Параллельные кабели — почему распределение тока не бывает равным само по себе

Гид о сечении кабеля и токовой нагрузке рассматривает, как определить правильное сечение для одного кабеля. При высоком токе нагрузки (например, крупный электродвигатель, кластер зарядных станций для электромобилей или главный распределительный щит) один кабель иногда непрактичен — сечение стало бы слишком большим и слишком жёстким для монтажа. Решение: проложить несколько кабелей параллельно на фазу. Эта статья рассматривает условия, при которых эти параллельные кабели действительно распределяют ток равномерно.

Условия равномерного распределения тока

Согласно IEC 60364-5-52, равномерное распределение тока между параллельными кабелями считается достаточно гарантированным, когда:

• Кабели выполнены из одного материала (медь с медью, алюминий с алюминием — не смешиваются).
• Они имеют одинаковое сечение.
• Они проложены примерно одинаковой длины, по одной трассе.
• На протяжении параллельного набора нет ответвлений.
• Каждый параллельный набор (или группа) эффективно соединён с обеих концов (одна и та же клеммная колодка, одна и та же шина).

Для применения этого правила параллельного соединения без дополнительного детального расчёта также требуется минимальное сечение — как правило, 50 мм² для меди и 70 мм² для алюминия на каждый параллельный проводник; ниже этого сечения параллельное соединение не считается автоматически равномерно распределяющим ток.

Почему неравномерное расположение приводит к проблемам

Если параллельные кабели имеют разную длину, трассу или взаимное расположение, импеданс между кабелями отличается — а двигатель, трансформатор или питающий кабель не «выбирает» равномерно между двумя путями с разным импедансом. Результат: кабель с наименьшим импедансом (часто самый короткий, или тот, что проходит ближе к стальному кабельному лотку или лестнице) несёт непропорционально большую долю общего тока, в то время как другой кабель остаётся недогруженным. Даже если суммарный расчётный ток с запасом укладывается в совокупную ёмкость обоих кабелей, наиболее нагруженный кабель по отдельности всё же может оказаться перегруженным — с перегревом и ускоренным старением изоляции в результате, что не проявляется в простом расчёте суммарного тока.

Внимание: этот эффект усиливается взаимной индукцией между параллельными проводниками — взаимное расположение фазных и нулевого проводников внутри и между параллельными группами влияет на распределение импеданса в дополнение к чисто геометрической разнице длины.

Практические меры

• Прокладывайте параллельные кабели по одной трассе, в одном кабельном лотке или на одной лестнице, с симметричным взаимным расположением фазных проводников в каждом параллельном наборе.
• Избегайте расположения одного кабеля набора ближе к стальной конструкции или кабельному лотку, чем остальные — это асимметрично влияет на импеданс.
• Избегайте ответвлений посередине параллельного набора; если ответвление неизбежно, требуется дополнительный расчёт для проверки фактического распределения тока вместо предположения о равномерном распределении.

Практическое значение

При проектировании параллельного кабельного питания (например, для крупного двигателя, кластера зарядных станций или главного распределительного щита) необходимо проверить, что все параллельные кабели имеют одинаковую длину, трассу и сечение, и что достигнуто минимальное сечение для правила параллельного соединения — в противном случае требуется дополнительный, детальный расчёт импеданса, чтобы показать, что ни один из отдельных кабелей не перегружен.

Частые ошибки

1. Прокладка двух параллельных кабелей по разной трассе или разной длины «потому что в итоге всё равно получается то же самое» — возникающие при этом различия импеданса могут привести к серьёзно неравномерному распределению тока.
2. Проверка только суммарного расчётного тока относительно совокупной ёмкости без проверки того, что отдельные кабели также действительно равномерно нагружены.
3. Устройство ответвления посередине параллельного набора кабелей без дополнительного расчёта — это нарушает условие автоматически равномерного распределения тока.

Связанные материалы

• Сечение кабеля и токовая нагрузка
• Шинопроводы
• Кабеленесущие системы — лотки и лестницы