Tính toán kích thước cáp theo tiêu chuẩn IEC 60204-1: Công thức, sụt áp & bảng dung lượng máng cáp

Giới thiệu: Từ lý thuyết đến thực hành—Tính toán kích thước cáp hiệu quả

Việc lựa chọn cáp cho tủ điều khiển công nghiệp đòi hỏi nhiều hơn là sự hiểu biết về các nguyên tắc giảm tải—nó đòi hỏi các phép tính toán học chính xác có tính đến cường độ dòng điện, sụt áp và các hạn chế về không gian vật lý. Trong khi các yếu tố giảm tải nhiệt độ và nhóm thiết lập các giới hạn nhiệt (được đề cập toàn diện trong Hướng dẫn Tổng thể về Giảm Định mức Điện), hướng dẫn này tập trung vào các công thức thực tế và tính toán dung lượng máng cáp để chuyển đổi những nguyên tắc đó thành lựa chọn cáp thực tế.

Đối với các nhà sản xuất tủ điện và thợ điện công nghiệp làm việc theo IEC 60204-1 tiêu chuẩn, ba phép tính quan trọng xác định sự thành công của việc định cỡ cáp:

1. Tính toán cường độ dòng điện với các hệ số điều chỉnh kết hợp
2. Công thức tính sụt áp cho mạch AC và DC
3. Dung lượng chứa đầy máng cáp dựa trên hình học cáp

Tại VIOX Điện, chúng tôi sản xuất loại công nghiệp bộ ngắt mạch, các tiếp điểm, và các thành phần điều khiển cho môi trường tủ điện khắt khe. Hướng dẫn này cung cấp các phương pháp tính toán, công thức và bảng dung lượng máng cáp cần thiết để định cỡ cáp chính xác theo tiêu chuẩn IEC 60204-1.

Hiểu khung định cỡ cáp IEC 60204-1

IEC 60204-1:2016 (An toàn máy móc – Thiết bị điện của máy móc – Phần 1: Yêu cầu chung) thiết lập khung tính toán cho thiết bị điện gắn trên máy. Không giống như các quy tắc đi dây tòa nhà, tiêu chuẩn này giải quyết các không gian tủ điện hạn chế, nơi các phép tính chính xác là rất cần thiết.

Phương pháp tính toán ba trụ cột

Các yêu cầu chính của IEC 60204-1:

• Nhiệt độ tham chiếu: 40°C (không phải 30°C như quy tắc xây dựng)
• Kích thước cáp tối thiểu: Nguồn 1,5mm², điều khiển 1,0mm²
• Giới hạn sụt áp: Mạch điều khiển 5%, mạch nguồn 10%
• Hệ số tải liên tục: 1,25× cho tải hoạt động > 3 giờ

Để biết các bảng hệ số giảm tải chi tiết và các nguyên tắc nhiệt, hãy xem toàn diện của chúng tôi Hướng dẫn Giảm tải Điện của chúng tôi.

Phần 1: Công thức tính cường độ dòng điện của cáp

Công thức chính: Tính toán cường độ dòng điện đã điều chỉnh

Phương trình cơ bản để xác định khả năng chịu dòng điện an toàn:

Nơi:

• I_z = Cường độ dòng điện đã điều chỉnh (khả năng chịu dòng điện an toàn sau tất cả các điều chỉnh)
• I_n = Cường độ dòng điện danh định từ các bảng tiêu chuẩn ở điều kiện tham chiếu (40°C, mạch đơn)
• k₁ = Hệ số điều chỉnh nhiệt độ
• k₂ = Hệ số điều chỉnh nhóm/bó
• k₃ = Hệ số điều chỉnh phương pháp lắp đặt
• k₄ = Các hệ số điều chỉnh bổ sung (cách nhiệt, chôn dưới đất, v.v.)

Tính toán ngược: Kích thước cáp cần thiết

Để xác định kích thước cáp tối thiểu cần thiết cho một tải nhất định:

Nơi:

• I_b = Dòng điện thiết kế (dòng điện tải × 1,25 cho tải liên tục)
• I_n_required = Cường độ dòng điện danh định tối thiểu cần thiết từ các bảng

Sau đó chọn kích thước cáp sao cho: I_n (từ bảng) ≥ I_n_required

Quy trình tính toán từng bước

BƯỚC 1: Tính toán dòng điện thiết kế

• I_load = Dòng điện tải thực tế (A)
• F_continuous = 1.25 cho các tải hoạt động >3 giờ, 1.0 nếu không
• F_safety = 1.0 đến 1.1 (biên an toàn tùy chọn)

BƯỚC 2: Chọn định mức thiết bị bảo vệ

Chọn tiêu chuẩn ngắt mạch định mức đáp ứng hoặc vượt quá dòng điện thiết kế.

BƯỚC 3: Xác định các hệ số điều chỉnh

Đo hoặc ước tính:

• Nhiệt độ bên trong tủ điện → k₁ (xem hướng dẫn giảm tải)
• Số lượng dây dẫn mang dòng điện → k₂ (xem hướng dẫn giảm tải)
• Phương pháp lắp đặt → k₃ (thường là 1.0 cho lắp đặt trong tủ điện)

BƯỚC 4: Tính toán cường độ dòng điện danh định cần thiết

BƯỚC 5: Chọn cáp từ bảng

Chọn kích thước dây dẫn sao cho I_n ≥ I_n_required

BƯỚC 6: Xác minh sụt áp (xem Phần 2)

Ví dụ minh họa 1: Mạch động cơ ba pha

Cho:

• Động cơ: 11kW, 400V ba pha, dòng điện đầy tải 22A
• Nhiệt độ tủ điện: 50°C
• Lắp đặt: 8 mạch trong máng cáp chung
• Loại cáp: Đồng XLPE (cách điện 90°C)

Ví dụ minh họa 2: Mạch điều khiển DC

Cho:

• Tải: Hệ thống PLC 24VDC, 15A liên tục
• Nhiệt độ tủ điện: 55°C
• Lắp đặt: 15 mạch trong ống dẫn cáp
• Loại cáp: Đồng PVC (cách điện 70°C)

Ghi chú: Mạch điều khiển DC thường yêu cầu cáp lớn hơn AC do giới hạn sụt áp nghiêm ngặt (xem Phần 2).

Tham khảo nhanh: Tác động của hệ số điều chỉnh kết hợp

Nhận định quan trọng: Trong tủ điều khiển mật độ cao, cáp điện có thể yêu cầu dòng điện cho phép gấp 2-3 lần so với định mức của thiết bị bảo vệ để đạt được vận hành an toàn sau khi giảm dòng.

Phần 2: Công thức tính toán sụt áp

Trong khi dòng điện cho phép đảm bảo cáp điện không bị quá nhiệt, tính toán sụt áp đảm bảo thiết bị nhận đủ điện áp—đặc biệt quan trọng đối với mạch điều khiển, contactor và rơ le bị trục trặc khi điện áp không đủ.

Giới hạn sụt áp theo IEC 60204-1

Công thức tính sụt áp mạch DC

Đối với mạch DC và AC một pha (tính toán điện trở đơn giản):

Nơi:

• VD = Sụt áp (V)
• L = Chiều dài cáp một chiều (m)
• Tôi = Dòng điện tải (A)
• ρ = Điện trở suất (Ω·mm²/m)
  • Đồng ở 20°C: 0.0175
  • Đồng ở 70°C: 0.0209
  • Nhôm ở 20°C: 0.0278
• Một = Diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn (mm²)
• Hệ số 2 tính đến dòng điện chạy qua cả dây dẫn cung cấp và dây dẫn trở về

Sụt áp phần trăm:

Điện trở suất điều chỉnh theo nhiệt độ

Điện trở của cáp tăng theo nhiệt độ, ảnh hưởng đến sụt áp:

Nơi:

• ρ_T = Điện trở suất ở nhiệt độ T
• ρ₂₀ = Điện trở suất ở tham chiếu 20°C
• α = Hệ số nhiệt độ
  • Đồng: 0.00393 trên °C
  • Nhôm: 0.00403 trên °C
• T = Nhiệt độ hoạt động (°C)

Các giá trị điện trở suất điều chỉnh theo nhiệt độ phổ biến:

Công thức tính sụt áp AC ba pha

Đối với mạch ba pha cân bằng:

Tham số bổ sung:

• cos φ = Hệ số công suất (thường là 0.8-0.9 cho tải động cơ, 1.0 cho điện trở)

Đối với mạch có điện kháng đáng kể (cáp lớn, đường chạy dài):

• X_L = Điện kháng quy nạp (Ω/km, từ dữ liệu của nhà sản xuất cáp)
• sin φ = √(1 – cos²φ)

Ví dụ minh họa 3: Sụt áp mạch điều khiển DC

Cho:

• Hệ thống: Nguồn điện 24VDC cấp cho rack PLC
• Dòng tải: 12A liên tục
• Chiều dài cáp: 18 mét (một chiều)
• Cáp: Đồng 2.5mm²
• Nhiệt độ hoạt động: 60°C
• Sụt áp tối đa cho phép: 5% (1.2V)

Giải pháp: Tăng kích thước cáp

Bài học quan trọng: Mạch điều khiển DC với chiều dài cáp lớn thường yêu cầu dây dẫn lớn hơn đáng kể so với tính toán dòng điện cho phép.

Ví dụ minh họa 4: Mạch động cơ ba pha

Cho:

• Động cơ: 15kW, 400V ba pha, 30A, cos φ = 0.85
• Chiều dài cáp: 25 mét
• Cáp: Đồng XLPE 6mm²
• Nhiệt độ hoạt động: 70°C

Chiều dài cáp tối đa (mét) cho sụt áp 5% trong mạch DC:

24VDC (sụt 1.2V)

(Dựa trên đồng ở 70°C, ρ = 0.0209 Ω·mm²/m)

Chiều dài cáp tối đa (mét) cho sụt áp 10% trong mạch ba pha 400V:

(Dựa trên đồng ở 70°C, cos φ = 0.85, chỉ tính toán điện trở)

Sụt áp dây dẫn song song

Đối với các cài đặt sử dụng nhiều dây dẫn song song trên mỗi pha:

Nơi: n = Số lượng dây dẫn trên mỗi pha

Ví dụ: Hai dây cáp 10mm² song song có cùng mức sụt áp như một dây cáp 20mm².

Phần 3: Đường kính ngoài và kích thước vật lý của cáp

Trước khi tính toán khả năng chứa của máng cáp, bạn phải biết kích thước vật lý thực tế của cáp—không chỉ diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn. Đường kính ngoài (OD) của cáp thay đổi đáng kể dựa trên loại vật liệu cách điện, điện áp định mức và cấu trúc.

Công thức tính đường kính ngoài của cáp (gần đúng)

Đối với cáp lõi đơn:

Nơi:

• OD = Đường kính ngoài tổng thể (mm)
• d_conductor = Đường kính dây dẫn = 2 × √(A/π)
• Một = Diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn (mm²)
• t_insulation = Độ dày lớp cách điện (mm, thay đổi theo điện áp và loại)
• t_sheath = Độ dày lớp vỏ (mm, nếu có)

Đường kính ngoài tiêu chuẩn của cáp (IEC 60228)

Cáp đồng lõi đơn, cách điện PVC, 300/500V:

Cáp đồng lõi đơn, cách điện XLPE, 0,6/1kV:

Cáp nhiều lõi (3 lõi + PE, PVC, 300/500V):

Lưu ý quan trọng:

• Đường kính thực tế có thể khác nhau tùy theo nhà sản xuất (±5-10%)
• Cáp mềm có đường kính ngoài lớn hơn so với dây dẫn cứng
• Cáp bọc thép có đường kính ngoài lớn hơn 2-4mm
• Luôn xác minh kích thước từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất cho các ứng dụng quan trọng

Tính toán diện tích mặt cắt ngang của cáp

Để tính toán độ đầy của máng cáp, bạn cần diện tích mặt cắt ngang của cáp (không phải diện tích dây dẫn):

Ví dụ: Dây dẫn 6mm² với đường kính ngoài 5,5mm

Yêu cầu về bán kính uốn cong

IEC 60204-1 quy định bán kính uốn cong tối thiểu để ngăn ngừa hư hỏng dây dẫn:

Ví dụ: Cáp lõi đơn 10mm² (OD = 6.7mm) yêu cầu bán kính uốn tối thiểu 26.8mm ở các góc máng cáp.

Mục 4: Tính toán Dung lượng Máng cáp và Ống dẫn cáp

Các hạn chế về không gian vật lý trong tủ điều khiển đòi hỏi tính toán chính xác dung lượng máng cáp. Không giống như các quy tắc lấp đầy ống dẫn tập trung vào việc dễ dàng lắp đặt, việc lấp đầy máng cáp trong tủ phải cân bằng giữa hiệu quả không gian và quản lý nhiệt.

Giới hạn Lấp đầy IEC 60204-1 và IEC 60614-2-2

Tỷ lệ lấp đầy tối đa cho máng cáp kín:

Công thức:

Nơi:

• Σ A_cables = Tổng diện tích mặt cắt ngang của tất cả các cáp (mm²)
• A_trunking = Diện tích mặt cắt ngang bên trong của máng cáp (mm²)

Kích thước và Dung lượng Máng cáp Tiêu chuẩn

Máng cáp PVC vách liền (kích thước bên trong):

Máng cáp có rãnh/đục lỗ (chiều rộng hiệu dụng):

Ghi chú: Độ đầy của máng cáp thường bị giới hạn bởi cách sắp xếp một lớp hơn là tỷ lệ phần trăm lấp đầy, để duy trì sự tiêu tán nhiệt.

Ví dụ về Tính toán Độ Đầy Ống Luồn Dây

Ví dụ 1: Các Kích Cỡ Cáp Hỗn Hợp trong Ống Luồn Dây 50mm × 50mm

Các loại cáp cần lắp đặt:

• 6 × cáp 2.5mm² (OD 4.5mm mỗi sợi)
• 4 × cáp 6mm² (OD 5.5mm mỗi sợi)
• 2 × cáp 10mm² (OD 6.7mm mỗi sợi)

Ví dụ 2: Bảng Điều Khiển Mật Độ Cao

Kịch bản: 20 × cáp 2.5mm² trong ống luồn dây 50mm × 25mm

Ví dụ 3: Cáp Quá Khổ trong Ống Luồn Dây Nhỏ

Kịch bản: 3 × cáp 16mm² (OD 7.6mm) trong máng cáp 50mm × 38mm

Số lượng cáp tối đa trong máng cáp tiêu chuẩn (giới hạn lấp đầy 40%):

Máng cáp 50mm × 50mm (bên trong 2,500mm², dung lượng 1,000mm²):

Đường kính ngoài Ø

303 cáp

Đây là số lượng tối đa lý thuyết. Các cài đặt thực tế nên nhắm mục tiêu 60-70% số lượng tối đa để cho phép: Tính linh hoạt trong việc định tuyến cáp

• Bổ sung trong tương lai
• Yêu cầu phân tách trong máng cáp
• Truy cập bảo trì
• Giảm bớt công lắp đặt

IEC 60204-1 yêu cầu phân tách giữa các loại mạch để ngăn ngừa nhiễu và đảm bảo an toàn:

Phân tách mạch

┌─────────────────────────────┐

Đối với khay cáp đục lỗ, hãy tính số lượng cáp tối đa trên mỗi lớp:

N_max = (W_khay – 2 × khoảng hở) ÷ (OD_cáp + khoảng cách)

Nơi:

• = Chiều rộng hiệu dụng của khay (mm) Khoảng hở
• clearance = Khoảng hở mép (thường là 10mm mỗi bên)
• OD_cable = Đường kính ngoài của cáp (mm)
• khoảng cách = Khoảng cách tối thiểu giữa các cáp (thường là 5mm)

Ví dụ: Khay rộng 100mm với cáp 6mm² (OD 5.5mm)

Phần 5: Phương pháp luận định cỡ tích hợp—Kết hợp tất cả các phép tính

Việc định cỡ cáp trong thực tế đòi hỏi phải xem xét đồng thời khả năng tải dòng, sụt áp và dung lượng máng cáp. Phần này cung cấp các ví dụ tích hợp minh họa quy trình tính toán hoàn chỉnh.

Quy trình tính toán toàn diện

Ví dụ đã giải quyết 5: Thiết kế bảng điều khiển hoàn chỉnh

Kịch bản: Bảng điều khiển công nghiệp với nhiều mạch

Mạch:

• Mạch A: Động cơ 15kW, 30A, chiều dài cáp 20m
• Mạch B: Động cơ 7.5kW, 16A, chiều dài cáp 15m
• Mạch C: Nguồn điện 24VDC, 20A, chiều dài cáp 25m
• Mạch D: 10× rơle điều khiển, tổng 5A, chiều dài cáp 10m

Điều kiện bảng điều khiển:

• Nhiệt độ bên trong: 55°C
• Tất cả các mạch trong máng cáp chung 75mm × 50mm
• Điện áp: 400V ba pha (A, B), 24VDC (C, D)
• Loại cáp: Đồng XLPE cho nguồn, PVC cho điều khiển

Tính toán mạch A (Động cơ 15kW):

Tính toán mạch B (Động cơ 7.5kW):

Tính toán mạch C (Nguồn điện 24VDC):

Tính toán Mạch D (Rơ le điều khiển):

Xác minh độ đầy của máng cáp:

Yếu tố Chi phối

Sử dụng nhiệt độ cơ bản 30°C

Bảng Tham khảo Nhanh về Dòng điện Cáp (Đồng, Tham chiếu 40°C)

PVC 70°C

Ghi chú: Đây là các giá trị cơ bản ở 40°C với mạch đơn. Áp dụng hệ số suy giảm cho các cài đặt thực tế.

Công cụ tính nhanh độ sụt áp

Công thức được sắp xếp lại để tìm chiều dài cáp tối đa:

Đối với DC và AC một pha:

Đối với AC ba pha:

Ví dụ: Chiều dài tối đa cho cáp 2.5mm², tải 10A, sụt áp 5% trong hệ thống 24VDC

Hướng dẫn chọn máng cáp

Bước 1: Tính tổng diện tích mặt cắt ngang của cáp

Bước 2: Xác định diện tích máng cáp cần thiết

Bước 3: Chọn kích thước tiêu chuẩn tiếp theo

Ví dụ: Tổng diện tích cáp = 850 mm²

Tham khảo chuyển đổi kích thước cáp

Để biết thông tin chi tiết về chuyển đổi AWG, hãy xem Hướng dẫn các loại kích thước cáp của chúng tôi.

Kích thước cáp tối thiểu theo IEC 60204-1

Những điểm chính

Các yếu tố thành công quan trọng để định cỡ cáp:

1. Sử dụng trình tự tính toán đầy đủ: Cường độ dòng điện → Sụt áp → Độ đầy máng cáp—không bao giờ bỏ qua các bước
2. Mạch DC đòi hỏi sự chú ý đặc biệt: Sụt áp thường chi phối việc chọn kích thước dây dẫn, yêu cầu cáp lớn hơn 2-3 cỡ so với khả năng tải dòng điện
3. Đường kính ngoài của cáp ≠ kích thước ruột dẫn: Luôn sử dụng đường kính ngoài thực tế của cáp để tính toán máng cáp, không phải tiết diện ruột dẫn
4. Điện trở suất điều chỉnh theo nhiệt độ rất quan trọng: Sử dụng ρ ở nhiệt độ hoạt động (thường là 70°C), không phải giá trị tham chiếu 20°C
5. Độ đầy máng cáp 40% là tối đa: Nhắm mục tiêu 25-30% cho các cài đặt thực tế với khả năng mở rộng trong tương lai
6. Phân loại các loại mạch: Sử dụng máng cáp chia ngăn hoặc ống dẫn riêng biệt cho mạch nguồn và mạch điều khiển
7. Ghi lại tất cả các tính toán: Lưu giữ hồ sơ hiển thị dòng điện thiết kế, hệ số suy giảm, sụt áp và độ đầy máng cáp để sửa đổi trong tương lai
8. Xác minh trong quá trình chạy thử: Đo sụt áp thực tế và tăng nhiệt độ để xác nhận các giả định thiết kế
9. Mạch ba pha yêu cầu 4 dây cáp: Đừng quên dây dẫn PE khi tính toán độ đầy máng cáp
10. Khi nghi ngờ, hãy tăng kích thước: Cáp rẻ hơn so với việc thiết kế lại bảng điều khiển hoặc hư hỏng thiết bị

Danh sách kiểm tra tính toán:

• [ ] Dòng điện thiết kế được tính với hệ số liên tục 1,25×
• [ ] Các hệ số suy giảm được áp dụng (nhiệt độ + nhóm)
• [ ] Đánh giá thiết bị bảo vệ đã chọn
• [ ] Kích thước cáp được chọn từ bảng khả năng tải dòng điện
• [ ] Sụt áp được tính ở nhiệt độ hoạt động
• [ ] Đường kính ngoài của cáp được xác minh từ bảng dữ liệu
• [ ] Tỷ lệ phần trăm độ đầy máng cáp được tính toán
• [ ] Các yêu cầu về phân loại được đáp ứng
• [ ] Các yêu cầu về bán kính uốn được kiểm tra
• [ ] Khả năng mở rộng trong tương lai được xem xét

VIOX Electric’s các thành phần điều khiển công nghiệp được thiết kế cho môi trường bảng điều khiển khắt khe, với khối thiết bị đầu cuối, bộ ngắt mạch, Và các tiếp điểm được đánh giá để hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao. Đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật của chúng tôi cung cấp hướng dẫn cụ thể cho từng ứng dụng để tính toán kích thước cáp phức tạp.

Những Câu Hỏi Thường

Q1: Tại sao mạch điều khiển DC của tôi yêu cầu cáp lớn hơn nhiều so với mạch nguồn AC có dòng điện tương tự?

Mạch DC rất nhạy cảm với sụt áp vì không có điện áp RMS—mỗi vôn bị mất là một sự giảm trực tiếp điện áp khả dụng. Mức giảm 5% trong hệ thống 24VDC (1,2V) ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của rơle và công tắc tơ, trong khi mức giảm 5% trong 400VAC (20V) hầu như không được thiết bị nào nhận thấy. Ngoài ra, mạch DC thiếu hiệu ứng “trung bình” của dạng sóng AC, làm cho sụt áp trở nên quan trọng hơn. Điều này thường dẫn đến việc cáp điều khiển DC lớn hơn 2-3 cỡ so với khả năng tải dòng điện.

Q2: Tôi có thể sử dụng giới hạn độ đầy máng cáp 40% làm mục tiêu thiết kế không?

Không—40% là tối đa độ đầy cho phép, không phải mục tiêu thiết kế. Các cài đặt chuyên nghiệp nên nhắm mục tiêu độ đầy 25-30% Tính linh hoạt trong việc định tuyến cáp

• Bổ sung mạch trong tương lai mà không cần thay thế máng cáp
• Kéo cáp dễ dàng hơn trong quá trình lắp đặt (giảm chi phí nhân công)
• Tản nhiệt tốt hơn (nhiệt độ hoạt động thấp hơn)
• Khả năng tiếp cận bảo trì (khả năng thêm/bớt cáp)

Thiết kế để đạt độ đầy tối đa tạo ra các cài đặt không linh hoạt, đòi hỏi các sửa đổi tốn kém ngay cả đối với những thay đổi nhỏ.

Q3: Tôi có cần tính dây dẫn PE (bảo vệ đất) khi tính toán độ đầy máng cáp không?

Yes cho các tính toán độ đầy máng cáp—dây dẫn PE chiếm không gian vật lý bất kể chúng có mang dòng điện hay không. Tuy nhiên, KHÔNG cho các hệ số suy giảm nhóm—dây dẫn PE không tạo ra nhiệt trong điều kiện hoạt động bình thường và được loại trừ khỏi các tính toán suy giảm nhiệt. Đây là một nguồn gây nhầm lẫn phổ biến: PE được tính cho không gian vật lý nhưng không được tính cho các tính toán nhiệt.

Q4: Tại sao IEC 60204-1 sử dụng nhiệt độ tham chiếu 40°C thay vì 30°C như các quy tắc xây dựng?

Bảng điều khiển tạo ra không gian hạn chế với các thành phần tạo nhiệt (VFD, nguồn điện, máy biến áp) thường hoạt động cao hơn nhiệt độ phòng 10-15°C. Tham chiếu 40°C phản ánh các điều kiện bảng điều khiển thực tế, làm cho việc lựa chọn cáp trở nên thận trọng và phù hợp hơn cho môi trường công nghiệp. Nếu bạn nhầm lẫn sử dụng các bảng dựa trên 30°C (như IEC 60364), bạn sẽ chọn cáp có kích thước nhỏ hơn và có nguy cơ gây ra lỗi nhiệt.

Q5: Làm cách nào để xử lý cáp một phần nằm trong máng cáp và một phần nằm trong không khí tự do?

Áp dụng điều kiện hạn chế nhất cho toàn bộ đường chạy cáp. Nếu 80% cáp nằm trong không khí tự do nhưng 20% đi qua máng cáp được đóng gói dày đặc, thì toàn bộ mạch phải được định kích thước cho các hệ số suy giảm của phần máng cáp. Đoạn máng cáp tạo ra một “nút thắt” nhiệt giới hạn công suất của toàn bộ cáp. Kỹ thuật bảo thủ luôn sử dụng các điều kiện xấu nhất cho toàn bộ tuyến cáp.

Q6: Tôi có thể trộn các loại cáp khác nhau (PVC và XLPE) trong cùng một máng cáp không?

Có, nhưng áp dụng các hệ số suy giảm phù hợp với từng loại cáp riêng lẻ. Cáp PVC (định mức 70°C) yêu cầu suy giảm nhiệt mạnh hơn so với XLPE (định mức 90°C) trong cùng một môi trường. Đối với các tính toán độ đầy máng cáp, chỉ cần cộng tổng đường kính ngoài bất kể loại vật liệu cách điện. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng điều khiển động cơ đòi hỏi độ tin cậy cao, việc sử dụng các loại cáp nhất quán trong suốt quá trình giúp đơn giản hóa các tính toán và giảm thiểu sai sót.

Q7: Sự khác biệt giữa diện tích mặt cắt ngang của cáp và diện tích mặt cắt ngang của ruột dẫn là gì?

Diện tích mặt cắt ngang của ruột dẫn (ví dụ: 6mm²) đề cập đến chính ruột dẫn bằng đồng/nhôm và xác định khả năng mang dòng điện. Diện tích mặt cắt ngang của cáp đề cập đến toàn bộ cáp bao gồm lớp cách điện và vỏ bọc, được tính từ đường kính ngoài: A = π × (OD/2)². Ví dụ:

• Ruột dẫn 6mm² = diện tích ruột dẫn 6mm²
• Cùng một loại cáp có OD 5,5mm = diện tích cáp 23,8mm²

Luôn luôn sử dụng diện tích cáp cho việc lấp đầy máng cáp, diện tích ruột dẫn cho các tính toán về khả năng tải dòng.

Q8: Làm thế nào để tính toán độ lấp đầy máng cáp khi cáp có hình dạng khác nhau (tròn so với dẹt)?

Đối với cáp tròn, sử dụng công thức diện tích hình tròn: A = π × (OD/2)². Đối với cáp dẹt/cáp ribbon, sử dụng diện tích hình chữ nhật: A = chiều rộng × chiều dày. Đối với các hình dạng không đều, hãy sử dụng “đường kính tròn tương đương” do nhà sản xuất chỉ định hoặc đo hình chữ nhật bao quanh cáp (chiều rộng × chiều cao) và sử dụng giá trị đó làm ước tính thận trọng. Khi trộn lẫn các hình dạng, hãy cộng tất cả các diện tích riêng lẻ và so sánh với dung lượng máng cáp.

Q9: Cáp mềm có yêu cầu các tính toán khác với cáp lắp đặt cố định không?

Cường độ dòng điện: Cáp mềm thường có khả năng tải dòng thấp hơn 10-15% so với ruột dẫn đặc có cùng kích thước do điện trở tăng lên từ việc bện. Áp dụng thêm hệ số giảm tải 0,85-0,90.

Độ lấp đầy máng cáp: Cáp mềm có đường kính ngoài lớn hơn (nhiều lớp cách điện hơn để tăng tính linh hoạt), vì vậy hãy xác minh OD thực tế từ bảng dữ liệu.

Bán kính uốn cong: Cáp mềm yêu cầu bán kính uốn tối thiểu 5× OD so với 4× OD đối với cáp đặc.

Vì hệ thống festoon và máy móc di động, luôn chỉ định rõ ràng định mức của cáp mềm.

Q10: Làm thế nào để định cỡ cáp cho các mạch có dòng khởi động cao như động cơ?

Định cỡ cáp dựa trên dòng điện chạy toàn tải (không phải dòng khởi động), áp dụng các hệ số giảm tải thích hợp. Thiết bị bảo vệ (khởi động từ (motor starter) hoặc bộ ngắt mạch) xử lý các quá trình quá độ khởi động ngắn hạn. Tuy nhiên, xác minh sụt áp trong quá trình khởi động để đảm bảo nó không gây ra:

• Nhả tiếp điểm (sụt áp làm nhả cuộn hút)
• Ngắt không mong muốn của thiết bị nhạy cảm với điện áp
• Thời gian khởi động quá mức

Nếu sụt áp khởi động vượt quá 15-20%, hãy cân nhắc tăng kích thước cáp vượt quá yêu cầu về khả năng tải dòng hoặc sử dụng điều khiển khởi động mềm/VFD.

Kết luận: Độ chính xác thông qua tính toán có hệ thống

Việc định cỡ cáp chính xác cho tủ điều khiển công nghiệp đòi hỏi ứng dụng nghiêm ngặt ba tính toán liên kết với nhau: khả năng tải dòng với các hệ số giảm tải, sụt áp ở nhiệt độ hoạt động, Và độ lấp đầy máng cáp dựa trên kích thước cáp thực tế. Trong khi các nguyên tắc giảm tải thiết lập các giới hạn nhiệt (được trình bày chi tiết trong hướng dẫn giảm định mức toàn diện của chúng tôi), các công thức và phương pháp trong hướng dẫn này chuyển đổi các nguyên tắc đó thành các lựa chọn cáp chính xác đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC 60204-1.

Các phương pháp hay nhất trong lắp đặt chuyên nghiệp:

• Tính toán có hệ thống: Tuân theo quy trình làm việc hoàn chỉnh—không bao giờ bỏ qua kiểm tra sụt áp hoặc độ lấp đầy máng cáp
• Sử dụng kích thước thực tế: Xác minh đường kính ngoài của cáp từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất, không phải các giả định
• Thiết kế để mở rộng: Nhắm mục tiêu độ lấp đầy máng cáp 25-30%, không phải mức tối đa 40%
• Ghi lại đầy đủ: Duy trì hồ sơ tính toán cho các sửa đổi trong tương lai
• Xác minh trong quá trình chạy thử: Đo sụt áp và tăng nhiệt độ để xác nhận các giả định thiết kế
• Phân loại các loại mạch: Sử dụng máng cáp chia ngăn hoặc ống dẫn riêng biệt cho mạch nguồn và mạch điều khiển

Khi độ chính xác của tính toán quan trọng:

Sự khác biệt giữa định cỡ cáp đầy đủ và không đầy đủ thường nằm ở việc áp dụng có phương pháp các công thức—đặc biệt đối với các mạch điều khiển DC, nơi sụt áp chiếm ưu thế và các tủ có mật độ cao, nơi dung lượng máng cáp giới hạn tính linh hoạt của thiết kế. Các ví dụ trong suốt hướng dẫn này chứng minh rằng các cài đặt thực tế thường yêu cầu cáp lớn hơn 2-3 cỡ so với ước tính ban đầu, làm cho tính toán có hệ thống trở nên cần thiết cho sự an toàn, độ tin cậy và hiệu suất lâu dài.

Dòng sản phẩm toàn diện của VIOX Electric về thiết bị bảo vệ mạch công nghiệp và các thành phần điều khiển được thiết kế cho môi trường tủ điện khắt khe. Nhóm hỗ trợ kỹ thuật của chúng tôi cung cấp hướng dẫn cụ thể cho ứng dụng cho các tính toán định cỡ cáp phức tạp và thiết kế tủ điện trên toàn thế giới.

Để được tư vấn kỹ thuật về dự án tủ điều khiển tiếp theo của bạn, hãy liên hệ với nhóm kỹ thuật của VIOX Electric hoặc khám phá các giải pháp điện công nghiệp hoàn chỉnh của chúng tôi.

Tài nguyên kỹ thuật liên quan:

• Hướng Dẫn Chi Tiết về Giảm Định Mức Điện: Nhiệt Độ, Độ Cao và Hệ Số Nhóm
• Hướng dẫn kích thước dây 50 Amp: Tiêu chuẩn NEC & Lựa chọn cầu dao
• Các loại kích thước cáp được giải thích: Hướng dẫn mm, mm², AWG & B&S
• Tủ điện điều khiển: Tìm hiểu về các thành phần của tủ điện điều khiển
• Aptomat khối (MCCB) là gì?
• Hướng dẫn lựa chọn khối đầu cuối: Các loại & Ứng dụng
• Sơ đồ đấu dây khởi động sao tam giác: Hướng dẫn định cỡ & lựa chọn
• Cầu dao DC là gì?