Kaapelin Mitoitus Laskuri
Mikä on kaapelin mitoitus ja miksi se on kriittistä?
Kaapelin mitoitus on prosessi, jossa määritetään oikea johdinpoikkipinta sähköasennukseen. Liian pieni poikkipinta aiheuttaa ylikuumenemisen, jännitehäviön ja turvallisuusriskin. Liian suuri on taloudellisesti tehotonta. Oikea mitoitus perustuu neljään kriittiseen tekijään: kuormavirta, jännitehäviö, virrankesto ja oikosulkukesto.
Kuormavirta (Ib) määräytyy liitetyn laitteen tai piirin tehosta. Jännitehäviö (ΔU) rajoitetaan tyypillisesti 3-5 %:iin normaalissa asennuksessa. Virrankesto (Iz) huomioi asennusolosuhteet korjauskertoimilla (lämpötila, ryhmittely). Oikosulkukesto varmistaa, että kaapeli kestää oikosulkuvirran suojauslaitteen katkaisuaikana.
Tämä laskuri käyttää insinööritason kaavoja ja standardiarvoja (ISO, IEC, SFS). Se laskee vaaditut poikkipinnat kaikilla kriteereillä ja suosittelee seuraavan standardikoon. Materiaalivaihtoehdot (Cu/Al), lämpötilakorjaukset ja k-kertoimet (adiabaattinen ehto) ovat mukana.
Kaapelin Mitoituslaskuri
Syötä kuorma- ja asennustiedot
1. Kuorma
2. Reitti & Materiaali
3. Jännitehäviöraja
4. Virrankesto
5. Oikosulkukesto
Tulokset
Lasketut arvot
Arvioitu jännitehäviö
Arvioitu ΔU valitulla poikkipinnalla: —
Syvällinen opas sähkökaapelien oikeaan dimensiointiin – turvallisuus, tehokkuus ja taloudellisuus
Neljä kriittistä mitoituskriteeriä
Kaapelin oikea mitoitus perustuu neljään peruskriteeriiin, joista jokainen on täytettävä. Lopullinen poikkipinta valitaan näistä suurimman perusteella. Yhdenkin kriteerin laiminlyönti voi johtaa vakaviin turvallisuusriskeihin tai järjestelmän toimintahäiriöihin.
Kuormavirta (Ib)
Kuormavirta määräytyy liitetyn laitteen tai piirin tehosta. 3-vaihepiirissä jakaantuu kolmeen vaihejohtimeen, 1-vaiheessa kulkee meno- ja paluujohtimessa.
Jännitehäviö (ΔU)
Rajoitetaan yleensä 3-5 %:iin normaaliasennuksissa. Liian suuri jännitehäviö heikentää laitteiden toimintaa ja aiheuttaa energiahäviöitä.
Virrankesto (Iz)
Kaapelin on kestettävä kuormavirta huomioiden asennusolosuhteet. Korjauskertoimet (lämpötila, ryhmittely, asennustapa) pienentävät nimelliskestoa.
Oikosulkukesto
Adiabaattinen ehto varmistaa, että kaapeli kestää oikosulkuvirran suojauslaitteen katkaisuaikana vaurioitumatta. k-kerroin riippuu materiaalista ja eristeestä.
Kupari vs. Alumiini – Materiaalivalinta
Johtimen materiaali vaikuttaa merkittävästi sekä sähköisiin ominaisuuksiin että kustannuksiin. Kupari on perinteinen valinta erinomaisen johtavuutensa vuoksi, kun taas alumiini on kevyempi ja edullisempi vaihtoehto suuremmilla poikkipinnoilla.
- Resistiivisyys (20°C) 1.72 × 10⁻⁸ Ωm
- Lämpökerroin α 0.00393 /°C
- Tiheys 8.96 g/cm³
- k-kerroin (XLPE) 143 A√s/mm²
- Edut Paras johtavuus
- Resistiivisyys (20°C) 2.83 × 10⁻⁸ Ωm
- Lämpökerroin α 0.00403 /°C
- Tiheys 2.70 g/cm³
- k-kerroin (XLPE) 94 A√s/mm²
- Edut Kevyt & edullinen
Valintaperiaate: Kuparia käytetään tyypillisesti poikkipinnoilla alle 50 mm² ja kriittisissä kohteissa. Alumiinia suositaan suurilla poikkipinnoilla (yli 50 mm²), pitkillä etäisyyksillä ja kustannustehokkuutta vaativissa hankkeissa. Huomaa, että alumiini vaatii noin 1,6× suuremman poikkipinnan kuin kupari samalle virrankesteelle.
Jännitehäviön ymmärtäminen
Jännitehäviö syntyy johtimen resistanssista virran kulkiessa. Pidempi johdin ja suurempi virta aiheuttavat enemmän häviötä. Pienentämällä resistanssia (suurempi poikkipinta) tai lyhentämällä reittiä jännitehäviö vähenee.
Esimerkki: 400 V syötössä 3% jännitehäviö (12 V) tarkoittaa, että kuorman päähän saapuu 388 V. Standardi suosittelee maksimissaan 3% valaistukselle ja 5% muille kuormille.
Lämpötilan vaikutus resistanssiin
Johtimen resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa. 70°C käyttölämpötilassa kuparin resistanssi on noin 20% suurempi kuin 20°C:ssa. Tämä on huomioitava jännitehäviölaskelmissa käyttämällä lämpötilakorjattua resistanssia: ρ(θ) = ρ₂₀ × [1 + α(θ – 20°C)]
Oikosulkukesto ja adiabaattinen ehto
Adiabaattinen ehto määrittää, ettei kaapeli saa vaurioitua oikosulkutilanteessa suojauslaitteen katkaisuaikana. Kaava S ≥ (Isc × √t) / k ottaa huomioon oikosulkuvirran, katkaisuajan ja materiaalin keston. k-kerroin vaihtelee johtimen ja eristeen mukaan.
| Materiaali | Eriste | k-kerroin (A·√s/mm²) | Tyypillinen käyttö |
|---|---|---|---|
| Kupari (Cu) | PVC | 115 | Perusasennukset |
| Kupari (Cu) | XLPE/EPR | 143 | Vaativat kohteet |
| Alumiini (Al) | PVC | 76 | Suuret poikkipinnat |
| Alumiini (Al) | XLPE/EPR | 94 | Jakeluverkot |
Esimerkkilaskelma: Jos oikosulkuvirta on 6000 A ja suojauslaitteen katkaisuaika 0,2 s (200 ms), kuparikaapelille (k=143) vaaditaan vähintään: S = (6000 × √0,2) / 143 ≈ 29,7 mm². Seuraava standardikoko on 35 mm².
Käytännön mitoitusprosessi
Selvitä kuorman tiedot
Määritä liitetyn laitteen tai piirin teho (kW), jännite (V) ja tehokerroin (cos φ). Laske kuormavirta Ib. Kolmivaihepiireissä käytä kaavaa: Ib = P / (√3 × U × cos φ). Yksivaiheessa: Ib = P / (U × cos φ).
Määritä asennusolosuhteet
Selvitä asennustapa, ympäristön lämpötila ja kaapelien ryhmittely. Jokainen tekijä vaatii korjauskertoimen (C), jotka kerrotaan keskenään (C_total). Esim. 35°C lämpötila + 3 kaapelia rinnakkain → C_total ≈ 0,85.
Laske vaaditut poikkipinnat
Laske erikseen: S_vdrop (jännitehäviö), S_current (virrankesto), S_sc (oikosulku). Käytä kunkin ehdon kaavaa. Huomioi johdinpituus, materiaalin resistanssi lämpötilakorjattuna ja suojauslaitteen ominaisuudet.
Valitse standardikoko
Ota suurin lasketuista arvoista ja valitse seuraava standardipoikkipinta (1,5 / 2,5 / 4 / 6 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 70 / 95 / 120 / 150 / 185 / 240 / 300 / 400 mm²). Varmista, että valittu koko täyttää kaikki ehdot.
Tarkista suojauslaite
Varmista, että suojauslaitteen nimellisvirta (In) täyttää ehdot: Ib ≤ In ≤ Iz. Tarkista myös, että laukaisuvirta ja -aika ovat riittävät verkon oikosulkuvirran kannalta. Käytä valmistajan taulukoita.
Sovellettavat standardit ja määräykset
Kaapelien mitoitus perustuu kansainvälisiin ja kansallisiin standardeihin sekä sähköturvallisuusmääräyksiin. Näiden noudattaminen on pakollista sähköalan ammattilaisille.
| Standardi | Nimi | Kuvaus |
|---|---|---|
| IEC 60364 | Pienjännitesähköasennukset | Kansainvälinen perusstandardi sähköasennuksille |
| SFS 6000 | Pienjännitesähköasennukset (FI) | Suomen kansallinen sovellus, pakollinen Suomessa |
| IEC 60287 | Kaapelien virrankestavuus | Laskentamenetelmät johtimien kuormitettavuudelle |
| IEC 60228 | Johtimien mitat | Standardipoikkipinnat ja toleranssit |
| SFS-EN 50522 | Maadoitus pienjännitteessä | Suojaus sähköiskua vastaan |
Huomio valmistajien taulukoista
Laskurit ja kaavat antavat teoreettisen arvion. Lopullinen mitoitus on aina varmistettava valmistajan virrankestavuustaulukoista, jotka ottavat huomioon todellisen kaapelirakenteen, eristeen ja asennustavan. Käytä standardien mukaisia korjauskertoimia ja varmista suojauskoordinaatio.