Přehřátí kabelu v a400-ampérový rozvodný systémje především problém tepelného a elektrického návrhu. Teplota kabelu závisí na odporu vodiče, provozním proudu, okolní teplotě, způsobu instalace, seskupení kabelů, izolační teplotě a kvalitě elektrických spojů.

Distribuční systém 400A může obsahovat hlavní přívodní kabel, přípojnice, hlavní jistič, jističe odboček, průmyslové konektory a více kabelů po proudu. Kabel nepracuje automaticky při 400A jednoduše proto, že rozvodná skříň je dimenzována na 400A. Skutečný proud vodiče musí být určen z připojené zátěže a konfigurace elektrického systému.

Co je 400ampérový distribuční systém?

400-ampérový rozvodný systém je vysokoproudé elektrické zařízení, které přijímá energii prostřednictvím hlavního vstupního obvodu a rozvádí ji do několika navazujících obvodů. Typický systém se skládá z a400A-hlavní odpojovač nebo MCCB, měděné přípojnice, fázové vodiče, nulový vodič, ochranný zemnící vodič, jističe odboček, kabelové koncovky, kabelové průchodky a průmyslové konektory.

Aktuální cesta obvykle následuje:

Zdroj napájení → Příchozí kabel → Hlavní jistič → Přípojnice → Ochrana větve → Distribuční kabely → Koncové zařízení

U tří{0}}fázového systému jsou hlavními vodiči obvykle L1, L2 a L3, přičemž N a PE jsou uspořádány podle návrhu elektrického systému. Velikost kabelu se volí spíše podle skutečného provozního proudu a podmínek instalace, než aby jednoduše odpovídala 400A typovému štítku distribučního zařízení.

Proč se kabely přehřívají?

Základním zdrojem ohřevu vodiče je elektrický odpor. Když proud protéká vodičem, elektrická energie se přeměňuje na teplo podle:

P = I²R

kdePje tepelná ztráta vodiče ve wattech,Ije proud v ampérech aRje odpor vodiče v ohmech.

Tento vztah je důležitý, protože zahřívání kabelů se rychle zvyšuje se stoupajícím proudem. Například, pokud se proud procházející vodičem zvýší z 200A na 300A, zatímco odpor zůstane konstantní, odporové zahřívání se zvýší faktorem:

(300 / 200)² = 2.25

Proto vodič nesoucí 300A neprodukuje pouze o 50 % více odporového tepla než stejný vodič nesoucí 200A; jeho ztráty I²R jsou přibližně o 125 % vyšší.

Teplota kabelu je také ovlivněna schopností instalace toto teplo odvádět. Kabel instalovaný ve volném vzduchu může uvolňovat teplo odlišně od stejného kabelu instalovaného uvnitř potrubí, kabelového žlabu, potrubí, podzemní trasy nebo těsně uzavřeného kabelového svazku.

Jak se vyvíjí teplota kabelu během provozu

Když je rozvodný systém 400 A pod napětím, proud produkuje teplo uvnitř vodiče. Teplo prochází izolací vodiče a vnějším pláštěm a je pak přenášeno do okolního vzduchu, podnosu, potrubí, půdy nebo jiného instalačního média.

Kabel dosáhne tepelné rovnováhy, když je generované teplo přibližně vyváženo teplem odváděným do okolního prostředí.

Praktické pořadí je:

Zatěžovací proud → Ztráta I²R vodiče → Zvýšení teploty → Přenos tepla izolací → Odvod tepla do prostředí

Pokud generované teplo trvale převyšuje teplo, které lze odvést, teplota vodiče dále roste. Nadměrná teplota může urychlit stárnutí izolace, změkčit některé polymerní materiály, zvýšit kontaktní odpor u poškozených spojů a případně způsobit selhání izolace.

Vyberte kabel podle skutečného proudu

Prvním krokem k zabránění přehřátí je určit skutečný návrhový proud spíše než výběr kabelu pouze na základě jmenovitého proudu 400 A rozvodné skříně.

Distrobox 400A může napájet několik větví současně. Následná zatížení mohou například zahrnovat svařovací zařízení, čerpadla, kompresory, osvětlení, zařízení HVAC a dočasné kabiny na místě. Každý obvod má jiný provozní proud a pracovní cyklus.

Výběr kabelu by měl vzít v úvahu:

Trvalý provozní proud

Maximální požadovaný proud

Třífázový nebo jednofázový-fázový provoz

Materiál vodiče

Hodnocení izolace kabelu

Způsob instalace

Okolní teplota

Počet zatížených vodičů

Seskupení kabelů

Délka kabelu

Přípustný pokles napětí

Požadavky na odolnost proti zkratu-

Konečnou kapacitu je třeba získat z příslušného elektrického kódu, údajů výrobce kabelu a podmínek instalace. Nominální "kabel 400A" by neměl být vybrán bez kontroly skutečného způsobu instalace a korekčních faktorů.

Měděné a hliníkové vodiče

Měď a hliník jsou dva běžné materiály vodičů používané ve silnoproudých{0}}distribučních systémech.

Měď má vyšší elektrickou vodivost než hliník, takže měděný vodič může obecně dosáhnout dané proudové -zatížitelnosti s menším průřezem- za srovnatelných podmínek instalace. Hliník má nižší hustotu a může snížit hmotnost vodiče, ale je třeba zvážit jeho větší průřez-a vhodné způsoby zakončení.

U systému 400 A by proto výběr vodiče měl vzít v úvahu obojíelektrický odpor a mechanické zakončení. Materiál vodiče musí být kompatibilní s kabelovým okem, svorkovnicí, svorkou jističe a přípojnicí.

Například hliníkový kabel připojený ke svorce určené pouze pro měděné vodiče může způsobit problém se zakončením, i když je vypočtená ampacity vodiče přiměřená.

Průřez-kabelu a proudová hustota

Plocha průřezu vodiče- přímo ovlivňuje odpor a tepelné chování. Zvětšení průřezu vodiče- snižuje elektrický odpor pro danou délku vodiče a materiál.

Pro dirigenta:

R = ρL/A

kde:

ROdpor vodiče =

ρ= elektrický odpor materiálu vodiče

LDélka vodiče =

A= průřez vodiče-

S rostoucí délkou kabelu se zvyšuje odpor. S rostoucí plochou průřezu vodiče-se snižuje odpor.

To se stává důležitým v dočasných energetických systémech, kde může být generátor umístěn desítky nebo dokonce stovky metrů od hlavní rozvodné skříně. Vodič, který je tepelně přijatelný na krátké trase, může způsobit nadměrný pokles napětí a dodatečné ztráty na mnohem delší trase.

Délka kabelu a pokles napětí

Pokles napětí není totéž jako přehřátí kabelu, ale obojí souvisí s impedancí vodiče a proudem.

Dlouhý kabel s vysokým proudem vytváří větší úbytek napětí, protože odpor vodiče roste s délkou. Výsledné elektrické ztráty jsou také úměrné druhé mocnině proudu.

Pokud například distribuční systém 400 A napájí zařízení přes dlouhou dočasnou kabelovou trasu, měl by technik vypočítat pokles napětí pomocí skutečného:

Délka kabelu

Průřez vodiče-

Materiál vodiče

Proud

Účiník

Systémové napětí

Počet fází

Konfigurace kabelu

Kabelová trasa, která je technicky v rámci své tepelné kapacity, může stále produkovat nepřijatelný pokles napětí, pokud je trasa příliš dlouhá.

Okolní teplota mění kapacitu kabelu

Kapacita kabelu je normálně založena na definované referenční teplotě okolí. Když se okolní teplota zvýší, teplotní rozdíl dostupný pro odvod tepla se zmenší.

Například kabel pracující při limitu teploty vodiče 90 stupňů má při instalaci v prostředí s úhlem 20 stupňů jinou tepelnou rezervu než v prostředí se 45 stupni.

Zjednodušenou tepelnou rezervu lze znázornit jako:

Temperature Margin=Maximální povolená teplota vodiče – teplota okolí

Při okolní teplotě 20 stupňů:

90 stupňů − 20 stupňů=70 stupňů

Při okolní teplotě 45 stupňů:

90 stupňů − 45 stupňů=45 stupňů

Skutečný korekční faktor musí být převzat z příslušné normy kabelu nebo z tabulek zatížitelnosti výrobce. Zjednodušený výpočet ukazuje, proč nelze automaticky předpokládat, že stejný kabel má stejnou proudovou -zatížitelnost za různých okolních podmínek.

Seskupování a svazování kabelů

Seskupování kabelů je jednou z běžných příčin zvýšené provozní teploty v dočasných rozvodech.

Když je několik zatížených kabelů instalováno blízko sebe, teplo generované jedním kabelem zvyšuje okolní teplotu sousedních kabelů. Pokud jsou kabely pevně svázány, sníží se dostupná plocha-pro odvod tepla a proudění vzduchu.

To je zvláště důležité pro distribuční systém 400 A, protože příchozí a odchozí kabely mohou mít velké rozměry vodičů a značné množství tepla.

U kabelových žlabů a dočasných instalací by měl technik zvážit:

Počet naložených kabelů

Vzdálenost mezi kabely

Rozměry kabelového žlabu

Zda jsou kabely naskládány

Větrání kolem vaničky

Okolní teplota

Zda jsou kabely nepřetržitě zatěžovány

Vhodný korekční faktor seskupení by měl být získán z příslušné instalační normy spíše než odhadem pouze z vizuálních vzdáleností.

Zabraňte navíjení kabelů s vysokým{0}}proudem během nepřetržitého provozu

Vysokoproudý ohebný kabel by neměl být ponechán pevně stočený, zatímco vede značný nepřetržitý proud, pokud výrobce kabelu výslovně nepovolí takové podmínky instalace.

Když je kabel svinutý, teplo generované vnitřními závity má menší příležitost k rozptýlení do okolního vzduchu. Více závitů se proto může chovat tepelně jako těsně seskupená kabelová instalace.

To je zvláště důležité pro dočasné konstrukce a energetické systémy pro události, kde jsou dlouhé flexibilní kabely běžně přepravovány na kotoučích nebo cívkách. Před přivedením proudu do vysokonapěťového obvodu by měl být kabel zaveden podle pokynů výrobce k instalaci tak, aby jeho tepelné provozní podmínky odpovídaly jmenovité metodě instalace.

Kabelové koncovky mohou být teplejší než kabel

Častým bodem přehřátí není samotný vodič, ale elektrické spojení mezi vodičem a svorkou.

Mezi typické spojovací body patří:

Svorky MCCB

Přípojnicové spoje

Kabelová oka

Svorkovnice

Zásuvkové kontakty IEC 60309

Sestavy kabelových průchodek

Výstupní terminály-distribuční skříně

Uvolněný nebo nesprávně připravený spoj zvyšuje přechodový odpor. Protože následuje topeníP = I²RI relativně malé zvýšení přechodového odporu může způsobit významné lokalizované zahřívání při vysokém proudu.

Například přechodový odpor pouze 100 mikro-ohmů při 400 A produkuje:

P = 400² × 0.0001 = 16 W

Těchto 16W se soustředí na malou plochu fyzického připojení a není distribuováno po několika metrech kabelu. V důsledku toho může svorka dosáhnout výrazně vyšší teploty než okolní vodič.

Správná instalace kabelového oka

Kabelová oka musí odpovídat materiálu vodiče, průřezu vodiče-, geometrii svorek a příslušnému způsobu instalace.

Typický proces ukončení zahrnuje:

Příprava kabelu → Sejmutí izolace → Vložení vodiče → Krimpování → Mechanická kontrola → Instalace svorek → Ověření krouticího momentu

Krimpovací nástroj a matrice musí odpovídat specifikaci kabelového oka. Nesprávně zalisované očko může vytvořit spojení s vysokým-odporem, i když má samotný kabel dostatečnou kapacitu.

U šroubových svorek je třeba dodržet utahovací moment stanovený výrobcem. Kroutící moment by neměl být nahrazován svévolným „dostatečně pevným“ úsudkem, protože nedostatečné i nadměrné utažení může ovlivnit elektrický a mechanický výkon spojení.

Zkontrolujte vyvážení fázového zatížení

U tří{0}}fázového distribučního systému 400 A by měl být proud měřen naL1, L2 a L3za reprezentativních provozních podmínek.

Zvažte zjednodušené měření:

L1 = 180A

L2 = 170A

L3 = 90A

Třetí fáze přenáší podstatně méně proudu, zatímco L1 a L2 přenášejí většinu jednofázové zátěže. To může znamenat, že větvené obvody nejsou rozmístěny rovnoměrně.

Fázové vyvážení nezvýší celkovou kapacitu systému, ale může snížit zbytečnou koncentraci proudu v jednotlivých fázových vodičích a spojích.

Obvody větví lze přeskupit po ověření konfigurace obvodu, požadavků na nulový vodič, požadavků na fázi zařízení a příslušných elektrických předpisů.

Sledujte nepřetržité a přerušované zatížení

Staveniště nefunguje s konstantní zátěží po celý den. Svařovací stroje, kompresory, čerpadla, kladkostroje, systémy HVAC a elektrické nářadí se mohou zapínat a vypínat v různých časech.

Inženýr by měl rozlišovat mezi:

Trvalý proud → Přerušovaný proud → Startovací/náběhový proud

Zátěž poháněná motorem- může při spouštění odebírat podstatně vyšší proud než při běžném provozu. Kabel a ochranné zařízení proto musí být posouzeny podle příslušných podmínek nepřetržitého -zatížení a startovacího- proudu.

U 400A rozvodné skříně může při měření pouze průměrného proudu chybět krátkodobé -události, které způsobují provoz jističe nebo lokální zahřívání u slabých připojení.

Startovací proud motoru a vyhřívání kabelu

Motory mohou produkovat vysoké startovací proudy, když jsou napájeny z dočasného distribučního systému. Skutečný rozběhový proud závisí na konstrukci motoru, jmenovitém výkonu, způsobu spouštění, napájecí impedanci a připojené mechanické zátěži.

Mezi typické způsoby spouštění motoru patří:

Přímé-on{1}}zahájení linky

Začíná hvězda-trojúhelník

Softstartér

Pohon s proměnnou frekvencí

Přímý-on{1}}motor může produkovat rozběhový proud, který je několikanásobkem jmenovitého provozního proudu. Pokud je přívodní kabel dlouhý a má značnou impedanci, může startovací proud způsobit dočasný pokles napětí.

Proto, když 400A distrobox napájí čerpadla, kompresory, HVAC systémy nebo jiné motory, měl by technik vyhodnotit jak normální provozní proud, tak startovací podmínky.

Při uvádění do provozu použijte tepelnou kontrolu

Tepelná kontrola může identifikovat abnormální zahřívání dříve, než dojde k viditelnému poškození izolace.

Praktickou metodou kontroly je použití infračervené kamery, zatímco systém pracuje při reprezentativní zátěži. Kontrola by měla porovnávat:

Teploty fázových svorek

Svorky hlavního vypínače

Přípojnicové spoje

Kabelová oka

Svorky jističe větví

Kontakty průmyslového konektoru

Cílem není pouze najít vysokou absolutní teplotu. Významný teplotní rozdíl mezi jinak podobnými spoji za podobných proudových podmínek může indikovat abnormální přechodový odpor nebo nerovnoměrné zatížení.

Jakékoli teplotní limity musí být interpretovány podle specifikací výrobce komponent, třídy izolace kabelu, okolní teploty a příslušných elektrických norem.

Udržujte kabelové spoje mechanicky chráněné

Staveniště vystavují dočasné kabely mechanickým silám, které mohou nepřímo způsobit elektrické přehřátí.

Těžká zařízení, vozidla, tahání kabelů, opakované ohýbání a ostré hrany mohou poškodit pláště kabelů nebo způsobit mechanické namáhání svorek.

Vedení kabelů by proto mělo vzít v úvahu:

Minimální poloměr ohybu

Provoz vozidel

Ostré hrany

Akumulace vody

Napětí tahu lanka

Mechanická podpora konektoru

Ochrana proti rozdrcení

U kabelu, který je mechanicky poškozen, může dojít ke zhoršení izolace nebo deformaci vodiče. Poškozené zakončení může také zvýšit kontaktní odpor a vytvořit lokalizované horké místo.

Ovládání provozního prostředí

Distribuční systém 400A může být instalován venku, uvnitř dočasných budov, pod pódiem akcí nebo ve stavebních oblastech. Každé prostředí mění tepelné a mechanické podmínky kabelu.

U venkovních instalací by technici měli vzít v úvahu přímé sluneční záření, okolní teplotu, déšť a ventilaci. U dočasných jevišť nebo uzavřených konstrukcí může být proudění vzduchu omezeno. V kabelových žlabech nebo trubkách se může odvod tepla podstatně lišit od instalace na volném prostranství-.

Přípustná provozní teplota kabelu a korekční faktory instalace by proto měly být zvoleny spíše pro skutečné prostředí než pro nominální laboratorní referenční podmínky.

Používejte ochranná zařízení správně

Jističe chrání vodiče před nadproudovými podmínkami, ale jmenovitý výkon jističe musí být koordinován s povolenou proudovou kapacitou kabelu a charakteristikami připojené zátěže.

Zjednodušený ochranný vztah je:

Zatěžovací proud Menší nebo roven jmenovité hodnotě ochranného zařízení Menší nebo roven přípustné ampacity kabelu

Vlastní výběr se musí řídit platnými elektrickými normami a zohledňovat podmínky instalace a charakteristiky přetížení.

Instalace většího jističe jednoduše proto, že je systém dimenzován na 400 A, může způsobit nebezpečný nesoulad, pokud má výstupní vodič nižší přípustnou proudovou-zatížitelnost.

Například 400A hlavní jistič neznamená, že každý pobočkový kabel připojený k distro boxu může přenášet 400A.

Typický proces odstraňování problémů s přehřátím kabelu

Když je v distribučním systému 400 A nalezen přehřátý kabel, technik by měl před změnou velikosti kabelu identifikovat fyzické umístění tepla.

Praktická sekvence odstraňování problémů je:

1. Změřte proud L1/L2/L3

↓

2. Zjistěte, zda není kabel trvale přetěžován

↓

3. Zkontrolujte instalaci a seskupení kabelů

↓

4. Zkontrolujte okolní teplotu a ventilaci

↓

5. Zkontrolujte kabelová oka a připojení svorek

↓

6. Ověřte utahovací moment svorky podle požadavků výrobce

↓

7. Zkontrolujte průřez kabelu- a kapacitu instalace

↓

8. Změřte úbytek napětí, pokud je trasa kabelu dlouhá

↓

9. Proveďte termovizi při zatížení

↓

10. Opravte zjištěnou příčinu a opakujte měření

Výměna kabelu bez identifikace příčiny může ponechat skutečný problém nevyřešený, zejména pokud je horké místo umístěno na svorce, nikoli podél vodiče.

Praktický kontrolní seznam pro 400ampérový distribuční systém