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Dimensionierung der Stromkabel für durch Leistungsschalter gesteuerte Abgänge (Teil 1)

Niederspannungsschaltschrank mit Leistungsschaltern

Niederspannungsschalttafel mit Trennschaltern


Die folgenden drei Kriterien gelten für die Dimensionierung von Kabeln für von Leistungsschaltern gesteuerte Abzweige:

I. Kurzschlussstromfestigkeit

Dieses Kriterium wird angewendet, um die Mindestquerschnittsfläche des Kabels zu bestimmen, damit das Kabel dem Kurzschlussstrom standhalten kann.

Fehler beim Überprüfen der Leitergröße fürKurzschlussbeheizung kann zu bleibenden Schäden an der Kabelisolierung und zu einem Brand führen. Zusätzlich zu den thermischen Spannungen kann das Kabel auch erheblichen mechanischen Spannungen ausgesetzt sein.

II. Dauerstrombelastbarkeit

Dieses Kriterium wird angewendet, damit der Querschnitt des Kabels bei der vorgesehenen Umgebungstemperatur und den Verlegungsbedingungen den erforderlichen Laststrom kontinuierlich führen kann.

III. Start und Betriebsspannung fällt im Kabel ab

Dieses Kriterium wird angewendet, um sicherzustellen, dass dieDer Querschnitt des Kabels reicht aus, um den Spannungsabfall (aufgrund der Impedanz des Kabelleiters) innerhalb der festgelegten Grenzen zu halten, so dass das Gerät, das über dieses Kabel mit Strom versorgt wird, mindestens die minimal erforderliche Spannung an der Eingangsklemme der Stromversorgung erhält sowohl während des Startens als auch während des Betriebs.


1. Kriterien-1 Kurzschlusskapazität

Die Maximaltemperatur wurde unter kurz erreichtDie Schaltung hängt sowohl von der Stärke als auch von der Dauer des Kurzschlussstroms ab. Die Menge I2t repräsentiert den Energieeintrag durch einen Fehler, der den Kabelleiter aufheizt. Dies kann durch die Formel auf die Leitergröße bezogen werden:

Gleichung 1

EIN = Minimale erforderliche Querschnittsfläche in mm2
t = Betriebszeit der Abschaltvorrichtung in Sekunden
ISC = RMS Kurzschlussstrom Wert in Ampere
C = Konstante gleich 0,0297 für Kupfer & 0,0125 für Aluminium
T2 = Endtemp. ° C (max. Kurzschlusstemperatur)
T1 = Anfangstemp. ° C (max. Betriebstemperatur des Kabels - Normalbedingungen)
T0 = 234,5 ° C für Kupfer und 228,1 ° C für Aluminium

Gleichung-1 kann vereinfacht werden, um den Ausdruck für die minimale Leitergröße zu erhalten, wie unten in angegeben Gleichung-2:

Gleichung 2

Jetzt K kann als Konstante definiert werden, deren Wert abhängtauf das Leitermaterial, seine Isolations- und Randbedingungen der Anfangs- und Endtemperatur, da während Kurzschlussbedingungen die Temperatur des Leiters schnell ansteigt. Die Kurzschlussfähigkeit ist durch die maximale Temperaturfähigkeit der Isolation begrenzt. Der Wert von K ist also wie in angegeben Tabelle 2.

Die Randbedingungen der Anfangs- und Endtemperatur für unterschiedliche Isolierungen sind in angegeben Tabelle 1 unten.

Tabelle 1

Dämm Material Endtemperatur T2 Anfangstemperatur T1
PVC 160 ° C 70 ° C
Butylkautschuk 220 ° C 85 ° C
XLPE / EPR 250 ° C 90 ° C

Tabelle 2

Material → Kupfer Aluminium
Isolierung → PVC Butylkautschuk XLPE / EPR PVC Butylkautschuk XLPE / EPR
(K) 1 Sekunde Strom
Bewertung in Amp / mm2
115 134 143 76 89 94
(K) 3 Sekunden Strom
Bewertung in Amp / mm2
66 77 83 44 51 54

Im Finale Gleichung-2 Wir haben den Wert von konstant bestimmt K. Nun ist der Wert von t ist zu bestimmen. Der Fehlerstrom (ISC) in der obigen Gleichung variiert mit der Zeit. Die Berechnung des exakten Wertes des Fehlerstroms und die darauf basierende Dimensionierung des Stromkabels kann jedoch kompliziert sein. Um den Prozess zu vereinfachen, kann das Kabel aufgrund der Unterbrechungsfähigkeit der Schutzschalter / Sicherungen dimensioniert werden, die sie schützen.

Bei diesem Ansatz wird davon ausgegangen, dass der verfügbare Fehlerstrom die maximale Kapazität des Schalters / der Sicherung ist, und berücksichtigt auch die Kabelimpedanzen, um die Fehler zu reduzieren.

Die Fehlerbehebungszeit (tc) der Schalter / Sicherungen gemäß ANSI / IEEE C37.010, C37.013 und UL 489 ist</ p>
  • Verwenden Sie für Leistungsschalter (4,16 kV) im Mittelspannungsbereich 5-8 Zyklen
  • Für Starter mit Strombegrenzungssicherungen einen ½ Zyklus verwenden
  • Verwenden Sie für Niederspannungsschalter mit mittlerer / kurzer Zeitverzögerung 10 Zyklen
  • Verwenden Sie für Niederspannungsunterbrecher mit sofortiger Auslösung 1 Zyklus

Lassen Sie uns alternativ berücksichtigen, dass der Feeder für istjeder große Motor, der von einer LV 415V- oder 400V-Schaltanlage gespeist wird, die einen Leistungsschalter mit separatem Multifunktions-Motorschutzrelais hat (für diese Berechnung wird angenommen, dass es sich bei SIEMENS um 7SJ61 handelt)

Die sofortige Schutzfunktion dieserDas Relais wird eingeschaltet, sobald ein Fehler auftritt. Das ausgewählte Kabel muss jedoch die Fähigkeit haben, den maximalen Fehlerstrom für eine begrenzte Dauer (d. H. Die Fehlerbeseitigungszeit des Leistungsschalters) zu überstehen.

Die Mindestfehlerdauer (für die momentane Einstellung) für Kabel wird wie folgt berechnet:

Si. Nein. Parameter Zeit in ms Quelle / Zurück
1 Relaisabtast- / Ansprechzeit 20 SIEMENS 7SJ61 technische Daten
2 Toleranz / Verzögerungszeit 10 SIEMENS 7SJ61 technische Daten
3 Betriebszeit des Schalters 40 L & T macht C-Power Breaker mit einer typischen Öffnung
Zeit von 40 ms und Schließzeit von 60 ms)
4 Relais überschwingen 20 GEC-Handbuch „Netzwerkschutz und Automatisierung
Führen"
5 Sicherheitsabstand 30
GESAMTZEIT IN MILI-SEKUNDEN 120

Daher das Kabel für eine Schaltung ausgewähltEin Motorschutzschalter mit Leistungsschalter in Schaltanlagen mit 415 V oder 400 V muss für einen maximalen Bemessungsfehlerstrom von 50 kA für mindestens 120 ms ausgelegt sein. Unter Berücksichtigung der Alterung, häufiger Betriebsdauer, Erhöhung des Übergangswiderstandes des Trennschalters und schließlich zur Abdeckung der von Hersteller zu Hersteller bedingten Abweichung von 40 Mili Sekunden in der Öffnungszeit des Leistungsschalters.

Daher muss das Kabel, das für einen durch einen Leistungsschalter gesteuerten Motorabgang in einer 415-V- oder 400-V-Schaltanlage ausgewählt wird, für den maximalen Bemessungsfehlerstrom von geeignet sein 50 kA für mindestens (120 + 40) 160 ms. Viele Berater empfehlen für die Betriebszeit des Trennvorgangs auch 200 ms. Wert von "t”Mehr als 160 Sekunden ist ein konservativer Entwurf.

A = (Isc x √ t) / K = (50000 x 0 0,16) / 94 = 212,766 mm2</ p>

Nächste Standardkabelgröße: = 240 mm2

Obwohl diese Auswahl der minimalen Querschnittsfläche des Kabelleiters 240 mm betragen kann2 ist gerade gerade groß genug für die Pflicht, dieDer tatsächliche Fehlerstrom im Motorkreis ist im Allgemeinen niedriger als die Schaltfestigkeit der Schalttafel von 50 kA. Daher bietet die Auswahl eines Kabels mit einem Querschnitt von 240 mm2 in der Praxis eine ausreichende Designspanne.

Der Mindestquerschnitt des Kabels, der für den 415-V- oder 400-V-Schaltmotorkopf benötigt wird, um die Fehlerfestigkeit zu gewährleisten, muss 240 mm betragen2.

Wir haben für den Leistungsschalter kontrolliertMotorabzweig und analysierte die Dauer der Kurzschluss- / Fehlerhaltezeit in Sekunden für dieselbe. Genau das Gleiche gilt für den vom Leistungsschalter gesteuerten Ausgangsabzweig des Transformators (siehe nachfolgende Abbildung).

Betriebszeit der Trennvorrichtung ist jedochetwas anders für durch den Leistungsschalter gesteuerte Eingangs- und Kabelzuführungen. Die Störungsdauer / Betriebszeit der Trennvorrichtung für Einlauf- und Kabelzufuhrgerät beträgt 1 bzw. 0,5 Sekunden. Dies ist auf das zusätzliche Vorhandensein von inversen, minimalen Verzögerungsschutzrelais und sofortigen Schutz zurückzuführen. Der inverse definierte Zeitverzögerungsschutz hat Zeiteinstellungen von mehr als 0,5 für Zufuhrzuführungen und etwa 0,5 für Anschlusszuführungen.

Die Betriebszeit der Trennvorrichtung ist für alle Arten von Zuführungen in der folgenden Abbildung angegeben:

Typischer Wert für t (Fehlerbeseitigungszeit)

Typischer Wert für t (Fehlerbeseitigungszeit). Alle Verbindungskabel müssen für die im obigen Diagramm angegebene Kurzschlussdauer (t) ausgelegt sein


Die endgültige Kabelgröße ist unter Berücksichtigung der beiden anderen Kriterien zu wählen, nämlich Dauerstrombelastbarkeit und Spannungsabfall, die fortgesetzt werden würden Teil 2 und Teil-3.

Bemerkungen: