So berechnen Sie die Kabelgröße: Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für Elektroprojekte

Wenn Sie einen erfahrenen Elektrotechniker fragen, werden Sie dasselbe hören: Die Kabeldimensionierung ist keine Formel, sondern eine kurze Kette von Kontrollen, und jedes Glied in dieser Kette muss halten. Stellen Sie den richtigen Strom ein, ignorieren Sie jedoch die Leistungsminderungsfaktoren, und der Leiter wird heißer, als seine Isolierung jemals ausgelegt war. Wenn Sie die richtige Stromstärke einstellen, aber den Spannungsabfall ignorieren, weigert sich der Motor am anderen Ende der Leitung, anzuspringen. Wenn Sie die Kurzschlussprüfung überspringen, ist die Installation nur einen Fehler von einem schwerwiegenden Vorfall entfernt.

Die folgende Methode folgt der Reihenfolge, die unsere eigenen Ingenieure bei der Prüfung eines Projekts anwenden: Zuerst den Strom auslegen, dann die Koordination mit der Schutzvorrichtung, dann die Strombelastbarkeit, dann den Spannungsabfall und dann die Kurzschlussfestigkeit. Gehen Sie die Schritte der Reihe nach durch und der richtige Querschnitt wird sich fast von selbst aussuchen.

Bevor Sie beginnen: Sammeln Sie die Eingaben

Fast jede Verzögerung bei der Kabeldimensionierung ist auf eine fehlende Eingabe zurückzuführen. Sammeln Sie diese, bevor Sie einen Tisch eröffnen:

• Lastdaten: Leistung in kW oder kVA, Leistungsfaktor, Wirkungsgrad, Einschaltdauer und Gleichzeitigkeit.
• Systemdaten: Nennspannung, Anzahl der Phasen, Frequenz und ob die Versorgung TN, TT oder IT ist.
• Schutzdaten: Typ und Nennleistung des Leistungsschalters oder der Sicherung sowie seine Auslöseeigenschaften.
• Installationsmethode: mehradrig oder einadrig, auf einer Wanne, im Kabelkanal, direkt geklemmt, im Freien oder vergraben.
• Umgebung: Umgebungslufttemperatur, Bodentemperatur und Wärmewiderstand, Vergrabungstiefe und Anzahl der Strecken, die sich die Route teilen.
• Streckendaten: einfache Länge in Metern, zuzüglich einer eventuell bereits geplanten zukünftigen Verlängerung.
• Fehlerdaten: voraussichtlicher Kurzschlussstrom am Ursprung und erforderliche Abschaltzeit.

Notieren Sie die Werte. Ein Dimensionierungsblatt, das die Eingaben zeigt, kann in wenigen Minuten überprüft werden. jemand, der das nicht tut, wird immer in Frage gestellt.

Schritt 1 – Berechnen Sie den Auslegungsstrom (Ib)

Der Auslegungsstrom ist der Strom, den das Kabel im normalen Betrieb führt. Für eine dreiphasige Last:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

und für eine einphasige Last:

Ib = P / (U × cos φ)

Eine kurze Veranschaulichung: Eine dreiphasige Last von 90 kW an einer 400-V-Versorgung mit einem Leistungsfaktor von 0,85 verbraucht 90.000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153 A. Diese einzelne Zahl legt die Grundlage für alles, was folgt, da die Schutzvorrichtung mindestens so groß und das Kabel mindestens so leistungsfähig sein muss.

Zwei Verbesserungen sind erwähnenswert. Der Anlaufstrom des Motors ändert nichts am ausgelegten Dauerstrom, beeinflusst aber die Wahl des Schutzes und die Spannungsabfallprüfung. Und in Installationen mit einem hohen Oberwellengehalt, wie z. B. Büros voller elektronischer Lasten oder einer Anlage voller Antriebe, muss der Neutralleiter möglicherweise eher für mehr als den Phasenstrom als für weniger dimensioniert werden.

Schritt 2 – Koordinieren Sie das Kabel mit der Schutzvorrichtung

Ein Kabel ist nur dann geschützt, wenn das davor liegende Gerät abschaltet, bevor die Isolierung beschädigt wird. In der Praxis bedeutet das, dass zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein müssen:

Ib ≤ In ≤ Iz

Dabei ist Ib der Auslegungsstrom, In der Nennwert der Schutzvorrichtung und Iz die korrigierte Strombelastbarkeit des Kabels. Eine zweite Bedingung, I2 ≤ 1,45 × Iz, bestätigt, dass das Gerät tatsächlich mit seinem herkömmlichen Auslösestrom arbeitet, ohne den Leiter zu überhitzen.

Die praktische Konsequenz ist einfach. Wenn der berechnete Strom 153 A beträgt, wählen Sie keinen 200-A-Schutzschalter und suchen dann nach einem Kabel, das groß genug dafür ist. Sie wählen die kleinste Standardleistung über der Last, die hier 160 A beträgt, und dimensionieren das Kabel entsprechend diesem Wert.

Schritt 3 – Finden Sie die Basisstrombelastbarkeit

Tabellen zur Strombelastbarkeit, unabhängig davon, ob sie IEC 60364-5-52, BS 7671 oder einem Herstellerkatalog entnommen sind, basieren auf einem definierten Satz von Bedingungen: einer Referenzumgebungstemperatur, einer angegebenen Installationsmethode, einer definierten Anzahl belasteter Leiter und einem einzelnen Stromkreis. Suchen Sie die Zeile, die Ihrem Querschnitt entspricht, und die Spalte, die Ihrer Installation entspricht.

Drei Entscheidungen dominieren das Ergebnis. Auf das Leitermaterial kommt es an, denn Aluminium benötigt für den gleichen Strom etwa den anderthalbfachen Querschnitt von Kupfer. Die Isolierung ist wichtig, da ein XLPE-Kabel mit einem Leiter bei 90 °C betrieben werden kann, während ein PVC-Kabel auf 70 °C begrenzt ist. Und die Installationsmethode ist von enormer Bedeutung, da ein in freier Luft befestigtes Kabel viel leichter Wärme abgibt als dasselbe Kabel, das in ein überfülltes Rohr gezogen wird.

Hier wird ein echter Katalog wirklich nützlich, da die Lücke zwischen den Isolationstypen kein Rundungsfehler ist. Ein 6/1 kV XLPE-isoliertes Stromkabel führt deutlich mehr Strom als ein PVC-Äquivalent mit demselben Kupferquerschnitt, einfach weil seine Isolierung eine höhere Leitertemperatur verträgt.

Nennspannung 0,6/1 kV XLPE-isoliertes Stromkabel Das mit vernetztem Polyethylen isolierte Stromkabel mit einer Nennspannung von 0,6/1 kV nutzt chemische oder physikalische Methoden, um Polyethylenmoleküle aus einer linearen Struktur umzuwandeln... Produkt anzeigen →

Schritt 4 – Anwenden der Korrekturfaktoren

Reale Installationen entsprechen nie den Referenzbedingungen einer Tabelle, daher muss die Grundkapazität reduziert werden. Die Faktoren multiplizieren sich:

Iz = It × Ca × Cg × Cs × CD

Wenn die herabgesetzte Kapazität unter dem Nennwert der Schutzvorrichtung liegt, gehen Sie einen Querschnitt nach oben und wiederholen Sie die Berechnung. Es kommt häufig vor, dass ein Kabel die aktuelle Prüfung erst nach zwei oder drei Versuchen besteht.

Schritt 5 – Überprüfen Sie den Spannungsabfall

Ein Kabel, das den Strom führt, ist möglicherweise noch zu klein für die Strecke. Der Spannungsabfall steigt sowohl mit dem Strom als auch mit der Länge, und es ist die Prüfung, die bei langen Einspeisungen meist einen größeren Querschnitt erzwingt.

Spannungsabfall = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Für einen dreiphasigen Stromkreis enthält der tabellarische mV/A/m-Wert bereits den Faktor √3. Typische Grenzwerte liegen bei 3 % für Beleuchtungsstromkreise und 5 % für Stromkreise, gemessen vom Ursprung der Installation bis zu den Anschlüssen der Last, wobei die Toleranz zwischen der Einspeisung und dem Endstromkreis aufgeteilt wird.

Nehmen wir einen 70 mm² großen Kupferleiter, der 160 A über 80 m führt. Sein dreiphasiger Abfall beträgt etwa 0,58 mV/A/m, der Verlust beträgt also 0,58 × 160 × 80 / 1000 = 7,4 V oder 1,9 % von 400 V, was deutlich innerhalb der Grenze liegt. Wäre die Strecke stattdessen 300 m lang gewesen, hätte die gleiche Berechnung 27,8 V ergeben und eine Querschnittserhöhung erzwungen.

Schritt 6 – Überprüfung der Kurzschlussfestigkeit

Während eines Fehlers führt der Leiter einen Strom, der um ein Vielfaches höher ist als sein normaler Nennwert, und er muss lange genug überleben, damit der Schutz den Fehler beheben kann. Der adiabatische Überprüfen ist der Standardansatz:

S ≥ (I × √t) / k

Dabei ist I der voraussichtliche Fehlerstrom in Ampere, t die Abschaltzeit in Sekunden und k eine Konstante, die vom Leitermaterial und seiner Isolierung abhängt. Bei Kupferleitern beträgt k typischerweise 143 mit XLPE-Isolierung und 115 mit PVC, während bei Aluminiumleitern niedrigere Werte verwendet werden. Ein 20-kA-Fehler, der in 0,2 s behoben wird, erfordert 20.000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² Kupfer, weshalb manchmal die Kurzschlussprüfung und nicht die Stromprüfung über die endgültige Größe entscheidet.

Die gleiche Aufmerksamkeit verdient der Schutzleiter. Es muss der gleichen Fehlerenergie standhalten und so dimensioniert sein, dass die Impedanz der Erdschlussschleife eine Auslösung des Geräts innerhalb der zulässigen Zeit ermöglicht.

Ein funktionierendes Beispiel

Stellen Sie die sechs Schritte für einen 90-kW-Motorabzweig in einem 400-V-System mit einem Leistungsfaktor von 0,85 zusammen, der 80 m auf einem Tablett in 40 °C warmer Luft verlegt ist und zwei weitere belastete Stromkreise daneben hat.

Die Antwort ist ein vieradriges 70 mm² großes XLPE-Kupferkabel. Beachten Sie, in welchem ​​Schritt die Größe festgelegt wurde: 70 mm² waren erforderlich, um 160 A nach der Leistungsreduzierung zu tragen, und es bestand auch die adiabatische Prüfung mit nur einem kleinen Spielraum. Reduzieren Sie die Gruppierung oder die Umgebungstemperatur und dieser Spielraum verschwindet.

Wo die Kabeldimensionierung normalerweise schief geht

• Dimensionierung auf Basis der Nennlast unter Vernachlässigung von Diversität, Kapazitätsreserven oder zukünftiger Erweiterung.
• Verwendung einer Tabelle basierend auf 30 °C, wenn der Technikraum bei 45 °C betrieben wird.
• Das Ignorieren der Gruppierung, auch wenn drei Stromkreise auf einem Kabelschacht ein Kabel weitaus stärker belasten, als die meisten Leute erwarten.
• Lesen einer PVC-Spalte für ein XLPE-Kabel oder umgekehrt.
• Überprüfen des Spannungsabfalls an der ersten Last im Stromkreis statt an der letzten.
• Vergessen Sie, dass der Neutralleiter in dreiphasigen Vierleiterstromkreisen Oberschwingungsströme führen kann.
• Behandeln Sie die Kurzschlussprüfung bei kleinen Auflagen als optional, da sie oft der entscheidende Faktor ist.

Zwei Fälle, die besondere Pflege benötigen

Mittelspannungseinspeiser

Von 3,6/6 kV bis 26/35 kV bleibt die Logik gleich, aber Isolationsdicke, Schirmkonstruktion und Erdung des Metallmantels fließen in die Berechnung ein. Der Metallschirm muss seine eigene Kurzschlusspflicht erfüllen, und die Erdungsanordnung beeinflusst sowohl den Fehlerpegel als auch das thermische Verhalten des Kabels. Größenbestimmung a 26/35 kV XLPE-isoliertes Stromkabel Dies bedeutet, dass dieselben Grenzwerte unter Hinzufügung zusätzlicher Abschirmungs- und Erdungsbedingungen überprüft werden müssen.

Nennspannung 3,6/6 kV–26/35 kV XLPE-isoliertes Stromkabel Das vernetzte, mit Polyethylen isolierte Stromkabel mit einer Nennspannung von 3,6/6 kV–26/35 kV verwendet einen fortschrittlichen Vernetzungsprozess. Durch chemische oder physikalische Methoden wird Polye... Produkt anzeigen →

Antriebsschaltungen mit variabler Frequenz

Antriebe leiten Oberschwingungsströme und schnelle Spannungsimpulse durch das Kabel, sodass der Strom, den Sie anhand des Motortypenschilds berechnen, nicht der Strom ist, den das Kabel tatsächlich sieht. Ein spezielles Antriebskabel mit einem symmetrischen dreiadrigen Aufbau und einer ordnungsgemäß verbundenen Abschirmung hält diese Ströme unter Kontrolle und reduziert elektromagnetische Störungen benachbarter Schaltkreise. Bei langen Motorleitungen sollten die Kabellängenbeschränkungen des Antriebsherstellers bei der Dimensionierung berücksichtigt werden.

Kabel für Frequenzumrichter (Nennspannung bis zu 6 kV) Produktübersicht Frequenztransformatorkabel (allgemein bekannt als VFD-Kabel) sind Stromübertragungsleitungen, die speziell für industrielle Frequenzumrichter entwickelt wurden... Produkt anzeigen →

Von der Berechnung bis zum Kabel, dem Sie vertrauen können

Das Rechnen ist nicht schwer. Die Schwierigkeit liegt in den Zahlen, die Sie eingeben, also der Umgebungstemperatur, der Gruppierung, der Störungsstufe und der Streckenlänge, und darin, zu wissen, welcher Standard das Projekt regelt.

Wuxi Guanghuan Cable Co., Ltd. produziert seit 1998 in Guanlin, Yixing, Kabel in mehr als 100 Produktvarianten und rund 30.000 Spezifikationen, von 450/750-V-Verkabelungen bis hin zu 26/35-kV-XLPE-Stromkabeln, mit einem nach ISO 9001 zertifizierten Qualitätsmanagement und vom TÜV Rheinland zugelassenen Produkten. Jede Bestellung beginnt mit einem Gespräch über die richtige Größe, denn das wirtschaftlichste Kabel ist das, das gleich beim ersten Mal passt. Senden Sie uns die Last, die Route und die Umgebung, und unsere Ingenieure senden Ihnen eine Größenempfehlung mit den vollständigen Reduzierungsfaktoren zurück. Ein kurzer Blick auf unsere Fabrik zeigt, wie diese Kabel hergestellt, getestet und für die Auslieferung vorbereitet werden.

Wenn Sie eine Ebene tiefer in die Wechselwirkung zwischen Produktleistung und Größe eintauchen möchten, Unser Artikel über die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl von Stromkabeln zu berücksichtigen sind ist eine nützliche Ergänzung zu diesem Leitfaden.