1. No category

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