ارتفاع درجة حرارة الكابل في أنظام توزيع الطاقة 400 أمبيرهي في المقام الأول مشكلة التصميم الحراري والكهربائي. تعتمد درجة حرارة الكابل على مقاومة الموصل، تيار التشغيل، درجة الحرارة المحيطة، طريقة التثبيت، تجميع الكابلات، تصنيف درجة حرارة العزل، وجودة التوصيلات الكهربائية.

قد يحتوي نظام التوزيع 400 أمبير على كابل وارد رئيسي، وقضبان توصيل، وقاطع دائرة رئيسي، وقواطع فرعية، وموصلات صناعية، وكابلات متعددة. لا يعمل الكابل تلقائيًا عند 400 أمبير، وذلك ببساطة لأن صندوق التوزيع مصنف عند 400 أمبير. يجب تحديد تيار الموصل الفعلي من الحمل المتصل وتكوين النظام الكهربائي.

ما هو نظام توزيع الطاقة 400 أمبير؟

نظام توزيع الطاقة بقدرة 400-أمبير عبارة عن مجموعة كهربائية ذات تيار عالٍ تستقبل الطاقة من خلال دائرة واردة رئيسية وتوزعها على دوائر متعددة. يتكون النظام النموذجي من أتصنيف 400 أمبير-قطع الاتصال الرئيسي أو MCCB، وقضبان التوصيل النحاسية، وموصلات الطور، والموصل المحايد، والموصل الأرضي الواقي، وقواطع الدائرة الفرعية، وأطراف الكابلات، وحشوات الكابلات، والموصلات الصناعية.

يتبع المسار الحالي عادة:

مصدر الطاقة ← الكابل الوارد ← الكسارة الرئيسية ← أشرطة التوصيل ← حماية الفرع ← كابلات التوزيع ← المعدات النهائية

بالنسبة للنظام ثلاثي-الأطوار، تكون الموصلات الرئيسية عادةً L1 وL2 وL3، مع ترتيب N وPE وفقًا لتصميم النظام الكهربائي. يتم تحديد حجم الكابل وفقًا لتيار التشغيل الفعلي وظروف التثبيت بدلاً من مجرد مطابقة لوحة الاسم 400A الخاصة بمعدات التوزيع.

لماذا ترتفع درجة حرارة الكابلات؟

المصدر الأساسي لتسخين الموصل هو المقاومة الكهربائية. عند مرور تيار كهربائي خلال موصل، تتحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة وفقا لما يلي:

P = I²R

أينPهو موصل فقدان الحرارة في واط،Iالحالي في الأمبير، وRهي مقاومة الموصل بالأوم.

هذه العلاقة مهمة لأن تسخين الكابل يزداد بسرعة مع ارتفاع التيار. على سبيل المثال، إذا زاد التيار المار عبر موصل من 200 أمبير إلى 300 أمبير مع بقاء المقاومة ثابتة، فإن التسخين المقاوم يزداد بعامل:

(300 / 200)² = 2.25

ولذلك، فإن الموصل الذي يحمل 300 أمبير لا ينتج حرارة مقاومة أكثر بنسبة 50% فقط من نفس الموصل الذي يحمل 200 أمبير؛ خسائر I²R أعلى بنسبة 125٪ تقريبًا.

تتأثر درجة حرارة الكابل أيضًا بقدرة التركيب على تبديد هذه الحرارة. يمكن للكابل المثبت في الهواء الحر أن يطلق الحرارة بشكل مختلف عن نفس الكابل المثبت داخل قناة، أو علبة كابل، أو قناة، أو طريق تحت الأرض، أو حزمة كابلات معبأة بإحكام.

كيف تتطور درجة حرارة الكابل أثناء التشغيل

عندما يتم تنشيط نظام توزيع 400 أمبير، ينتج التيار حرارة داخل الموصل. تنتقل الحرارة عبر عزل الموصل والغلاف الخارجي ثم يتم نقلها إلى الهواء المحيط أو الدرج أو القناة أو التربة أو أي وسيلة تركيب أخرى.

يصل الكابل إلى التوازن الحراري عندما تكون الحرارة المتولدة متوازنة تقريبًا مع الحرارة المتبددة في البيئة المحيطة.

التسلسل العملي هو:

تيار الحمل ← فقدان الموصل I²R ← زيادة درجة الحرارة ← نقل الحرارة من خلال العزل ← تبديد الحرارة إلى البيئة

إذا تجاوزت الحرارة المتولدة بشكل مستمر الحرارة التي يمكن إزالتها، فإن درجة حرارة الموصل تستمر في الارتفاع. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المفرطة إلى تسريع تقادم العزل، وتليين بعض المواد البوليمرية، وزيادة مقاومة التلامس عند الوصلات التالفة، وفي النهاية تتسبب في فشل العزل.

حدد الكابل وفقًا للتيار الفعلي

الخطوة الأولى في منع ارتفاع درجة الحرارة هي تحديد تيار التصميم الفعلي بدلاً من اختيار الكابل بناءً على تصنيف 400 أمبير لصندوق التوزيع فقط.

قد يوفر صندوق التوزيع 400A عدة دوائر فرعية في وقت واحد. على سبيل المثال، يمكن أن تشمل الأحمال النهائية معدات اللحام والمضخات والضواغط والإضاءة ومعدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وكبائن الموقع المؤقتة. كل دائرة لها تيار تشغيل ودورة عمل مختلفة.

يجب أن يأخذ اختيار الكابل بعين الاعتبار:

تيار التشغيل المستمر

الحد الأقصى للطلب الحالي

عملية ثلاثية-مرحلة أو -مرحلة واحدة

مادة موصلة

تصنيف عزل الكابلات

طريقة التثبيت

درجة الحرارة المحيطة

عدد الموصلات المحملة

تجميع الكابلات

طول الكابل

انخفاض الجهد المسموح به

متطلبات تحمل الدائرة القصيرة-

يجب الحصول على السعة النهائية من الكود الكهربائي المطبق وبيانات الشركة المصنعة للكابل وشروط التثبيت. لا ينبغي اختيار "كابل 400A" اسمي دون التحقق من طريقة التثبيت الفعلية وعوامل التصحيح.

موصلات النحاس والألومنيوم

يعد النحاس والألومنيوم من المواد الشائعة المستخدمة في توصيل التيار-بأنظمة التوزيع ذات التيار العالي.

يتمتع النحاس بموصلية كهربائية أعلى من الألومنيوم، لذلك يمكن للموصل النحاسي عمومًا تحقيق قدرة حمل تيار معينة-بمساحة مقطع عرضي- أصغر في ظل ظروف تركيب مماثلة. يتمتع الألومنيوم بكثافة أقل ويمكن أن يقلل من وزن الموصل، ولكن يجب مراعاة مساحة مقطعه العرضي الأكبر- وطرق الإنهاء المناسبة.

بالنسبة لنظام 400A، يجب أن يأخذ اختيار الموصل في الاعتبار كليهماالمقاومة الكهربائية والإنهاء الميكانيكي. يجب أن تكون مادة الموصل متوافقة مع عروة الكابل، وكتلة الأطراف، ومحطة قاطع الدائرة، ووصلة قضيب التوصيل.

على سبيل المثال، قد يؤدي كابل الألمنيوم المتصل بطرف مصمم فقط للموصلات النحاسية إلى إنشاء مشكلة إنهاء حتى لو كانت سعة الموصل المحسوبة كافية.

المقطع العرضي للكابل-والكثافة الحالية

تؤثر منطقة المقطع العرضي للموصل-بشكل مباشر على المقاومة والسلوك الحراري. تؤدي زيادة المقطع العرضي للموصل- إلى تقليل المقاومة الكهربائية لطول موصل معين ومادة معينة.

بالنسبة للموصل:

R = ρL/A

أين:

R= مقاومة الموصل

ρ= المقاومة الكهربائية للمادة الموصلة

L= طول الموصل

A= منطقة مقطع عرضي للموصل-

كلما زاد طول الكابل، زادت المقاومة. كلما زادت مساحة المقطع العرضي للموصل-، قلت المقاومة.

يصبح هذا مهمًا في أنظمة الطاقة المؤقتة حيث يمكن وضع المولد على بعد عشرات أو حتى مئات الأمتار من صندوق التوزيع الرئيسي. قد يؤدي الموصل المقبول حرارياً عبر طريق قصير إلى انخفاض مفرط في الجهد وفقد إضافي على طريق أطول بكثير.

طول الكابل وانخفاض الجهد

إن انخفاض الجهد ليس هو نفس ارتفاع درجة حرارة الكابل، ولكن كلاهما مرتبط بمقاومة الموصل والتيار.

يؤدي الكابل الطويل الذي يحمل تيارًا عاليًا إلى انخفاض أكبر في الجهد لأن مقاومة الموصل تزداد مع الطول. تتناسب الخسائر الكهربائية الناتجة أيضًا مع مربع التيار.

على سبيل المثال، إذا كان نظام التوزيع 400 أمبير يوفر المعدات من خلال مسار كبل مؤقت طويل، فيجب على المهندس حساب انخفاض الجهد باستخدام الفعلي:

طول الكابل

مقطع عرضي للموصل-.

مادة موصلة

حاضِر

عامل الطاقة

جهد النظام

عدد المراحل

تكوين الكابل

قد يستمر مسار الكبل الذي يقع تقنيًا ضمن سعته الحرارية في إنتاج انخفاض غير مقبول في الجهد إذا كان المسار طويلًا للغاية.

تغير درجة الحرارة المحيطة سعة الكابل

تعتمد سعة الكابل عادةً على درجة حرارة محيطة مرجعية محددة. عندما تزيد درجة الحرارة المحيطة، يصبح فرق درجة الحرارة المتاح لتبديد الحرارة أصغر.

على سبيل المثال، الكبل الذي يعمل عند درجة حرارة موصل تبلغ 90 درجة له ​​هامش حراري مختلف عند تركيبه في بيئة 20 درجة مقارنة ببيئة 45 درجة.

يمكن تمثيل الهامش الحراري المبسط على النحو التالي:

هامش درجة الحرارة=الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الموصل - درجة الحرارة المحيطة

عند درجة حرارة 20 درجة محيطة:

90 درجة - 20 درجة=70 درجة

عند درجة حرارة محيطة 45 درجة:

90 درجة - 45 درجة=45 درجة

يجب أن يؤخذ عامل التصحيح الفعلي من معيار الكابل المطبق أو جداول السعة الخاصة بالشركة المصنعة. توضح العملية الحسابية المبسطة سبب عدم إمكانية افتراض أن نفس الكابل يتمتع تلقائيًا بقدرة حمل تيار متطابقة- في ظل ظروف محيطة مختلفة.

تجميع الكابلات وتجميعها

يعد تجميع الكابلات أحد الأسباب الشائعة لزيادة درجة حرارة التشغيل في أنظمة التوزيع المؤقتة.

عندما يتم تركيب عدة كابلات محملة بالقرب من بعضها البعض، فإن الحرارة المتولدة بواسطة كابل واحد ترفع درجة الحرارة المحيطة بالكابلات المجاورة. إذا كانت الكابلات مجمعة بإحكام، فسيتم تقليل سطح تبديد الحرارة-وتدفق الهواء المتاحين.

ويرتبط هذا بشكل خاص بنظام توزيع 400 أمبير لأن الكابلات الواردة والصادرة يمكن أن تحتوي على أحجام موصلات كبيرة وتوليد حرارة كبير.

بالنسبة لحوامل الكابلات والتركيبات المؤقتة، يجب على المهندس مراعاة ما يلي:

عدد الكابلات المحملة

المسافة بين الكابلات

أبعاد علبة الكابلات

ما إذا كانت الكابلات مكدسة

التهوية حول الدرج

درجة الحرارة المحيطة

ما إذا كان يتم تحميل الكابلات بشكل مستمر

وينبغي الحصول على عامل تصحيح التجميع المناسب من معيار التثبيت ذي الصلة بدلاً من تقديره من التباعد البصري وحده.

تجنب لف الكابلات ذات التيار العالي-أثناء التشغيل المستمر

يجب عدم ترك الكابل المرن ذي التيار العالي-ملفوفًا بإحكام أثناء حمل تيار مستمر كبير ما لم تسمح الشركة المصنعة للكابل بشرط التثبيت هذا على وجه التحديد.

عندما يتم لف الكابل، فإن الحرارة الناتجة عن اللفات الداخلية لديها فرصة أقل للتبدد في الهواء المحيط. وبالتالي يمكن أن تتصرف المنعطفات المتعددة حراريًا مثل تركيب كابل مجمع بشكل وثيق.

وهذا مهم بشكل خاص للإنشاءات المؤقتة وأنظمة طاقة الأحداث حيث يتم عادةً نقل الكابلات المرنة الطويلة على بكرات أو ملفات. قبل تنشيط دائرة تيار عالي-، يجب نشر الكابل وفقًا لتعليمات التثبيت الخاصة بالشركة المصنعة بحيث تتطابق حالة التشغيل الحراري مع طريقة التثبيت المقدرة.

يمكن أن تصبح نهايات الكابلات أكثر سخونة من الكابلات

نقطة الحرارة الزائدة المتكررة ليست الموصل نفسه ولكن التوصيل الكهربائي بين الموصل والمحطة.

تشمل نقاط الاتصال النموذجية ما يلي:

محطات MCCB

مفاصل بسبار

العروات الكابل

الكتل الطرفية

IEC 60309 وصلات التوصيل

جمعيات الغدة الكابل

محطات إخراج صندوق التوزيع-

يؤدي الاتصال غير المحكم أو المجهز بشكل غير صحيح إلى زيادة مقاومة التلامس. لأن التدفئة يتبعP = I²R، حتى الزيادة الصغيرة نسبيًا في مقاومة التلامس يمكن أن تنتج تسخينًا موضعيًا كبيرًا عند التيار العالي.

على سبيل المثال، مقاومة تلامس تبلغ 100 ميكرو-أوم فقط عند 400 أمبير تنتج ما يلي:

P = 400² × 0.0001 = 16 W

تتركز قوة 16 واط هذه في منطقة اتصال مادية صغيرة بدلاً من توزيعها على طول عدة أمتار من الكابلات. وبالتالي، يمكن أن تصل درجة حرارة الطرف إلى درجة حرارة أعلى بكثير من الموصل المحيط.

التثبيت الصحيح لعروة الكابل

يجب أن تتطابق عروات الكابل مع مادة الموصل، والمقطع العرضي للموصل-، والهندسة الطرفية، وطريقة التثبيت المعمول بها.

تتضمن عملية الإنهاء النموذجية ما يلي:

تحضير الكابلات ← إزالة العزل ← إدخال الموصل ← العقص ← الفحص الميكانيكي ← تركيب المحطة ← التحقق من عزم الدوران

يجب أن تتوافق أداة العقص والقالب مع مواصفات عروة الكابل. يمكن للعروة المجعدة بشكل غير صحيح أن تنشئ اتصالاً ذا مقاومة عالية-حتى عندما يكون للكابل نفسه سعة كافية.

بالنسبة للمحطات المثبتة بمسامير، ينبغي اتباع عزم الدوران المحدد من قبل الشركة المصنعة. لا ينبغي استبدال عزم الدوران بحكم تعسفي "محكم بما فيه الكفاية" لأن كل من التشديد غير الكافي والمفرط يمكن أن يؤثر على الأداء الكهربائي والميكانيكي للاتصال.

تحقق من توازن تحميل الطور

في نظام التوزيع ثلاثي-المرحلة 400A، يجب قياس التيار عليهL1، L2، وL3في ظل ظروف التشغيل التمثيلية.

النظر في قياس مبسط:

L1 = 180A

L2 = 170A

L3 = 90A

تحمل المرحلة الثالثة تيارًا أقل بكثير بينما يحمل L1 وL2 معظم حمل الطور الفردي-. قد يشير هذا إلى أن الدوائر الفرعية غير موزعة بالتساوي.

لا يؤدي موازنة الطور إلى زيادة السعة الإجمالية للنظام، ولكنه يمكن أن يقلل من تركيز التيار غير الضروري في موصلات وتوصيلات الطور الفردي.

يمكن إعادة ترتيب الدوائر الفرعية بعد التحقق من تكوين الدائرة والمتطلبات المحايدة ومتطلبات مرحلة المعدات واللوائح الكهربائية المعمول بها.

مراقبة الأحمال المستمرة والمتقطعة

لا يعمل موقع البناء بحمل ثابت طوال اليوم. قد يتم تشغيل وإيقاف آلات اللحام والضواغط والمضخات والرافعات وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والأدوات الكهربائية في أوقات مختلفة.

وعلى المهندس أن يميز بين:

التيار المستمر → التيار المتقطع → بدء/تدفق التيار

قد يسحب الحمل الذي يحركه المحرك-تيارًا أعلى بكثير أثناء بدء التشغيل مقارنةً بالتشغيل العادي. ولذلك، يجب تقييم الكابل وجهاز الحماية وفقًا لظروف -الحمل المستمر وبدء التشغيل- الحالية.

بالنسبة لصندوق توزيع بقدرة 400 أمبير، قد يؤدي قياس متوسط ​​التيار فقط إلى تفويت أحداث قصيرة المدة تؤدي إلى تشغيل القاطع أو التسخين الموضعي عند التوصيلات الضعيفة.

تيار بدء تشغيل المحرك وتسخين الكابل

يمكن للمحركات أن تنتج تيارات انطلاق عالية عند تنشيطها من نظام توزيع مؤقت. يعتمد تيار البدء الفعلي على تصميم المحرك، والطاقة المقدرة، وطريقة البدء، ومقاومة الإمداد، والحمل الميكانيكي المتصل.

تتضمن طرق بدء تشغيل المحرك النموذجية ما يلي:

مباشرة-على-بداية الخط

نجمة-دلتا البداية

بداية ناعمة

محرك التردد المتغير

يمكن للمحرك الخطي المباشر-المتصل- أن ينتج تيارًا مبدئيًا عدة أضعاف تيار التشغيل المقدر. إذا كان كابل الإمداد طويلًا وله مقاومة كبيرة، فقد يتسبب تيار البدء في انخفاض مؤقت في الجهد.

لذلك، عندما يقوم صندوق التوزيع 400A بتزويد المضخات أو الضواغط أو أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) أو المحركات الأخرى، يجب على المهندس تقييم كل من تيار التشغيل العادي وحالة البداية.

استخدم الفحص الحراري أثناء التشغيل

يمكن للفحص الحراري تحديد التسخين غير الطبيعي قبل حدوث تلف واضح في العزل.

تتمثل إحدى طرق الفحص العملي في استخدام كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء أثناء تشغيل النظام تحت حمل تمثيلي. يجب أن يقارن التفتيش:

درجات الحرارة النهائية للمرحلة

محطات الكسارة الرئيسية

مفاصل بسبار

العروات الكابل

محطات قواطع فرعية

اتصالات الموصل الصناعي

الهدف ليس مجرد العثور على درجة حرارة مطلقة عالية. يمكن أن يشير الاختلاف الكبير في درجة الحرارة بين التوصيلات المماثلة في ظل الظروف الحالية المماثلة إلى مقاومة اتصال غير طبيعية أو تحميل غير متساوٍ.

يجب تفسير أي حدود لدرجة الحرارة وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة للمكونات وفئة عزل الكابل ودرجة الحرارة المحيطة والمعايير الكهربائية المعمول بها.

حافظ على توصيلات الكابلات محمية ميكانيكيًا

تعرض مواقع البناء الكابلات المؤقتة للقوى الميكانيكية التي يمكن أن تسبب بشكل غير مباشر ارتفاع درجة حرارة الكهرباء.

يمكن أن تؤدي المعدات الثقيلة والمركبات وسحب الكابلات والانحناء المتكرر والحواف الحادة إلى إتلاف أغطية الكابلات أو وضع ضغط ميكانيكي على أطراف التوصيل.

لذلك يجب أن يأخذ توجيه الكابل بعين الاعتبار ما يلي:

الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء

حركة المركبات

حواف حادة

تراكم المياه

التوتر سحب الكابل

الدعم الميكانيكي للموصل

الحماية ضد السحق

قد يتعرض الكابل الذي تعرض للتلف ميكانيكيًا إلى تدهور العزل أو تشوه الموصل. يمكن أن يؤدي الإنهاء التالف أيضًا إلى زيادة مقاومة التلامس وإنشاء نقطة ساخنة محلية.

التحكم في بيئة التشغيل

يمكن تركيب نظام توزيع 400 أمبير في الهواء الطلق، داخل المباني المؤقتة، تحت مراحل الحدث، أو داخل مناطق البناء. تغير كل بيئة الظروف الحرارية والميكانيكية للكابل.

بالنسبة للتركيبات الخارجية، يجب على المهندسين مراعاة الإشعاع الشمسي المباشر ودرجة الحرارة المحيطة والمطر والتهوية. في ظل المراحل المؤقتة أو الهياكل المغلقة، قد يتم تقييد تدفق الهواء. في خنادق الكابلات أو القنوات، يمكن أن يختلف تبديد الحرارة بشكل كبير عن التركيب في الهواء الطلق-.

ولذلك ينبغي اختيار درجة حرارة التشغيل المسموح بها للكابل وعوامل تصحيح التثبيت للبيئة الفعلية بدلاً من الحالة المرجعية الاسمية للمختبر.

استخدم أجهزة الحماية بشكل صحيح

تعمل قواطع الدائرة على حماية الموصلات من ظروف التيار الزائد، ولكن يجب أن يتم تنسيق تصنيف القاطع مع السعة المسموح بها للكابل وخصائص الحمل المتصل.

علاقة الحماية المبسطة هي:

تيار التحميل أقل من أو يساوي تصنيف جهاز الحماية أقل من أو يساوي السعة المسموح بها للكابل

يجب أن يتبع الاختيار الفعلي المعايير الكهربائية المعمول بها ويأخذ في الاعتبار ظروف التثبيت وخصائص التحميل الزائد.

يمكن أن يؤدي تركيب قاطع أكبر لمجرد أن النظام مصنّف على 400 أمبير إلى حدوث عدم تطابق خطير إذا كان الموصل السفلي يتمتع بقدرة حمل تيار أقل-مسموح بها.

على سبيل المثال، لا يعني القاطع الرئيسي 400 أمبير أن كل كابل فرعي متصل بصندوق التوزيع يمكنه حمل 400 أمبير.

عملية استكشاف أخطاء ارتفاع درجة حرارة الكابل النموذجية وإصلاحها

عند العثور على كابل ساخن جدًا في نظام توزيع 400 أمبير، يجب على الفني تحديد الموقع الفعلي للحرارة قبل تغيير حجم الكابل.

التسلسل العملي لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها هو:

1. قياس التيار L1/L2/L3

↓

2. تحديد ما إذا كان الكابل مثقلًا بشكل مستمر

↓

3. فحص تركيب الكابلات وتجميعها

↓

4. التحقق من درجة الحرارة المحيطة والتهوية

↓

5. افحص عروات الكابلات والتوصيلات الطرفية

↓

6. تحقق من عزم الدوران الطرفي وفقًا لمتطلبات الشركة المصنعة

↓

7. تحقق من المقطع العرضي للكابل-وسعة التثبيت

↓

8. قم بقياس انخفاض الجهد إذا كان مسار الكابل طويلاً

↓

9. إجراء التصوير الحراري تحت الحمل

↓

10. قم بتصحيح السبب المحدد وكرر القياس

يمكن أن يؤدي استبدال الكابل دون تحديد السبب إلى ترك المشكلة الفعلية دون حل، خاصة عندما تكون النقطة الساخنة موجودة عند طرف التوصيل وليس على طول الموصل.

قائمة مرجعية عملية لنظام توزيع 400 أمبير