Паралельні кабелі — чому розподіл струму не буває рівним сам по собі

Гід про переріз кабелю та струмове навантаження розглядає, як визначити правильний переріз для одного кабелю. За високого струму навантаження (наприклад, великий електродвигун, кластер зарядних станцій для електромобілів чи головний розподільний щит) один кабель іноді непрактичний — переріз став би занадто великим і занадто жорстким для монтажу. Рішення: прокласти декілька кабелів паралельно на фазу. Ця стаття розглядає умови, за яких ці паралельні кабелі дійсно розподіляють струм рівномірно.

Умови рівномірного розподілу струму

Згідно з IEC 60364-5-52, рівномірний розподіл струму між паралельними кабелями вважається достатньо гарантованим, коли:

• Кабелі виконані з одного матеріалу (мідь з міддю, алюміній з алюмінієм — не змішуються).
• Вони мають однаковий переріз.
• Вони прокладені приблизно однакової довжини, за однією трасою.
• Уздовж паралельного набору немає відгалужень.
• Кожен паралельний набір (чи група) ефективно з'єднаний з обох кінців (та сама клемна колодка, та сама шина).

Для застосування цього правила паралельного з'єднання без додаткового детального розрахунку також потрібен мінімальний переріз — як правило, 50 мм² для міді та 70 мм² для алюмінію на кожен паралельний провідник; нижче цього перерізу паралельне з'єднання не вважається автоматично таким, що рівномірно розподіляє струм.

Чому нерівномірне розташування призводить до проблем

Якщо паралельні кабелі мають різну довжину, трасу чи взаємне розташування, імпеданс між кабелями відрізняється — а двигун, трансформатор чи живильний кабель не «обирає» рівномірно між двома шляхами з різним імпедансом. Результат: кабель із найменшим імпедансом (часто найкоротший, або той, що проходить ближче до сталевого кабельного лотка чи драбини) несе непропорційно велику частку загального струму, тоді як інший кабель залишається недовантаженим. Навіть якщо сумарний розрахунковий струм із запасом вкладається в сукупну ємність обох кабелів, найбільш навантажений кабель окремо все одно може виявитися перевантаженим — із перегрівом та прискореним старінням ізоляції в результаті, що не проявляється в простому розрахунку сумарного струму.

Увага: цей ефект посилюється взаємною індукцією між паралельними провідниками — взаємне розташування фазних та нульового провідників усередині та між паралельними групами впливає на розподіл імпедансу на додаток до суто геометричної різниці довжини.

Практичні заходи

• Прокладайте паралельні кабелі за однією трасою, в одному кабельному лотку чи на одній драбині, із симетричним взаємним розташуванням фазних провідників у кожному паралельному наборі.
• Уникайте розташування одного кабелю набору ближче до сталевої конструкції чи кабельного лотка, ніж інших — це асиметрично впливає на імпеданс.
• Уникайте відгалужень посередині паралельного набору; якщо відгалуження неминуче, потрібен додатковий розрахунок для перевірки фактичного розподілу струму замість припущення про рівномірний розподіл.

Практичне значення

Під час проєктування паралельного кабельного живлення (наприклад, для великого двигуна, кластера зарядних станцій чи головного розподільного щита) потрібно перевірити, що всі паралельні кабелі мають однакову довжину, трасу та переріз, і що досягнуто мінімальний переріз для правила паралельного з'єднання — інакше потрібен додатковий, детальний розрахунок імпедансу, щоб показати, що жоден з окремих кабелів не перевантажений.

Часті помилки

1. Прокладання двох паралельних кабелів за різною трасою чи різної довжини «бо в результаті все одно виходить те саме» — різниці імпедансу, що виникають при цьому, можуть призвести до серйозно нерівномірного розподілу струму.
2. Перевірка лише сумарного розрахункового струму відносно сукупної ємності без перевірки того, що окремі кабелі також дійсно рівномірно навантажені.
3. Влаштування відгалуження посередині паралельного набору кабелів без додаткового розрахунку — це порушує умову автоматично рівномірного розподілу струму.

Пов'язані матеріали

• Переріз кабелю та струмове навантаження
• Шинопроводи
• Кабеленесучі системи — лотки та драбини