Kabeldikte berekenen
Over de berekening van kabeldikte
Deze calculator voor kabeldikte berekenen op basis van vermogen en stroom bepaalt de benodigde aderdoorsnede van een koperen of aluminium geleider aan de hand van de belastingsstroom of het actieve vermogen. De berekening houdt rekening met een eenfasig of driefasig systeem, de leidinglengte, de arbeidsfactor cosφ, de installatiemethode, de weerstand en reactantie van de geleider en de toegestane spanningsval.
De uiteindelijke kabeldikte wordt gekozen uit een standaardreeks, zodat gelijktijdig aan twee voorwaarden wordt voldaan: de toegestane stroombelastbaarheid van de geleider mag niet lager zijn dan de berekende belastingsstroom en de spanningsval mag de door de gebruiker opgegeven grens niet overschrijden.
Richtwaarden en aanbevelingen
Belastingsstroom bepalen
Berekening op basis van stroom. Als de belastingsstroom rechtstreeks in ampère wordt ingevoerd, wordt deze waarde gebruikt voor de verdere dimensionering van de kabeldoorsnede. Het bijbehorende actieve vermogen wordt berekend uit de systeemspanning en de arbeidsfactor.
Voor een eenfasig systeem:
P = U · I · cosφ
Voor een driefasig systeem:
P = √3 · U · I · cosφ
Berekening op basis van vermogen. Als het actieve vermogen P in watt wordt ingevoerd, wordt eerst de stroom I in ampère berekend. Voor een eenfasig systeem wordt de spanning tussen fase en nul gebruikt. Voor een driefasig systeem wordt de lijnspanning tussen de fasen gebruikt.
Voor een eenfasig systeem:
I = P / (U · cosφ)
Voor een driefasig systeem:
I = P / (√3 · U · cosφ)
Bij hetzelfde totale vermogen is de stroom in een driefasig systeem meestal lager dan in een eenfasig systeem. Bij P = 3500 W, cosφ = 0,95 en een spanning van 400 V bedraagt de berekende driefasige stroom bijvoorbeeld ongeveer 5,32 A.
Arbeidsfactor. De waarde cosφ geeft de verhouding tussen actief vermogen en schijnbaar vermogen weer. Bij hoofdzakelijk ohmse belastingen ligt de waarde meestal dicht bij 1. Voor motoren en gemengde belastingen wordt vaak een indicatief bereik van 0,8-0,95 gebruikt. De reactieve component wordt berekend als:
sinφ = √(1 - cos2φ)
Stroombelastbaarheid en installatiemethoden
Toegestane stroombelastbaarheid. Voor elke standaard kabeldoorsnede vergelijkt de calculator de berekende stroom met de continu toegestane stroombelastbaarheid van de geleider. De berekening gebruikt tabellen B.52.2 en B.52.4 van IEC 60364-5-52 «Elektrische laagspanningsinstallaties - Deel 5-52: Keuze en installatie van elektrisch materieel - Leidingsystemen» en het bijbehorende geharmoniseerde Europese document HD 60364-5-52.
Tabel B.52.2 wordt gebruikt voor twee belaste geleiders, wat overeenkomt met een eenfasige stroomkring. Tabel B.52.4 wordt gebruikt voor drie belaste geleiders in een driefasige stroomkring. Daardoor kan dezelfde stroom in een eenfasig en driefasig systeem voor dezelfde aderdoorsnede overeenkomen met verschillende toegestane stroombelastbaarheden.
Voorwaarden van de tabelwaarden. De berekening gebruikt waarden voor geleiders met PVC-isolatie, een maximale geleidertemperatuur van 70 °C en een referentie-omgevingstemperatuur van 30 °C. Onder deze referentieomstandigheden bedraagt de temperatuurcorrectiefactor voor de tabelwaarde van de stroombelastbaarheid 1,00.
Er worden vijf referentie-installatiemethoden volgens IEC 60364-5-52 gebruikt:
- A1 - eenaderige geïsoleerde geleiders in buis in een thermisch geïsoleerde wand.
- A2 - meeraderige kabel in buis in een thermisch geïsoleerde wand.
- B1 - eenaderige geïsoleerde geleiders in buis op een wand.
- B2 - meeraderige kabel in buis op een wand.
- C - eenaderige of meeraderige kabel direct op een wand.
De verschillen tussen deze installatiemethoden hangen voornamelijk samen met de warmteafvoer. Hoe slechter de koeling van de geleider, hoe lager de toegestane stroom bij dezelfde aderdoorsnede.
Voor een koperen geleider van 1,5 mm2 met twee belaste geleiders varieert de toegestane stroom bijvoorbeeld van 14 A voor methode A2 tot 19,5 A voor methode C. Met drie belaste geleiders ligt het bereik voor dezelfde doorsnede tussen 13 A en 17,5 A.
Standaard aderdoorsneden. Voor koper wordt de stroombelastbaarheid gecontroleerd voor doorsneden van 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 en 300 mm2. Voor aluminium loopt het bereik van 2,5 tot 300 mm2. De nominale aderdoorsneden komen overeen met de reeks die wordt gebruikt in EN 60228 «Geleiders van geïsoleerde kabels».
Correctie voor gegroepeerde stroomkringen. De tabelstromen worden gebruikt als basiswaarden voor één stroomkring. Er wordt geen extra reductiefactor toegepast voor meerdere belaste stroomkringen die gezamenlijk zijn geïnstalleerd, zodat voor dit effect een factor van 1,00 wordt aangenomen.
Weerstand van de geleider en temperatuur
Weerstand van de geleider. De spanningsval wordt berekend met behulp van de weerstand van de geleider over de lengte van de leiding. De basiswaarden van de weerstand gelden bij een temperatuur van 20 °C, waarna de weerstand wordt gecorrigeerd voor de opgegeven geleidertemperatuur.
RT = R20 · L · km · [1 + α · (T - 20)]
Hierbij is R20 de weerstand van één meter geleider bij 20 °C, L de leidinglengte in meter, T de opgegeven temperatuur in °C, α de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand en km de materiaalfactor.
Voor koper worden α = 0,00393 1/°C en km = 1,00 gebruikt. Voor aluminium worden α = 0,00403 1/°C en km = 1,58 gebruikt. Naarmate de temperatuur stijgt, nemen daarom zowel de weerstand van de geleider als de spanningsval toe.
Gebruik van de temperatuurwaarde. De ingevoerde temperatuur wordt gebruikt om de weerstand van de geleider te corrigeren bij de berekening van de spanningsval. Deze temperatuur verandert de tabelwaarde van de stroombelastbaarheid niet, die gebaseerd blijft op de referentieomstandigheden van IEC 60364-5-52: PVC-isolatie, geleidertemperatuur van 70 °C en omgevingstemperatuur van 30 °C.
Spanningsval
Totale impedantie van de leiding. Naast de weerstand R houdt de berekening ook rekening met de reactantie X. Afhankelijk van de aderdoorsnede worden specifieke reactantiewaarden van ongeveer 0,071 tot 0,133 Ω/km gebruikt.
Voor een eenfasig systeem wordt de spanningsval berekend als:
ΔU = 2 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
Voor een driefasig systeem:
ΔU = √3 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
De factor 2 in de eenfasige formule houdt rekening met het stroompad door twee geleiders. In een driefasig systeem wordt de factor √3 gebruikt overeenkomstig de verhouding tussen lijn- en fasegrootheden.
Spanningsval in procenten. De berekende waarde ΔU in volt wordt omgerekend naar een percentage van de nominale spanning:
ΔU% = ΔU / U · 100
De beschikbare spanning bij de belasting wordt berekend als:
Uload = U - ΔU
Voor gebruikelijke laagspanningscircuits wordt een toegestane spanningsval van ongeveer 3-5 % vaak als praktische richtwaarde gebruikt. De specifieke grens moet worden gekozen op basis van het doel van de stroomkring en de eisen van de toepasselijke nationale implementatie van HD 60364.
De uiteindelijke kabeldikte kiezen
Controle van de stroombelastbaarheid. De calculator controleert de standaard aderdoorsneden achtereenvolgens en bepaalt de kleinste doorsnede waarvoor de toegestane tabelstroom niet lager is dan de berekende belastingsstroom.
Controle van de spanningsval. Afzonderlijk wordt de minimale aderdoorsnede bepaald waarvoor de berekende spanningsval het door de gebruiker opgegeven percentage niet overschrijdt.
Definitieve keuze. Als de twee controles verschillende resultaten opleveren, wordt de grotere aderdoorsnede gekozen. Als bijvoorbeeld 10 mm2 voldoende is op basis van de stroombelastbaarheid, maar 16 mm2 nodig is om aan de grens voor spanningsval te voldoen, wordt 16 mm2 als eindresultaat gekozen.
Deze methode houdt rekening met zowel de opwarming van de geleider als de elektrische verliezen in de leiding. Bij een korte leiding wordt de uiteindelijke kabeldikte vaak bepaald door de stroombelastbaarheid, terwijl bij langere leidingen de spanningsval de beperkende voorwaarde kan worden.
Veelgestelde vragen
Waarom kan een driefasig systeem bij hetzelfde vermogen een kleinere kabeldikte vereisen?
Bij hetzelfde totale actieve vermogen wordt de stroom in een driefasig systeem berekend met de factor √3 en is deze meestal aanzienlijk lager. Een lagere stroom vermindert zowel de eisen aan de stroombelastbaarheid als aan de spanningsval. De uiteindelijke aderdoorsnede kan echter niet kleiner zijn dan de minimale doorsnede die in de toepasselijke IEC-tabel is opgenomen.
Waarom kan de calculator zelfs bij een lage stroom 1,5 mm2 koper adviseren?
Voor koperen geleiders beginnen de IEC 60364-5-52-tabellen die door de calculator worden gebruikt bij 1,5 mm2. Bij installatiemethode C en drie belaste geleiders heeft deze doorsnede bijvoorbeeld een toegestane stroom van 17,5 A. Daarom verlaagt de berekening de koperen aderdoorsnede niet tot minder dan 1,5 mm2, ook wanneer de belastingsstroom op zichzelf een kleinere doorsnede zou toelaten.
Waarom heeft de installatiemethode zoveel invloed op de benodigde kabeldikte?
De toegestane stroom hangt af van hoe effectief de kabel warmte aan de omgeving kan afgeven. Een kabel die direct op een wand is geïnstalleerd, wordt doorgaans beter gekoeld dan geleiders in een buis of in een thermisch geïsoleerde constructie. Daardoor kan dezelfde belastingsstroom bij de methoden A1, A2, B1, B2 en C tot verschillende kabeldoorsneden leiden.
Waarom kan een lange leiding zelfs bij een lage stroom een grotere kabeldikte vereisen?
De weerstand neemt evenredig toe met de lengte van de geleider, waardoor ook de spanningsval toeneemt naarmate de leiding langer wordt. Een kabel kan volledig voldoen aan de eis voor stroombelastbaarheid en toch de opgegeven grens voor spanningsval overschrijden. In dat geval kiest de calculator de eerstvolgende geschikte grotere aderdoorsnede.
Hoe beïnvloedt de temperatuur de berekening van de kabeldikte?
Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de elektrische weerstand van koper en aluminium toe, waardoor de berekende spanningsval groter wordt. Voor deze correctie worden temperatuurcoëfficiënten van 0,00393 1/°C voor koper en 0,00403 1/°C voor aluminium gebruikt. De tabelwaarde van de stroombelastbaarheid blijft gebaseerd op de IEC-referentieomstandigheden voor PVC-isolatie: een geleidertemperatuur van 70 °C en een omgevingstemperatuur van 30 °C.