De stationaire kabelbelastbaarheid is de maximale stroomwaarde (continu vloeiende stroom), waarbij de temperatuur van de geleider gelijk is aan de voor de betreffende kabel geldende maximale waarde, zodanig dat de kabel niet beschadigt. Bij het berekenen van de maximale stroombelastbaarheid wordt uitgegaan van de maximale temperatuur van de warmste kabel. De maximale temperatuur wordt bepaald door de isolatie van de kabel. Voor het vaststellen van de maximale geleidertemperaturen gaat de berekening uit van onderstaande tabel.
Isolatie |
Maximale geleidertemperatuur [°C] |
Papier, massa-geïmpregneerd |
50 |
Papier, oliedruk |
85 |
Papier, interne/externe gasdruk |
75 |
XLPE, EPR, PPL |
90 |
PE |
70 |
PVC |
70 |
Polychloroprene |
70 |
Rubber |
60 |
Butylrubber |
85 |
De stationaire kabelbelastbaarheid is van een groot aantal factoren afhankelijk. Uitgangspunt is de constructie van de kabel. De gegevens hiervan kunnen grotendeels aan de brochures van de fabrikant worden ontleend. Verder is de wijze waarop de aardschermen met elkaar verbonden zijn van grote invloed. Met name bij ligging van éénaderige kabels in een plat vlak. Ook de wijze van ligging (diepte, onderlinge afstand kabels) of installatie (vrij of tegen een wand) is van groot belang. Tenslotte moet rekening gehouden worden met de omgevingscondities (omgevingstemperatuur, gronduitdroging, zoninstraling).
De frequentie kan in de omgeving gedefinieerd worden, de keuze bestaat uit 50 Hz, 60 Hz en 0 Hz. Indien 0 Hz gekozen is, wordt de berekening uitgevoerd voor een gelijkstroomsysteem. Dat houdt in dat geen rekening gehouden wordt met skineffect, proximity effect, diëlektrische verliezen en verliezen in scherm en armering.
Kabeltypen
In Vision Cable Analysis kunnen enkel- en drieaderige kabels berekend worden. De constructiegegevens kunnen met de kabeltype editor bewerkt worden. Onderstaande veelgebruikte typen kunnen gemodelleerd worden.
Enkeladerige kabels
•kunststof (XLPE)
•oliedruk
Drieaderige kabels
•kunststof (XLPE)
•gordelkabel (GPLK)
•oliedruk
De norm voorziet in berekening van alle mogelijke kabeltypen: kunststof, oliedruk, massa en pipe-type kabels. In de norm worden één-, twee- en drieaderige kabels behandeld. De tweeaderige kabels zijn niet geïmplementeerd daar deze praktisch niet toegepast worden. Volgens de norm worden vieraderige laagspanningskabels op de zelfde wijze als drieaderige kabels berekend.
Aansluiting aardschermen
In de afschermingen van de drie kabels worden spanningen geïnduceerd. Door deze spanningen kunnen in de afschermingen vereffeningstromen gaan lopen, afhankelijk van de wijze waarop deze afschermingen met elkaar zijn verbonden. Onderstaande configuraties zijn mogelijk:
Aan één kant
Bij het verbinden van de afschermingen aan één kant zullen geen vereffeningstromen lopen, omdat er geen gesloten circuit is tussen de afschermingen. Het nadeel is dat er aan de andere kant van de kabel grote potentiaalverschillen kunnen ontstaan tussen de afschermingen.
Aan beide kanten
Een potentiaalverschil wordt vermeden door de afschermingen aan beide kanten met elkaar te verbinden. Er ontstaat dan een gesloten circuit tussen de afschermingen waardoor vereffeningstromen gaan vloeien. De hierbij optredende verliezen zijn (door de inductie) voor de drie kabels van een circuit niet gelijk. De grootste verliezen zullen optreden in één van de buitenste kabels.
Kruislings (cross-bonding)
Om de vereffeningstromen op te heffen kan ervoor gekozen worden om de elektrische sectie in drie gelijke stukken op te delen. Na elk deel worden de afschermingen kruislings met elkaar verbonden. Dit leidt ertoe dat de potentialen aan het begin en aan het eind van de sectie gelijk zijn en waardoor dus ook geen vereffeningstromen vloeien. Kabels worden geleverd met een bepaalde (soms de maximale productie-)lengte. Een langere verbinding kan dus alleen met meerdere lengtes worden gemaakt. Als bij de bestelling, in overleg met de fabrikant, de juiste lengtes worden geleverd is “Cross bonding” eenvoudig toe te passen.
Verwisseling van kabelpositie (transpositie)
Een andere manier om de vereffeningstromen te reduceren is door de elektrische sectie op te delen in drie gelijke delen en na elk deel de kabels onderling van positie te verwisselen. Deze methode wordt inde praktijk niet vaak toegepast.
Omgevingsfactoren
De omgevingstemperatuur bepaalt voor een groot gedeelte de belastbaarheid van de kabel. Voor bovengronds geïnstalleerde kabels is dat de temperatuur van de lucht in het geval dat er geen stroom door de kabel zou vloeien. Voor ondergronds begraven kabels is dat de temperatuur van de grond in het geval dat er geen kabel of andere warmtebron zou liggen. In het geval van andere kabelcircuits (parallelle verbindingen) of warmtebronnen (stadsverwarming), moeten die in het model worden opgenomen.
Installatie bovengronds
Bij berekeningen met betrekking tot kabels in de open lucht kunnen de kabels blootgesteld zijn aan zonnestraling of kunnen zij daartegen beschermd zijn. Wanneer de kabels blootgesteld zijn aan zonnestraling wordt de warmteontwikkeling in de kabels beïnvloed. Door de zonnestraling wordt het kabeloppervlak namelijk extra opgewarmd. De kabels kunnen beschermd worden tegen zoninstraling met behulp van een speciale constructie of door ze te installeren in een afgesloten bak. De norm voorziet in de berekeningsmethode daarvoor. In warme gebieden, bijvoorbeeld in de tropen, worden de kabels nooit in een geheel gesloten bak geïnstalleerd. Er wordt altijd voor optimale ventilatie gezorgd, bijvoorbeeld montage in een geperforeerde bak met verhoogd afschermend deksel zodat lucht langs de kabels kan stromen.
De belastbaarheid van de kabels, die bovengronds zijn geïnstalleerd, is afhankelijk van de wijze waarop deze gemonteerd zijn. De kabels kunnen vrij van een muur of tegen een muur aan gemonteerd worden. Onderstaande figuur geeft de mogelijkheden aan die in de norm beschreven zijn. De definitie van vrij of tegen een muur is afhankelijk van de afstand in verhouding tot de buitendiameter van de kabel (De).
Kabels de muur niet rakend:
a.3-aderige kabel;
b.drie 1-aderige kabels in driehoek formatie;
c.drie 1-aderige kabels in platte formatie horizontaal;
d.drie 1-aderige elkaar aanrakende kabels in platte formatie verticaal;
e.drie 1-aderige elkaar niet aanrakende kabels in platte formatie verticaal.
Kabels de muur rakend:
f.3-aderige kabel;
g.drie 1-aderige kabels in driehoek formatie.
Bij berekeningen met betrekking tot kabels in de open lucht kunnen de kabels blootgesteld zijn aan zonnestraling of kunnen zij daartegen beschermd zijn. Wanneer de kabels blootgesteld zijn aan zonnestraling wordt de warmteontwikkeling in de kabels beïnvloed. Door de zonnestraling wordt het kabeloppervlak namelijk extra opgewarmd.
Installatie ondergronds
Ondergronds zijn zeer veel verschillende installatiemogelijkheden denkbaar. Per circuit kan er sprake zijn van één drieaderige kabel of drie éénaderige kabels. In het geval van éénaderige kabels kunnen deze tegen elkaar en los van elkaar gelegd worden. In het geval van ligging in een plat vlak is een tussenruimte van een kabeldiameter gebruikelijk. In het geval van een driehoek-formatie worden de kabels meestal tegen elkaar gelegd. Elke formatie kent een eigen berekeningsmethode voor de transportcapaciteit.
De transportcapaciteit wordt mede beïnvloed door de liggingsdiepte onder het maaiveld en de aanwezigheid van naburige warmtebronnen, zoals van andere circuits. In het geval van andere kabelcircuits (parallelle verbindingen) of warmtebronnen (stadsverwarming), moeten die in het model worden opgenomen. Dat kan op diverse manieren.
Meerdere circuits
Er zijn drie mogelijkheden om deze te berekenen:
•voor ieder circuit de maximale stroomsterkte;
•gelijk belaste identieke circuits;
•maximale stroomsterkte bij een naburig circuit.
Standaard wordt voor ieder circuit de maximale stroomsterkte bepaald, erbij uitgaande dat van ieder circuit de geleidertemperatuur de geldende maximale waarde bereikt. Er wordt rekening gehouden met de wederzijdse beïnvloeding. In het geval van een parallel circuit zal dit dezelfde stroom voeren als het circuit dat berekend wordt. Indien beide circuits van hetzelfde kabeltype zijn, kan de optie "Gelijkbelaste kabels" gekozen worden bij Omgeving | Diversen.
In het geval van andere circuits van ander kabeltype of andere stroomsterkte, kan de stroom opgegeven worden en vergrendeld worden. Dit gebeurd in het invoerformulier van het circuit:
Gronduitdroging
Indien een kabel zwaar belast wordt, bestaat het gevaar dat de grond door de grote warmteontwikkeling uitdroogt, zodat de warmte geleidende eigenschappen veranderen. Uitgedroogde grond heeft namelijk als eigenschap dat de thermische weerstand hoger is dan van vochtige grond. De droge grond is veel korreliger zodat er meer stilstaande lucht in zit en stilstaande lucht is een goede warmte-isolator. Voor de berekening van de belastbaarheid van een begraven kabel wordt daarom onderscheid gemaakt tussen onderstaande drie situaties:
•de grond droogt niet uit;
•het moet vermeden worden dat de grond uitdroogt;
•de grond droogt gedeeltelijk uit.
Als we weten dat de grond bij alle belastingsituaties niet uitdroogt, kan de kabel zwaar belast worden. Er kan in dit geval een gewone berekening gemaakt worden voor de maximale stroomsterkte. Wanneer gronduitdroging voorkomen moet worden limiteren we de temperatuurverhoging van het kabeloppervlak, doorgaans tot 45 graden Celsius. Bij het berekenen van de kabelbelastbaarheid bij gedeeltelijke gronduitdroging wordt uitgegaan van een simpel fysisch benaderd tweelagenmodel van de grond. Er is een zone rondom de kabel of het circuit waar de grond uitgedroogd is en een zone daarbuiten die niet uitgedroogd is. De grens wordt aangegeven met een isotherm.
Andere warmtebronnen
Hieronder vallen parallel lopende leidingen, zoals voor stoom en stadsverwarming. Er zijn twee manieren om rekening te houden met warmtebronnen:
•warmtebronnen met een vaste temperatuur
•warmtebronnen met een gedefinieerde warmteafgifte
Zie ook: Warmtebron