall und Spannungseinbruch?

Ein Spannungseinbruch ist eine Abnahme der Größe einer Versorgungsspannung mit der Dauer einiger Zyklen bis Sekunden. Ein Spannungseinbruch ist ein Problem der Netzqualität, das auftritt, wenn

Plötzliche Änderung der Last, z. B. plötzliches Einschalten der großen induktiven Last oder eines vorübergehenden Fehlers auf der Netzseite des Systems und Impedanz der Quelle (Transformer)

Spannungseinbruch ist eine Art vorübergehende negative SeiteSchwankung der Busspannung, die bei allen anderen an diesen Bus angeschlossenen Lasten auftritt, wird jedoch durch das Einschalten einer einzelnen großen Last verursacht. Es wird hauptsächlich als Abnahme der Busspannung aufgrund des Startens eines großen Motors erfahren. Da die Busspannung abnimmt, erfahren andere an diesen Bus angeschlossene Lasten Spannungsschwankungen. Dieses Phänomen begegnet uns zu Hause oft auch dann, wenn die Spannung durch plötzliches Einschalten des Kühlschranks oder durch eine Klimaanlage schwankt.

Auch im Falle des Nutzens der Zugabe eines großenDie Last wird normalerweise zusammen mit dem Dienstprogramm geplant, damit sie die Tageszeit berechnen kann, zu der eine Last, z. B. ein Büro oder eine Industrieanlage, eingeschaltet ist. Der Spannungsabfall ist der Abfall der Versorgungsspannung, bevor sie an die Last gelangt. Dies liegt völlig an der Impedanz des Verbindungskabels. Aus diesem Grund führen wir zur Überprüfung der Eignung der Transformator-MVA-Kapazität und der Eignung ihrer prozentualen Impedanz die Berechnung der Spannungseinbrüche nach der Dimensionierung des Transformators durch. Gleiches kann auch durch Motorstartstudien durchgeführt werden.

Kommen wir nun zum ursprünglichen Thema zurückist Spannungsabfall und seine Berechnung. Da wir bereits über die zulässigen Spannungsabfallswerte Bescheid wissen, lassen Sie uns einen Ausdruck hinsichtlich der Impedanz der Kabel, der Kabellänge und der Quellenspannung berechnen.

Betrachten wir einen Referenzzeiger als V. Richtung von V als X-Achse und senkrecht zu V als Y-Achse. Die Annäherung OC = OF, die fast wie OE als EF ist, kann wegen EF << OF vernachlässigt werden

X-Komponente des Spannungsabfalls:
= Vdx = AE = AD + DE = AD + BG
= IRCosф + IX Sinф (Gleichung 1)

Y Komponente des Spannungsabfalls:
= Vdy = CE = CG-EG
= CG-BD
= IXCosф - IRSinф (Gleichung 2)

X-Komponente von VS:
VSx = OE = √ (OC2 –CE2)

VSx = √ VS2 - Vdy2 (Gleichung 3)

V = OE-AE = VSx-Vdx (Gleichung 4)

Nun ist der Spannungsabfall Vd:
Vd = VS - V = VS - (VSx - Vdx) (Setzen des Werts von V aus Gleichung-4)
Vd = VS + Vdx - VSx
Vd = VS + Vdx - VS2 - Vdy2 Gleichung -5 (Setzen des Wertes von VSx aus Gleichung-3)

Ersetzen Sie nun die Werte von Vdy und Vdx aus Gleichung-2 bzw. Gleichung-1:

Vd = VS + (IRCosф + IX Sinф) - √ (VS2 - (IXCosф - IRSinф) 2 (Gleichung -6)

Gleichung 6 ist der letzte Ausdruck für den Spannungsabfall, wobei:

VS = die Versorgungsspannung
ich = der Laststrom
R = der Widerstand des Kabelleiters in Ohm / kM
X = die Reaktanz des Kabelleiters in Ohm / kM

Die obige Gleichung für den Spannungsabfall istempfohlen für die exakte Berechnung gemäß IEEE-241, Empfohlene Praxis für elektrische Energiesysteme in gewerblichen Gebäuden, Abschnitt 3.6.1 und IEEE-141, Empfohlene Praxis für die elektrische Energieverteilung in Industrieanlagen, Abschnitt 3.11.1

Viele Berater empfehlen die Verwendung von obenFormel zur genauen Berechnung des Spannungsabfalls in Kabeln für Kraftwerke. Gemäß IEEE-525, Leitfaden für den Entwurf und die Installation von Kabelsystemen in Unterstationen, empfiehlt die Gleichung C.2b in Anhang C die Verwendung der folgenden Formel:

Vd = IRCosф + IXSinф (Gleichung-7)

Da die Kabellänge normalerweise in Metern ausgedrückt wird, sollte vor dem Ersetzen in der obigen Beschreibung eine korrekte Einheitenumrechnung erfolgen.

Manchmal werden mehrere Kabelläufe verwendet, so dass die Anzahl der Kabelläufe als Teilungsfaktor im obigen Ausdruck für den äquivalenten Widerstand erscheinen sollte. Der Multiplikationsfaktor von √3 ist für ein 3-Phasensystem zu verwenden.

Wir erhalten also zwei verschiedene Formeln für den Spannungsabfallvon zwei Standards desselben Codes IEEE. Die in Gleichung Nr. -6 erwähnte Formel kann jedoch als in Gleichung-7 angegebene Formel angenähert werden, wenn die vertikale Komponente der Spannung abfällt Vdy ist im Vergleich zur Versorgungsspannung vernachlässigbar.</ p>

Das heißt, wir vernachlässigen die vertikale Komponente sowohl des induktiven Abfalls als auch des resistiven Abfalls. So näherungsweise VS-Vdy fast gleich VS die Formel in Gleichung-6 wird in Gleichung-7 auf die Formel reduziert.

Widerstand des Kabelleiters

Der Widerstand des Kabelleiters wird aus berechnetWiderstandswert des Leitermaterials bei 20 ° C, einer von allen Kabelherstellern als Standard verwendeten Testtemperatur. Der Widerstand wird durch folgende Formel auf den Widerstand abgestimmt:

Rdc = ρ X L / A

Woher:
ρ = Widerstand bei 20 ° C
L= 1 kM Länge
EIN = Querschnittsfläche des Leiters.

Dieser Widerstand ist Gleichstromwiderstand bei 20 ° C. Es wird durch die folgende Umrechnungsformel bei 90 ° C in einen Gleichstromwiderstand umgewandelt:

Rt = R₂₀ (1 + αT)

Woher:
R₂₀ = Widerstand bei 20 ° C
α = Lineare Ausdehnungskoeffizient von Aluminium
T = Temperatur, bei der der Widerstand berechnet werden soll

Zur Dimensionierung von Kabeln für Wechselstromsysteme der Widerstanddes zu wählenden Leiters sollte ein Wechselstromwiderstand bei 90 ° C und kein Gleichstromwiderstand sein. Der DC-Widerstand wird für die Dimensionierung von Kabeln für DC-Systeme wie Batterie, Ladegerät usw. ausgewählt.

Ein Leiter bietet einen größeren Widerstand gegen eine Strömungvon Wechselstrom als es Gleichstrom tut. Wenn der Begriff "Wechselstromwiderstand eines Leiters" verwendet wird, bedeutet dies den Gleichstromwiderstand dieses Leiters plus ein Inkrement, das den erhöhten Scheinwiderstand im Leiter widerspiegelt. Dieses Inkrement wird hauptsächlich verursacht durch:

Hauteffekt

Dies führt zu einer Abnahme der Stromdichtezur Mitte eines Dirigenten. Ein Längselement des Leiters nahe der Mitte ist von mehr magnetischen Kraftlinien umgeben als ein Element nahe dem Rand.

Daher ist die Gegen-EMK in der Mitte von größerdas Element. Die Nettoantriebs-EMK am Mittelelement wird somit reduziert, was eine Verringerung der Stromdichte zur Folge hat. Einfach ausgedrückt drängt sich die Strömung zur Außenfläche hin.

Proximity-Effekt

In eng beabstandeten Wechselstromleitern gibt es aTendenz, dass sich der Strom zu dem Abschnitt des Leiters verschiebt, der von den anderen Leitern dieses Kabels entfernt ist. Dies wird als Nachbarschaftseffekt bezeichnet. Der Fluss, der den Leiterstrom in einem Leiter verbindet, wird durch den Strom in einem benachbarten Leiter verzerrt, was wiederum eine Verzerrung der Querschnittsstromverteilung verursacht.

Die oben genannten zwei Faktoren sind erhöhtDer Widerstand wird im Allgemeinen als AC / DC-Widerstandsverhältnis ausgedrückt. Es gibt andere magnetische Effekte, die auch eine zusätzliche Erhöhung der AC / DC-Widerstandsverhältnisse verursachen können. Wir werden sie jedoch in diesem Artikel nicht besprechen. Das AC / DC-Verhältnis wird durch den Hauteffektfaktor und den Proximity-Effektfaktor bestimmt.

Rac = (AC / DC) -Verhältnis x Rdc

Für Frequenzen über 60 Hertz wird ein Korrekturfaktor für die Widerstandswerte wie folgt angewendet:

x = 0,027678 f / Rdc

Woher:
f = Frequenz in Hertz
Rdc = Gleichstromwiderstand des Leiters bei Betriebstemperatur in Ohm pro 1000 Fuß. Die Induktivität eines mehradrigen Kabels hängt hauptsächlich von der Dicke der Isolation über dem Leiter ab.

Induktiver Reaktanz des Kabelleiters

Die induktive Reaktanz einer elektrischen Schaltungbasiert auf dem Gesetz von Faraday. Dieses Gesetz besagt, dass die induzierte Spannung, die in einem Stromkreis auftritt, proportional zu der Änderungsrate des magnetischen Flusses ist, der ihn verbindet. Die Induktivität einer elektrischen Schaltung, die aus parallelen Leitern besteht, wie z. B. einem einphasigen konzentrischen Neutralkabel, kann aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

XL = 2 & pgr; f (0,1404 log S / r + 0,153) × 10^-3

Woher:
XL = Ohm pro 1000 Fuß
S = Abstand von der Mitte des Kabelleiters zur Mitte des Neutralleiters
r = Radius des Mittelleiters
S und r muss in derselben Einheit ausgedrückt werden, z. B. Zoll.

Bitte beachten Sie, dass wir für keine Berechnung durchführenErmittlung der induktiven Reaktanz oder des Widerstands des Kabels. Die Aufgabe des Kabelherstellers besteht darin, die Werte tabellarisch in den Katalog zu übernehmen. Wir wählen die Werte direkt aus dem Katalog aus, wie oben beschrieben.

Jetzt in den technischen Artikeln Teil 2 und Teil 1hatte die Dimensionierung des Kabels für einen DOL-Motorabzweig mit einer Nennleistung von 160 kW bei 415 V in Betracht gezogen. Die minimal erforderliche Fläche wurde als 3CX240 Sq mm Al, XLPE berechnet, aufgrund der Dauerstromanforderung wurde jedoch der erforderliche Kabelquerschnitt als 3CX300 Sq mm berechnet.

Lassen Sie uns nun den exakten Lauf- und Startspannungsabfall mit genau überprüfen Gleichung-6 sowie angenähert Gleichung-7.

Widerstand des Leiters von 3CX300 mm Sq Al, VPE-Kabel = 0,128 Ohm / kM (Aus dem Herstellerkatalog)
Reaktanz des Leiters von 3CX300 mm Sq Al, VPE-Kabel = 0,071 Ohm / kM
Kabellänge = 150Mtr (für diese Berechnung angenommen)
Betriebsleistungsfaktor des Motors = 0,85
Anlaufleistungsfaktor des Motors = 0,3
Anlaufstrom des Motors = 6-facher Nennstrom

Angenommen, das Kabel für den Einspeiser ist um 1,5% gefallen, dh von (Quelle) zum Ladezentrum (PCC), was wir hier aus Gründen der Vereinfachung und Platzbeschränkung nicht berechnet haben.

Ändern Gleichung-6 für richtige Einheiten:

L = Kabellänge = 150 Mtr
N = Anzahl der parallelen Kabelverläufe = 1

Ersetzen der Werte alle Werte in der obigen Gleichung:

Laufen Spannungsabfall = 2,52% vom Lastzentrum (PCC) zum Motor.
Gesamtlaufspannungsabfall von Quelle zu Last = dV1 + dV2 = 1,5% + 2,52% = 4,02%, was <5% ist

Beginnend Spannungsabfall = 11,4% vom Lastzentrum (PCC) zum Motor.
Somit ist der gesamte Startspannungsabfall von der Quelle zur Last = dV1 + dV2 = 1,5% + 11,4% = 12,9%, was <15% ist.

Da kann jeder Motor ordnungsgemäß starten, wennDie an der Versorgungsklemme verfügbare Spannung beträgt 85 bis 80% der Bemessungsspannung. Daher ist die gewählte Kabelgröße eines einzelnen Kabels aus 3CX300 Sq mm Aluminium, XLPE-isolierter Leiter unter allen Betriebs- und Startbedingungen für einen Motor mit 160 kW Nennleistung von 415 V und ausreichend 150m vom Lastzentrum entfernt.

Jetzt können wir das oben erhaltene Ergebnis anhand der Näherungsformel überprüfen, sodass wir den Umfang der Näherung analysieren können, die bei der Verwendung dieser Formel involviert ist.

Gleichung-7 für richtige Einheiten ändern:

L = Kabellänge = 150 Mtr
N = Anzahl der parallelen Kabelverläufe = 1

Ersetzen der Werte alle Werte in der obigen Gleichung

Laufen Spannungsabfall = 2,5% vom Lastzentrum (PCC) zum Motor.
Gesamtlaufspannungsabfall von Quelle zu Last = dV1 + dV2 = 1,5% + 2,5% = 4,0%, was <5% ist.

Beginnend Spannungsabfall = 11,05% vom Lastzentrum (PCC) zum Motor.
Der Gesamtstartspannungsabfall von der Quelle zur Last = dV1 + dV2 = 1,5% + 11,05% = 12,55%, was <15% ist.

Daher können wir das auch ungefähr sehenFormel gibt Genauigkeit bis zu einer Dezimalstelle und kann verwendet werden. Wir können eine kleine Fallstudie durchführen, indem wir die Kabellänge in Schritten von 15 Metern von 50 bis 150 Meter variieren und die Differenz des Spannungsabfalls mithilfe von zwei Formeln analysieren.

Nein.	Kabellänge	Genaue Formel		Ungefähre Formel
Nein.	Kabellänge	Laufen	Beginnend	Laufen	Beginnend
1	50	2,35%	5,20%	2,35%	5,18%
2	65	2,56%	6,35%	2,61%	6,29%
3	80	2,80%	7,47%	2,86%	7,39%
4	95	3,10%	8,60%	3,12%	8.50%
5	110	3,30%	9,70%	3,37%	9,60%
6	125	3,63%	10.00%	3,63%	10,70%
7	140	3,90%	12,10%	3,88%	11,81%
8	150	4,02%	12,90%	4,05%	12,55%

Daher können wir nur diesen Spannungsabfall beobachtenNach einer Dezimalstelle, wie sie durch eine exakte Formel erhalten wird, befindet sich diese auf einer niedrigeren Seite, wobei die ungefähre Formel bis zu einer Routenlänge von 100 Metern einen Spannungsabfall auf der höheren Seite ergibt. Bei einer Routenlänge von mehr als 100 Metern konvergieren beide Formeln fast, um den gleichen Spannungsabfall zu erhalten.

Daher ist es ratsam, die genaue Formel so weit wie möglich zu verwenden, die ungefähre Formel gibt jedoch auch das ziemlich genaue Ergebnis an.

Mit dem Abschluss der dritten und letzten KriterienMit dem Spannungsabfall kommt es zu einem Ende der Dimensionierung der Stromkabel für von der Stromversorgung mit 415 V versorgte Leistungsschalter. Mit dieser Methode können Lesegeräte eine formulierte Excel-Tabelle zur Dimensionierung von Stromkabeln für durch Leistungsschalter gesteuerte Zuführungen entwickeln.

</ p>

Verweise:

1. Elektrokabeltechnik, herausgegeben von William A Thue, Herausgeber: MARCELD EKKER INC., NEW YORK
2. IEEE Rotes Buch
3. IEEE Gray-Buch
4. IEEE-525
5. IEEE-835
6. Indischer Standard-1255 (zweite Version)