OBCIĄŻALNOŚĆ CIEPLNA ORAZ ZABEZPIECZENIA NADPRĄDOWE PRZEWODÓW I KABLI 1

Transkrypt

1 Edward MUSAŁ Oddział Gdański SEP OBCĄŻALNOŚĆ CEPLNA ORAZ ZABEZPECZENA NADPRĄDOWE PRZEWODÓW KABL Problematyka zabezpieczeń przeciążeiowych oraz zabezpieczeń zwarciowych przewodów i kabli iskiego apięcia jest ierozerwalie związaa z ich roboczą i zwarciową obciążalością cieplą. Najpierw ustalić trzeba, jakie wartości prądu i w jakim czasie są dopuszczale w warukach roboczych i w warukach zwarciowych, a potem zastaawiać się moża, jak przewody zabezpieczyć przed admierymi, iedopuszczalymi obciążeiami cieplymi. Dobrae zabezpieczeia adprądowe powiy mieć prądy zamioowe bądź astawcze i czasy działaia jak ajiższe, by skuteczie zabezpieczały chroioy obwód, ale a tyle wysokie, by przetrzymywały wszelkie prądy ormalego użytkowaia (w tym prądy załączeiowe obwodu, p. prądy rozruchowe silików) i poza obwodami odbiorczymi działały wybiorczo z zabezpieczeiami a iższych stopiach rozdziału eergii.. Temperatury obliczeiowe Obliczeiowa temperatura otoczeia τ o jest to ajwyższa temperatura powietrza otaczającego rozważae urządzeie elektrycze występująca stale lub okresowo, w ormalych warukach użytkowaia. W przypadku pojedyczego urządzeia (aparatu, silika, rozdzielicy, trasy przewodów) moża ją zmierzyć w sytuacjach sporych za pomocą trzech termometrów rozmieszczoych rówomierie wokół urządzeia, a średiej wysokości jego części przewodzących prąd, w odległości około m od iego, po czym obliczyć średią arytmetyczą otrzymaych wyików. Termometry ależy chroić przed prądami powietrza i wpływem ciepła z obcych źródeł; ajlepiej umieszczać je w pojemikach zawierających około pół litra oleju, aby wskazaia uiezależić od krótkotrwałych wahań temperatury. Wartość obliczeiowej temperatury otoczeia uwzględia waruki klimatu aturalego, a więc zależy od strefy klimatyczej, i w razie potrzeby uwzględia dodatkowy przyrost temperatury z tytułu kryptoklimatu we wętrzu pomieszczeń, w obudowach bądź w ciasych przestrzeiach stropów podwieszaych albo szybów istalacyjych. Wartości właściwe dla Polski i w uzgodieiu ze stroą polską podae w ormie EC /A:999 [6] są zestawioe w tabl.. Tablica. Obliczeiowa temperatura otoczeia τ o w Polsce Rodzaj przewodów i waruki ich układaia Przewody w pomieszczeiach 5 Przewody izolowae ie arażoe a bezpośredie asłoeczieie 5 w przestrzeiach zewętrzych arażoe a bezpośredie asłoeczieie 40 τ o [ C] Kable w ziemi w zależości od pory roku 0 (5; 5) Jeśli występują okoliczości uzasadiające przyjęcie wyższej temperatury iż podaa w ormie (p. pomieszczeie kotłowi, ciase wętrze rozdzielicy), ależy to uczyić. W zasadzie ie W tekście artykułu wykorzystao materiały szkoleiowe przygotowae dla człoków Kujawsko-Pomorskiej Okręgowej zby żyierów Budowictwa (Bydgoszcz Toruń Włocławek, 5-6 kwietia 008 r.).

2 dopuszcza się przyjmowaia temperatury iższej, bo przemawiające za tym przesłaki są złude. Gdyby przewody we wętrzu komory chłodiczej dobrać do temperatury utrzymywaej w iej w ormalych warukach użytkowaia, p. 8 C, to ie dałoby się w ogóle przeprowadzić techologiczego rozruchu urządzeń po zakończeiu ich budowy lub remotu. Nowsze ormy międzyarodowe zawierają tablice obciążalości długotrwałej przewodów dla temperatury otaczającego powietrza (ag. ambiet air temperature) 30 C, występującej w krajach śródziemomorskich, czyli w warukach ajbardziej iekorzystych w Europie. Dla iych waruków podao współczyiki poprawkowe w tablicy 5-D. Według wspomiaej ormy EC /A:999 (rys. ) w warukach polskich τ o 5 C, wobec czego współczyik poprawkowy dla przewodów o izolacji polwiitowej (τ dd 70 C) wyosi,06, co wyika z prostego przeliczeia: τ 5 dd z5 z30 z30, 06 τ dd i ozacza, że obciążalość długotrwała z5 takich przewodów w polskich warukach klimatyczych jest o 6 % większa iż wartość z30 odczytaa z ormy. Takie postępowaie akazują postaowieia oraz tablica 5-D ormy PN-EC :00. W polskojęzyczej wersji ormy ależało po prostu zamieścić tablice obciążalości dla temperatury otoczeia 5 C, jak to w swojej wersji ormy uczyili Niemcy, żyjący w tej samej strefie klimatyczej. Australia i Nowa Zeladia wspólie opracowują i ustaawiają ormy AS/NZS, ale mają w ich osobe tablice obciążalości przewodów i kabli dla temperatury otaczającego powietrza i grutu odpowiedio: 40 C/30 C w Australii oraz 5 C/5 C w Nowej Zeladii [8]. Podobie, ie ma powodu, by polscy elektrycy wierzyli, że po ustaowieiu ormy PN-EC :00 temperatury w Polsce zrówały się z występującymi a Sycylii i w Maroku, co próbują im wmówić ci, którzy tekst ormy źle przetłumaczyli. Z kolei zamieszczoe w ormie EC :999 [5] tablice obciążalości długotrwałej kabli ułożoych w ziemi odoszą się do: temperatury grutu τ o 0 C, właściwej dla Polski w okresie letim, rezystywości cieplej grutu,5 K m/w, skrajie dużej, jaką wykazują żużel, popiół i grut piaszczysty bardzo suchy, co wyjaśioo astępująco w ustępie 53.3.: This value is cosidered ecessary as a precautio for worldwide use whe the soil type ad geographical locatio are ot specified. Według ormy EC /A:999 [6] w przeciętych polskich warukach układaia kabli rezystywość ciepla grutu wyosi,0 K m/w; taką wartość przyjmowały rówież wcześiejsze polskie przepisy [9] i orma [8]. Odczytae w ormie PN-EC :00 wartości obciążalości z kabli układaych w ziemi ależy zatem możyć przez współczyik poprawkowy,8 (tabl. 5-D3 ormy [3]). Takie postępowaie akazuje pkt ormy [6] o treści: Correctios factors for soil thermal resistivities other tha,5 K m/w are give i table 5-D3, co krajowi maipulatorzy, zaiteresowai zwiększeiem popytu a miedź, przetłumaczyli podstępie [3]: Współczyiki poprawkowe dla grutu o rezystywości cieplej większej iż,5 K m/w są podae w tablicy 5-D3. Rezystywość ciepla grutu ma też wpływ a wzajeme oddziaływaia cieple sąsiadujących ze sobą kabli, a więc a wartości współczyików poprawkowych podaych w tablicach 5-E, 5- E3. Niestety ich wartości podao w ormie tylko dla grutu o rezystywości cieplej,5 K m/w, kiedy te oddziaływaia są słabsze. Temperatura graicza dopuszczala długotrwale τ dd jest to ajwyższa temperatura, do jakiej mogą agrzewać się żyły przewodów i stykające się z imi warstwy izolacji przez czas ieograiczoy przy zachowaiu trwałości termiczej izolacji a poziomie 0 30 lat. Wartość temperatury τ dd zależy od materiału użytego a izolację przewodu (tabl. ) i ew. od waruków otoczeia. W przypadku materiałów izolacyjych ajwyższej klasy ciepłoodporości C (τ dd > 80 C), jak politetrafluoroetyle PTFE (teflo) i tleek magezu MgO (przewody o izolacji mieralej) war- z30 ()

3 tość temperatury graiczej dopuszczalej długotrwale, a zwłaszcza wartość temperatury dopuszczalej przy zwarciu może być ograiczoa względami zagrożeia pożarowego. Rys.. Stroica ormy EC /A:999 [6 ] zawierająca właściwe dla waruków polskich obliczeiowe temperatury otoczeia, obliczeiową rezystywość cieplą grutów i głębokość układaia kabli 3

4 Temperatura graicza dopuszczala przejściowo τ dp jest to ajwyższa temperatura, jaką dopuszcza się przy sporadyczie występujących awaryjych przeciążeiach ruchowych o ograiczoym czasie trwaia, p. ie dłużej iż 00 h w ciągu roku i ie dłużej iż 500 h w całym przewidywaym okresie eksploatacji. Przeciążeia takie wywołują dodatkowe zużycie termicze izolacji, p. w odiesieiu do jedego przeciążeia iewiększe iż 0, % trwałości i iewiększe iż 00 h. Wartość temperatury τ dp zależy od materiału izolacji (tabl. ); określają ją tylko iektóre ormy bądź przepisy i raczej w odiesieiu do przewodów o dużej obciążalości, używaych w sieciach rozdzielczych i przesyłowych. Dawa orma PN-55/E-050 [8] określała, jak wyzaczać obciążalość przejściową przewodów gołych oraz kabli o izolacji papierowo-olejowej; w porówaiu z obciążalością długotrwałą była oa większa o % dla przewodów gołych i o 4 % dla kabli iskoapięciowych układaych w ziemi (o 7 % dla kabli układaych w powietrzu). Tablica. Temperatura graicza dopuszczala dla przewodów zależie od materiału izolacji Materiał izolacji Temperatura graicza [ C] dopuszczala długotrwale przejściow o ) przy zwarciu Bez izolacji, przewody gołe miedziae Guma aturala Papier-olej (kable iskiego apięcia) Polwiit (PVC) ) Polietyle (PE) Guma butylowa (K) 85 0 Polwiit ciepłoodpory, polietyle siecioway (XLPE), guma etyleowo-propyleowa (EPR) Polietyleowiyloacetat (EVA) 0 Guma sylikoowa ) Nie występuje w aktualych polskich ormach ai przepisach. ) 40 C dla przewodów o przekroju s > 300 mm. Temperatura graicza dopuszczala przy zwarciu τ dz jest to ajwyższa temperatura żył przewodu, jaką dopuszcza się w końcowej chwili trwaia zwarcia. Jest oa tak ustaloa, że zwarcie wprawdzie wywołuje zaczący ubytek trwałości termiczej izolacji, ale ie zagraża atychmiastowym uszkodzeiem izolacji, p. jej zapaleiem, roztopieiem czy chociażby zmiękięciem powodującym trwałe przemieszczeie żyły. Wartość temperatury τ dz, zależa od materiału izolacji (tabl. ), może być zróżicowaa, p. ieco iższa w przypadku przewodów o wyższym apięciu zamioowym i/lub o dużym przekroju żył ze względu a większe prawdopodobieństwo deformacji przegrzaej izolacji albo groźiejsze skutki takiej deformacji. Przyjęta wartość ie powia też powodować admierego obiżeia wytrzymałości mechaiczej żył przewodów, zwłaszcza w przypadku liii apowietrzych i szy sztywych. Poadto wartość τ dz powia uwzględiać zagrożeia dla otoczeia, zwłaszcza dla podłoża, a którym przewód jest ułożoy. Oceiając ubytek trwałości termiczej izolacji ależy pamiętać, że czas trwaia podwyższoej temperatury jest wielokrotie dłuższy iż czas trwaia zwarcia. 4

5 . Obciążalość długotrwała przewodów W staie cieplie ustaloym strumień cieply q R w watach, wydzielay w jedożyłowym przewodzie o rezystacji elektryczej R w omach (przekroju żyły s i koduktywości γ) przez prąd w amperach, w całości odpływa do otoczeia przez rezystację cieplą R c w kelwiach a wat, wywołując przyrost temperatury ϑ w kelwiach: ϑ q R, () c R Rc przy czym obie rezystacje odoszą się do jedostki długości przewodu. Przy ajwiększym długotrwale dopuszczalym prądzie z występuje przyrost temperatury dopuszczaly długotrwale ϑ dd τ dd τ o o wartości: ϑ (3) dd z R Rc Z zależości tej moża wyzaczyć obciążalość długotrwałą przewodu: z ϑdd R R c τ dd τ R c o s γ (4) co pozwala sprawdzić, jak wpływają a ią róże czyiki i a zasadzie proporcji, z obciążalości długotrwałej w zaych warukach, obliczyć obciążalość długotrwałą dla iych waruków (patrz wzór ), jeżeli ie zmieia się rezystacja ciepla R c. Jest to bowiem parametr, którego wartość liczbową dla określoej sytuacji ajtrudiej ustalić. Wartość rezystacji cieplej zależy m.i. od przekroju żyły s, co sprawia, że wbrew pozorom obciążalość długotrwała przewodu, wyikająca ze wzoru (4), iekoieczie jest proporcjoala do przekroju żyły w potędze ½. Występujące w powyższych wzorach elektrycza rezystacja żyły R oraz jej koduktywość γ przyjmują wartości odpowiadające ustaloej temperaturze w rozpatrywaych warukach, p. temperaturze τ dd, przy której oblicza się obciążalość długotrwałą z. W przypadku przewodu wielożyłowego wzór byłby bardziej złożoy, ale charakter zależości pozostałby te sam. W przewodach iskoapięciowych a ogół pomijalie mały jest strumień cieply wydzielay poza żyłami przewodu, tz. w izolacji, a także w iych częściach przewodu, jak metalowa powłoka lub metalowa osłoa obejmująca wszystkie żyły czye obwodu przemieoprądowego, co zapobiega idukowaiu w powłoce lub osłoie prądów wirowych i ew. zmieego strumieia magetyczego. Podawae w ormach wartości obciążalości długotrwałej z przewodów pochodzą z pomiarów przeprowadzoych dla iektórych przekrojów i wybraych sytuacji modelowych, których wyiki są astępie przeliczae dla wielu iych waruków wykazujących podobieństwo fizycze (w tym przypadku podobieństwo termodyamicze). Przekształcając wzór (4) moża zauważyć, że obciążalość długotrwała z przewodu jest fukcją potęgową przekroju żyły: A s B s A s m m (5) z Potrzeba uwzględiaia drugiego składika wzoru (B 0) zachodzi w przypadku bardzo dużego przekroju żył (powyżej 0 mm, a awet dopiero powyżej 300 mm ). Stała A ma wartość zależą od budowy przewodu, sposobu układaia i dopuszczalego przyrostu temperatury (tabl. B.5- ormy). Teoretyczie wykładik potęgowy m przyjmuje wartości od 0,50, jeśli rezystacja ciepla R c żyła-otoczeie ie zależy od przekroju żyły s i pola jej zewętrzej powierzchi, do 0,75 jeśli rezystacja ciepla R c jest odwrotie proporcjoala do pola zewętrzej powierzchi żyły (przewody gołe) i w rezultacie R c s -0,5. W rzeczywistości dla przewodów izolowaych zakres wartości wykładika potęgowego jest zaczie miejszy: m 0,55 0,67. Na przykład, dla przewodów o izolacji polwiitowej o trzech żyłach obciążoych przy sposobie układaia B obowiązuje zależość: 0,68 z, 84 s (tabl. B.5- ormy). Skoro obciążalość długotrwała przewodu miedziaego 4 mm wyosi 8 A (tabl. 5-C3 ormy), to obciążalość przewodu 0 mm w tych samych warukach wyosi: 5

6 0,68 0, z 0 z A. (6) 4 4 Wyik obliczeia jest precyzyjy, jeżeli zmieia się tylko materiał żyły, p. w porówaiu z przewodem miedziaym ( z 00 A albo 00 %) podoby przewód alumiiowy tak samo ułożoy ma obciążalość γ Al 34,8 zal zcu A (79 %), (7) γ 56 Cu czyli o % miejszą (o 0 % przy porówywaiu chemiczie czystych metali). Miedź i alumiium mają iemal idetyczą wartość temperaturowego współczyika rezystywości, wobec czego ie popełia się błędu wpisując w powyższym wzorze koduktywości w temperaturze 0 C zamiast w temperaturze graiczej dopuszczalej długotrwale τ dd. Wyik przeliczeia jest tylko orietacyjy, jeżeli zmieą jest liczba żył przewodu wielożyłowego albo liczba jedożyłowych przewodów w rurce, przy czym wszystkie oe są idetycze i obciążoe prądem o tej samej wartości. Zając obciążalość długotrwałą przewodu jedożyłowego z moża oszacować obciążalość przewodu N-żyłowego o podobej budowie i tak samo ułożoego ze wzoru empiryczego: z zn (8) 3 N Z tego przeliczeia wyika, że przewód 3-żyłowy w porówaiu z przewodem -żyłowym ma 3 obciążalość długotrwałą rówą w przybliżeiu: /3 0,87 87 %. Norma wprawdzie przestrzega, że przewód eutraly może być obciążoy prądem porówywalym z prądem w przewodzie fazowym, ale ie podaje obciążalości przewodów 4-żyłowych. Trzeba zatem samemu umieć wstępie oszacować, że przewód 4-żyłowy w porówaiu z przewodem 3-żyłowym ma obciążalość długotrwałą w przybliżeiu: 3/ 4 0,9 9%, czyli o około 3 9 % miejszą. Dokładiejsze wartości, zależe od obciążeia czwartej żyły, podaje tabl. 7. W tablicach 3, 4, 5 oraz 6 zestawioo wybrae iformacje z ormy PN-EC :00 dotyczące obciążalości długotrwałej przewodów. Norma klasyfikuje róże sposoby układaia przewodów zaliczając je do jedej z liczych grup (A, B G) bądź podgrup (A, A) i stosowie do tego różicując obciążalość długotrwałą przewodów. Takie postępowaie jest zrozumiałe, ale jego prezetacja w zawiłych tablicach 5-B i 5-B jest ieprzejrzysta i utrudia doszukiwaie się w ich logiki i ewetualych potkięć. Na przykład, do sposobu układaia przewodów B zalicza się w poz. 6 (tablica 5-B) przewody jedożyłowe w listwie istalacyjej a ściaie drewiaej, ale kiedy przewody są układae w listwie z przegrodami (poz. 3), to z iejasych powodów materiał podłoża już ie ma zaczeia. Podoba wątpliwość dotyczy odpowiedio pozycji 7 i 4 tejże tablicy. Po ujedoliceiu tej klasyfikacji (tabl. 3 i 4) widać w iej więcej rozstrzygięć budzących zdziwieie. Norma PN-EC :00 ie zastępuje w pełi dawiejszych polskich przepisów określających obciążalość przewodów [9]. Nie uwzględia wielu szczególych waruków układaia kabli wpływających a ich obciążalość cieplą i w ogóle ie obejmuje przewodów ruchomych. To ieprawda, że komitet krajowy (PKN) ma ręce związae treścią dokumetu EC. Wystarczy spojrzeć a sam tytuł rówoważej ormy iemieckiej: DN VDE (VDE 098 Teil 4):998- [7], do której włączoo przewody ruchome (iem. flexible Leituge). Dopóki te arkusz [5] ie ma statusu ormy europejskiej EN, dopóty takie zabiegi są możliwe. Arkusz 53 wprowadza licze współczyiki poprawkowe korygujące obciążalość długotrwałą przewodów z tytułu waruków odprowadzaia ciepła iych iż wzorcowe, przyjęte przy sporządzaiu tablic obciążalości. Są oe związae przede wszystkim z liczbą jedocześie obciążoych żył przewodu wielożyłowego (tabl. 5), z liczbą jedocześie obciążoych przewodów układaych w wiązkach (tabl. 6), a także z obciążeiem przewodu eutralego w obwodzie trójfazo- 6

7 wym obciążoym wprawdzie symetryczie, ale prądami odkształcoymi. Tablica 3. Ważiejsze sposoby układaia przewodów oraz kabli i ich umowe ozaczeia Sposób układaia przewodów Przewody jedożyłowe w rurze w ściaie termoizolacyjej Przewód wielożyłowy bezpośredio w ściaie termoizolacyjej Przewody jedożyłowe lub przewód wielożyłowy w ościeżicach (drzwiowych, okieych) Przewód wielożyłowy w rurze w ściaie termoizolacyjej Przewody jedożyłowe w rurze w ściaie murowaej Przewody jedożyłowe w rurze lub w listwie a ściaie (drewiaej ) Przewody jedożyłowe w rurze bezpośredio a ściaie (drewiaej albo murowaej) albo w odległości miejszej iż 0,3 D od ściay Przewody jedożyłowe w podwieszaej listwie Przewody w przestroym kaale istalacyjym (5 d V < 50 d) Przewody jedożyłowe w rurze w przestroym kaale istalacyjym (V 0 D) Przewody jedożyłowe w korytku podłogowym w podłodze Przewody w podwójym suficie lub podłodze przy dużym prześwicie (5 d V < 50 d) Przewody wielożyłowe w rurze w ściaie murowaej Przewód wielożyłowy w rurze lub listwie a ściaie (drewiaej) Przewód wielożyłowy w rurze bezpośredio a ściaie (drewiaej lub murowaej) albo w odległości miejszej iż 0,3 D od ściay Przewód wielożyłowy w podwieszaej listwie Przewody w ciasym kaale istalacyjym (,5 d V < 5 d) Przewody jedożyłowe w rurze w ciasym kaale istalacyjym (,5 D V < 0 D) Przewód wielożyłowy w korytku podłogowym w podłodze Przewody w podwójym suficie lub podłodze przy małym prześwicie (,5 d V < 5 d) Przewody a ściaie drewiaej w odległości miejszej iż 0,3 d od ściay Przewody (jedo- lub wielożyłowe) bezpośredio a suficie drewiaym Przewody w korytku ieperforowaym (w odległości iemiejszej iż 0,3 d od ściay) Kable bezpośredio w ziemi Kabel wielożyłowy w rurze w ziemi Przewód wielożyłowy w powietrzu, w odległości co ajmiej 0,3 d od ściay Przewody w korytku perforowaym lub a drabice (w odległości iemiejszej iż 0,3 d od ściay) Przewody (jedo- lub wielożyłowe) zawieszoe a lice ośej lub przewody wielożyłowe samoośe Przewody jedożyłowe w powietrzu stykające się, w odległości co ajmiej d od ściay Przewody w korytku perforowaym lub a drabice (w odległości iemiejszej iż 0,3 d od ściay) Przewody (jedo- lub wielożyłowe) zawieszoe a lice ośej lub przewody wielożyłowe samoośe Przewody jedożyłowe w powietrzu iestykające się, w odległości d od ściay i między sobą Przewody gołe lub izolowae zawieszoe a izolatorach 7 Ozaczeie d średica zewętrza przewodu D średica zewętrza rury istalacyjej V głębokość kaału istalacyjego Ściaa termoizolacyja ściaa mająca wewętrze pokrycie o współczyiku przeikaia ciepła iemiejszym iż 0 W/m K. A A B B A B C D E F G

8 Tablica 4. Sposoby układaia a stałe przewodów kabelkowych oraz jedożyłowych przewodów izolowaych Sposób układaia A A B B Rysuek Opis jedożyłowe w rurach lub listwach w rurach lub listwach bezpośredio w ściaie jedożyłowe wielożyłowe wielożyłowe w rurach lub listwach a ściaie, w ściaie lub w podłodze w ściaach termoizolacyjych Sposób układaia C E F G Rysuek Opis jedożyłowe wielożyłowe wtykowe stykające się ie stykające się wielożyłowe w ściaie, suficie po wierzchu, a ściaie albo suficie lub w ściaie lub przestrzei jedożyłowe albo w suficie z materiału o rezystywości cieplej ρ K m/w, swobodie w powietrzu, a lice ośej, istalacyjej a drabice kablowej lub w korytkach kablowych ieperforowaych (tz. o powierzchi otworów < 30 % całkowitej powierzchi korytka) 8

9 Tablica 5. Obciążalość długotrwała z [A] przewodów miedziaych o izolacji polwiitowej przy obliczeiowej temperaturze otoczeia 5 C i ajwiększy dopuszczaly prąd zamioowy ich zabezpieczeia adprądowego Ułożeie A A B B C E F G Liczba jedocześie obciążoych żył Przekrój [mm ] Obciążalość długotrwała przewodów [A] Prąd zamioowy zabezpieczeia adprądowego [A] ,5 6,5 4,5 6,5 4 8,5 6,5 7,5 6 8,5 3 9, w wiązce obok siebie w pioie lub poziomie poziomo pioowo,5 9 9,5 8,

10 Tablica 6. Współczyiki poprawkowe obciążalości długotrwałej dla wiązek przewodów Sposób układaia Wiązka bezpośredio a ściaie lub podłodze albo w rurze lub korytku a ściaie lub w ściaie Liczba wielożyłowych przewodów/kabli lub liczba obwodów wykoaych przy użyciu jedożyłowych przewodów/kabli ( lub 3 przewody obciążoe prądem) ,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,5 0,5 0,48 0,45 0,43 0,4 0,39 0,38 Jeda warstwa stykających się przewodów a ściaie lub podłodze 0,85 0,79 0,75 0,73 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Jeda warstwa przewodów a ściaie lub podłodze, odstępy między przewodami rówe ich średicy 0,94 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Jeda warstwa stykających się przewodów a suficie 0,95 0,8 0,7 0,68 0,66 0,64 0,63 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Jeda warstwa przewodów a suficie, odstępy między przewodami rówe ich średicy 0,95 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 O jest symbolem jedo- lub wielożyłowego przewodu/kabla 0

11 Na trude pytaie o obciążalość długotrwałą układu czterech przewodów obwodu trójfazowego, z żyłą eutralą obciążoą zaczym prądem, orma EC :999 suje ieprzekoującą opowieść w Załącziku C i daje baale rady. W tej sytuacji pomoca może być tablica 7 z opracowaia E. Heriga [4], którą ależy posługiwać się astępująco: Dla rozpatrywaego przekroju przewodów w ormie (tabl. 5) ależy odczytać stosowie do sposobu ich układaia obciążalość długotrwałą z3 dla 3 żył lub 3 przewodów jedożyłowych obciążoych prądem. W kolumie tablicy 7 ależy odszukać wiersz odpowiadający względemu obciążeiu żyły eutralej lub jedożyłowego przewodu eutralego ν N / L rozpatrywaego obwodu trójfazowego. W tym wierszu ależy zaleźć stosowie do sposobu układaia przewodów wartość współczyika poprawkowego r. loczy r z3 z4 jest poszukiwaą obciążalością długotrwałą z4 przewodu 4-żyłowego (lub zespołu 4 przewodów jedożyłowych) o idetyczych żyłach, w którym względe obciążeie żyły eutralej wyosi ν. Tablica 7. Współczyiki poprawkowe obciążalości układaych a stałe 4-żyłowych przewodów obwodów trójfazowych w zależości od względej wartości prądu w żyle eutralej N (PEN) Stosuek prądu w przewodzie eutralym do prądu w przewodzie fazowym N ν L Sposób układaia przewodów A A B B C E F w ściaie termoizolacyjej w rurze lub listwie po wierzchu, a ściaie przewody stykające się jedożyłowe wielożyłowe jedożyłowe wielożyłowe wielożyłowe współczyik poprawkowy r bez rury lub listwy 0,3 d wielożyłowe w odległości od ściay,0 d jedożyłowe iestykające się jedowarstwowo ν 0,,00,00,00,00,00,00 0, < ν 0,4 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,96 0,4 < ν 0,6 0,94 0,94 0,94 0,94 0,95 0,93 0,6 < ν 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 0,93 0,90 0,8 < ν,0 0,87 0,87 0,87 0,87 0,89 0,86,0 < ν, 0,83 0,83 0,83 0,83 0,85 0,8 wiązka, < ν,4 (0,78) 0,78 (0,78) 0,78 (0,80) (0,77),4 < ν,6 (0,7) 0,7 (0,7) 0,7 (0,73) (0,7),6 < ν,8 (0,65) 0,65 (0,65) 0,65 (0,66) (0,64),8 < ν,0 (0,57) 0,57 (0,57) 0,57. Przez współczyik poprawkowy r ależy pomożyć obciążalość długotrwałą przewodów z3 odczytaą w PN-EC (dla 3 żył obciążoych prądem), aby otrzymać obciążalość przewodów czterożyłowych o 4 idetyczych żyłach (lub 4 idetyczych przewodów jedożyłowych) z4 r z3, przy czym żyła eutrala (przewód eutraly) jest obciążoa w stopiu ν. Wszystkie wartości prądu są wartościami skuteczymi.. W układzie TN-C stosuek ν ozacza względą wartość prądu w przewodzie PEN. Jedakowoż układ TN-C jest iezalecay przy większych wartościach stosuku ν N / L, a przykład przy ν > 0,5. 3. Wartości współczyika poprawkowego r podae w awiasie ozaczają, że w tych przypadkach ależy rozważyć zastosowaie przewodu eutralego N o przekroju większym iż przekrój przewodów fazowych bądź zastosowaie dwóch przewodów eutralych.

12 3. Obciążalość zwarciowa ciepla przewodów Przyjmuje się, że eergia ciepla wydzieloa w czasie trwaia zwarcia T k ieprzekraczającym 3 lub 5 sekud przez rzeczywiście płyący prąd zwarciowy i k (lub prąd zwarciowy zastępczy cieply th ), której miarą jest skutek cieply (całka Joule a): Tk ikdt th T (9) k 0 w całości zostaje zużyta a adiabatycze (bez wymiay ciepła z otoczeiem) agrzewaie żyły przewodu o przekroju s i długości l, od temperatury przed zwarciem τ pz do temperatury graiczej dopuszczalej przy zwarciu τ dz : przy czym th sr ( τ τ ) l Tk s l c (0) dz pz γ s c ciepło właściwe materiału żyły w J/(cm 3 K), γ sr koduktywość materiału żyły w temperaturze τ sr w m/(ω mm ). Skoro zakłada się liiową zależość rezystacji przewodu od temperatury, to dla rozpatrywaego procesu agrzewaia prądem zwarciowym ależy przyjąć koduktywość żyły w temperaturze będącej średią arytmetyczą temperatury początkowej i temperatury końcowej: τ sr τpz + τdz () Zając przyrost temperatury dopuszczaly przy zwarciu ϑ dz τ dz τ pz i własości materiału żyły moża obliczyć ajwiększą dopuszczalą jedosekudową gęstość prądu k [A/mm ] czyli średią kwadratową gęstość prądu, jaką w żyle przewodu moża dopuścić podczas zwarcia trwającego T k s. k τ τ th dz pz γsr c () s Tk Tablica 8. Największa dopuszczala jedosekudowa gęstość prądu k [A/mm ] dla przewodów izolowaych Polwiit, Materiał izolacji przewody o przekroju Jedosekudowa gęstość prądu k [A/mm ] w żyłach miedziaych alumiiowych s > 300 mm s 300 mm 5 76 Guma aturala 4 93 Guma etyleowo-propyleowa, polietyle siecioway Na przykład dla przewodu alumiiowego (wg ormy: γ 0 35,38 m/ω mm, ρ,7 g/cm 3, c,5 J/cm 3 K) o izolacji polwiitowej (τ dz 60 C, τ pz τ dd 70 C) średia arytmetycza obliczoa z temperatury początkowej i temperatury końcowej przy agrzewaiu prądem zwarciowym wyosi Zastrzeżeia a te temat w ormach ie są jedolite. Wartość 3 s powia dotyczyć przewodów o miejszym przekroju żył.

13 τ pz + τdz τ a koduktywość alumiium w tej temperaturze γ sr sr o 5 C γ 0 35,38 m 5,64 + α ( τ 0) + 0,0040 (5 0) Ω mm sr Największa dopuszczala jedosekudowa gęstość prądu k w takim przewodzie wyosi (po sprawdzeiu jedostek, bo wartości liczbowe ie są wyrażoe w jedostkach podstawowych układu S): k γ sr τ c dz τ T k pz ,64,5 e wartości ajwiększej dopuszczalej jedosekudowej gęstości prądu są zestawioe w tabl. 8. Autorzy ormy we wzorze () bądź rówoważym opuścili czas trwaia zwarcia T k s. Może uzali, że dzieleie przez iczego ie zmiei. Rzeczywiście, wyiku liczbowego to ie zmieia, ale przypisuje mu dziwaczą jedostkę [A s / mm ], którą ze wstydu ajchętiej się przemilcza, a sam wyik azywa się pokrętie współczyikiem k zamiast ajwiększą dopuszczalą jedosekudową gęstością prądu, jak go azywao przez miioe kilkadziesiąt lat. Kwestią ajważiejszą ie jest tu awet termiologia, lecz upowszechiająca się maiera redagowaia tekstów orm EC oraz EN w sposób skłaiający, a awet zmuszający użytkowików orm do bezmyślego ich stosowaia bez rozumieia istoty rzeczy. W sytuacjach ietypowych, wymagających idywidualego podejścia, tak traktoway użytkowik orm jest bezbroy. Na potwierdzeie tego zarzutu moża przedstawić jeszcze jede przykład związay z tą samą kwestią, a miaowicie ze sposobem obliczaia ajwiększej dopuszczalej jedosekudowej gęstości prądu k. Przecięty iżyier elektryk jest w staie zrozumieć wyprowadzeie i ses wzoru (), pojąć ukrytą w im fizykę zjawiska i sposób korzystaia ze wzoru. Niech spróbuje to zrozumieć aalizując rówoważy wzór w załącziku A ormy PN-EC :999 (z poważym błędem drukarskim) lub w załącziku A ormy PN-HD :007 (bez tego błędu). Co gorsza, ta maiera z orm przeika do literatury techiczej, do artykułów i referatów kometujących postaowieia orm, do broszur szkoleiowych, a awet do podręczików akademickich. Objaśiaie istoty rzeczy i akłaiaie ludzi do myśleia ie jest już w ceie. 76 A mm 3

14 4. Wstępe zasady doboru zabezpieczeń i obciążalości przewodów Pierwszym krokiem jest ustaleie wartości obliczeiowego prądu szczytowego B obwodu, co staowi podstawę doboru prądu zamioowego ciągłego aparatów oraz wstępego doboru obciążalości długotrwałej z przewodów. W obwodzie pojedyczego odbiorika, trasformatora lub geeratora jest to co ajmiej prąd zamioowy tego urządzeia (tabl. 9). Dobra praktyka jako obliczeiowy prąd szczytowy B obwodu każe przyjmować wartość większą, podaą w kolumie 3 tablicy 0 jako zalecay prąd zamioowy ciągły wyłączika. Drugim krokiem jest dobór prądu zamioowego i/lub prądu astawczego zabezpieczeń adprądowych w taki sposób, aby przetrzymywały oe bez zadziałaia ie tylko obliczeiowy prąd szczytowy obwodu B, ale rówież wszelkie prądy załączeiowe, będące prądami ormalego użytkowaia (prąd rozruchowy silika, prąd rozświecaia lampy, prąd załączaia kodesatorów itp.). To z tych powodów poday w kolumie (tabl. 0) potrzeby prąd zamioowy wkładki topikowej określoej klasy może być zaczie większy iż prąd obliczeiowy obwodu poday w kolumie 3. Podobie, do prądów załączeiowych obwodu dobiera się prąd astawczy człou zabezpieczeiowego zwarciowego wyłączika (koluma 5 tablicy 0). W obwodach rozdzielczych wymagae prądy zamioowe bądź astawcze zabezpieczeń i ew. zwłoka ich działaia mogą wymagać zwiększeia ze względu a wybiorczość działaia z zabezpieczeiami usytuowaymi a iższych stopiach rozdziału eergii. Trzecim krokiem jest dobór przekroju przewodu w taki sposób, by spełiał o wszelkie stawiae mu wymagaia odośie do: wytrzymałości mechaiczej, obciążalości cieplej długotrwałej i zwarciowej oraz dopuszczalego spadku apięcia. W obwodach bezpieczeństwa (oświetleie awaryje, urządzeia tryskaczowe, pompy pożaricze, kotrola dostępu, bezpieczeństwo ruchu loticzego, kolejowego, drogowego, wodego) trzeba zmiimalizować możliwość zbędych zadziałań. Wobec tego ie ależy w ich stosować zabezpieczeń różicowoprądowych ai przeciążeiowych działających a wyłączeie, a prądy zamioowe bądź astawcze zabezpieczeń zwarciowych zawyża się o jede lub dwa stopie w porówaiu z wartością wyikającą ze zwykłych zasad ich doboru. Reasumując, wszelkie zabezpieczeia adprądowe tak się dobiera, aby miały ze względu a czułość zabezpieczeia prądy i czasy działaia jak ajmiejsze, ale ze względu a ciągłość zasilaia wystarczająco duże dla zapobieżeia zbędym zadziałaiom z powodu: jakichkolwiek prądów rozruchowych (silików), prądów załączeiowych (lamp, trasformatorów, zasilaczy impulsowych) bądź iych zwiększoych prądów ormalego użytkowaia, braku wybiorczości z zabezpieczeiami usytuowaymi a iższych stopiach zabezpieczeń. Następie przewody tak się dobiera, aby poza spełieiem iych wymagań wytrzymywały arażeia cieple przy przeciążeiach i zwarciach dyktowae m.i. przez wcześiej dobrae zabezpieczeia adprądowe. 4

15 Tablica 9. Sposób wyzaczaia prądu zamioowego bądź obliczeiowego prądu szczytowego B urządzeń w obwodach trójfazowych Piec, kuchia, ogrzewacz rezystacyjy Urządzeie oświetleiowe (lampy wyładowcze) Silik idukcyjy Geerator Trasformator Bateria kodesatorów Moc i prąd w obwodzie w warukach zamioowych U [V] U [V] U [V] G U [V] U [V] P [W] P η [ W] P η [ W] S [VA] Q [var] S [VA] S [VA] P + ΔP P - moc źródła światła ΔP - moc strat w statecziku ΔP (0,04...0,0)P M P [W] P cosϕ [ VA] U [V] S [VA] U [V] Q [var] cosϕ P 3 U λ 0,80 0,96 z kompesacją λ 0,5 bez kompesacji B ( P + ΔP) kas 3 U λ cosϕ 0,75 0,90 cosϕ 0,8 wymuszoy przez obciążeie P 3 U η cosϕ S 3 U () S 3 U () cosϕ 0 poj Q 3 U Objaśieie ozaczeń: apięcie zamioowe (U ), apięcie zamioowe pierwote (U ) i wtóre (U ); moc zamioowa czya (P ), pozora (S ) i biera (Q ); sprawość zamioowa (η ); współczyik mocy zamioowy (λ P /S, a w obwodach prądu siusoidalego cosϕ P /S ); prąd zamioowy pojedyczego urządzeia ( ), obliczeiowy prąd szczytowy odbiorika lub grupy odbiorików ( B ), współczyik iesymetrii obciążeia trzech faz (k as Lmax / Lśr,05,5). 5

16 Tablica 0. Uproszczoe wskazaia doboru zabezpieczeń adprądowych w obwodach odbiorczych Urządzeie zasilae o prądzie zamioowym Bezpieczik Prąd zamioowy wkładki topikowej Prąd zamioowy ciągły wyłączika Wyłączik adprądowy Prąd astawczy człou przeciążeiowego Krotość prądu zamioowego zasilaego urządzeia Prąd astawczy człou zwarciowego Ogrzewacz, piec rezystacyjy, kuchia,0,,0, Lampy żarowe,5,5,0 9 Lampy wyładowcze z kompesacją rówoległą Silik idukcyjy o rozruchu bezpośredim lekkim Silik idukcyjy o rozruchu bezpośredim ciężkim,5,5,30,30 0 4,6,5,0,5,0, 0 4,9 3,5,0,5,0, 0 4 Silik idukcyjy z rozruszikiem gwiazda-trójkąt,5,35,0,5,0, 0 6 Silik idukcyjy z układem łagodego rozruchu softstart,0 4,0 ),5,0, 0 4 ) Jedoczłoowa bateria kodesatorów,5,8,50,35, Czło wieloczłoowej baterii kodesatorów,7,,50,35, ) Wkładki topikowe o charakterystyce bardzo szybkiej, do półprzewodików. Pozostałe wkładki klasy gg. ) Moża obiżyć dwukrotie w opcji bez kickstartu. 6

17 5. Dobór przekroju przewodów Podae iżej zasady doboru przekroju dotyczą przewodów czyych (L, N); tylko iektóre z ich moża odosić rówież do przewodów ochroych PE (wytrzymałość mechaicza, obciążalość zwarciowa ciepla). Koleje kryteria doboru (5. 5.6) określają ajmiejszy dopuszczaly przekrój przewodu. To kryterium, które dyktuje przekrój ajwiększy, jest rozstrzygające; tak dobray przekrój spełia wszystkie pozostałe wymagaia [,, 7]. Zaim przystąpi się do doboru przekroju przewodu trzeba zdawać sobie sprawę, o jakie przewody chodzi: liii apowietrzej, liii kablowej, czy istalacji wętrzowej. W przypadku przewodów istalacyjych trzeba uprzedio do waruków użytkowaia dobrać rodzaj przewodów u- względiając w szczególości: a) apięcie zamioowe istalacji; b) sposób układaia: przewody układae a stałe czy przewody ruchome (bardzo giętkie); c) arażeia środowiskowe (p. podwyższoa temperatura otoczeia, wilgoć, woda, arażeia mechaicze); d) zagrożeia dla otoczeia, p. ułożeie a podłożu łatwo zapalym. 5.. Dobór przekroju przewodów ze względu a wytrzymałość mechaiczą Przewód i jego połączeia powiy być iezawode, powiy wytrzymywać zwykłe arażeia mechaicze przy motażu i w czasie ormalego użytkowaia []. Z tą myślą wymaga się pewego przekroju miimalego (tabl. ), awet gdyby ze wszystkich pozostałych powodów wystarczał przekrój miejszy. Tablica. Najmiejszy dopuszczaly przekrój przewodu ze względu a wytrzymałość mechaiczą Rodzaj i zastosowaie przewodu Gołe przewody apowietrze a izolatorach przy rozpiętości przęsła a przewód miedziay mm przewód alumiiowy mm a 0 m < a 45 m 6 6 a > 45 m 0 5 Przewody elektroeergetycze ułożoe a stałe w pomieszczeiach,5,5 (w Polsce 6) Przewody sterowicze ułożoe a stałe w pomieszczeiach 0,5 zabroioy Przewody izolowae we wętrzu,5 A 0,5 zabroioy rozdzielic i sterowic przy prądzie,5 < 6 A 0,75 zabroioy obciążeia > 6 A zabroioy Przewody obwodu wtórego przekładika prądowego,5 zabroioy Przewody obwodu wtórego przekładika apięciowego,5 zabroioy 5.. Dobór przekroju przewodów ze względu a agrzewaie prądem roboczym Obciążalość długotrwała przewodów z, powia być iemiejsza iż obliczeiowy prąd szczytowy obwodu B : z B (3) Przy wyrówaym w czasie przebiegu obciążeia prąd B jest ajwiększym prądem ormalego użytkowaia, płyącym wystarczająco długo, aby przyrost temperatury przewodu (poad temperaturę otoczeia) ustalił się, tj. przestał się zwiększać. Przy zmieym obciążeiu prąd B jest fikcyjym prądem zastępczym, iezmieym w czasie, który wywołuje taki sam ajwiększy przyrost temperatury, jak prąd rzeczywiście płyący. Te waruek jest istoty tylko w przypadku przewodów, które ie wymagają zabezpieczeia 7

18 od przeciążeń. Jeżeli przewody wymagają zabezpieczeia od przeciążeń, to powyższy waruek (3) jest samorzutie spełioy przez dotrzymaie waruku (4) Dobór przekroju przewodów ze względu a agrzewaie prądem przeciążeiowym Przewody układae w budykach w zasadzie wymagają zabezpieczeia od przeciążeń. W istalacjach budyków zagrożeie pożarowe jest zaczie większe iż w sieciach rozdzielczych i dlatego stawia się (rys. ) dwa astępujące wymagaia:. Obciążalość długotrwała przewodu z powia być iemiejsza iż prąd zamioowy lub prąd astawczy aparatu staowiącego zabezpieczeie przeciążeiowe obwodu; te z kolei by zapobiec zbędym zadziałaiom powiie być iemiejszy iż obliczeiowy prąd szczytowy obwodu B : z B (4). Prąd przeciążeiowy o wartości,45 z, przy której przyrost temperatury przewodu ustala się a poziomie dwukrotie większym iż dopuszczaly długotrwale, powiie wywoływać zadziałaie adprądowego zabezpieczeia obwodu (ie określa się czasu zadziałaia). Powiie być zatem spełioy waruek:,45 z, czyli, 45 z (5) gdzie: ajmiejszy prąd iezawodie wywołujący zadziałaie (człou przeciążeiowego) zabezpieczeia adprądowego, czyli góry prąd probierczy urządzeia zabezpieczającego [A]. Wartość moża ustalić a podstawie charakterystyki czasowo-prądowej urządzeia zabezpieczająceg. Wyosi oa w stosuku do prądu zamioowego lub prądu astawczego :,9 dla wkładek topikowych o prądzie zamioowym 6 3 A (wyłączeie przed upływem h),,6 dla wkładek topikowych o > 3 A (wyłączeie przed upływem 4 h zależie od prądu zamioowego),,45 dla wyłączików adprądowych istalacyjych B, C lub D (wyłączeie przed upływem h),, dla przekaźików termobimetalowych i elektroiczych współpracujących ze styczikami oraz wyłączikami sieciowymi i stacyjymi (wyłączeie przed upływem h), dla wyzwalaczy adprądowych o charakterystyce typu E, (iem. Exact-Charakteristik) w ograiczikach mocy pobieraej (wyłączeie przed upływem 0 mi) Poday wyżej wymagay przez ormy przedmiotowe czas wyłączaia urządzeia zabezpieczającego ma oczywiście wpływ a przyrost temperatury osiągay przez przeciążoy przewód, ale ie ma wpływu a dobór obciążalości długotrwałej przewodu według procedury podaej w ormie [0, ]. Jeśli w obwodzie jest więcej iż jedo zabezpieczeie adprądowe (p. bezpieczik i styczik z przekaźikiem przeciążeiowym), to dla doboru przekroju przewodów przyjmuje się wartość prądu tego zabezpieczeia, dla którego wypada oa ajmiejsza. Dotyczy tylko wkładek topikowych o pełozakresowej zdolości wyłączaia g ; wkładki o iepełozakresowej zdolości wyłączaia a ie mogą być uważae za zabezpieczeie przeciążeiowe. 8

19 prąd przewód,45 z zabezpieczeie adprądowe,45 z z B z B Rys.. Zestawieie wymagań odośie do przeciążeiowego zabezpieczeia przewodów w istalacjach budyków Wymagaia powyższe ie dotyczą przewodów apowietrzych i kablowych sieci rozdzielczych (pkt d ormy []) oraz takich obwodów istalacji w budykach, w których prawdopodobieństwo występowaia prądów przeciążeiowych jest pomijalie małe (pkt b []), p. obwodu odbiorików rezystacyjych, jak kuchia, piekarik, ogrzewacz pomieszczeia lub ogrzewacz wody Dobór przekroju przewodów ze względu a agrzewaie prądem zwarciowym Zabezpieczeia przed iszczącymi skutkami zwarcia wymagają przewody wszelkich obwodów. Skutek cieply prądu zwarciowego (9) dopuszczaly dla przewodu o przekroju s [mm ] i ajwiększej dopuszczalej jedosekudowej gęstości prądu k [A/mm ] wyosi ( k s) [A s]. Powiie być o iemiejszy iż rzeczywiście występujący skutek cieply prądu zwarciowego, a który przewód jest arażoy [5, 0], tz.: albo obliczoy przez projektata iloczy ( th Tk ) prądu zwarciowego zastępczego cieplego th podiesioego do kwadratu i czasu trwaia zwarcia T k, jeśli zabezpieczeie zwarciowe ie działa ograiczająco, zwłaszcza jeżeli wyłącza prąd zwarciowy z określoą zwłoką, albo podaa przez wytwórcę wartość całki Joule a wyłączaia ( t w ) bezpieczika ograiczającego lub wyłączika ograiczającego (tabl. i 3) zabezpieczającego przewód. W urządzeiach iskoapięciowych w pierwszym z powyższych przypadków moża utożsamiać prąd zwarciowy zastępczy cieply th z prądem zwarciowym początkowym k '' [5]. Wspomiae wymagaie moża zapisać astępująco: ( k s) T th k lub ( k s) ( t ) w (6) Z zależości tych moża obliczyć przekrój przewodu wymagay ze względu a obciążalość zwarciową cieplą: th T s k ( t) w lub k s (7) k W obu przypadkach druga postać wzoru dotyczy sytuacji, gdy arażeia zwarciowe cieple są scharakteryzowae wartością ( t) w wyłączaia bezpieczika albo wyłączika, czyli całką Joule a wyłączaia (tabl. oraz 3). Jedyka w miaowiku wyrażeia podpierwiastkowego ozacza czas s, którego dotyczy gęstość prądu k, i pozostała tam dla zgodości jedostek. 9

20 Tablica. Największa dopuszczala wartość t wyłączaia (prądu zwarciowego) wyłączików adprądowych istalacyjych o prądzie zamioowym ciągłym ieprzekraczającym 3 A Zamioowa zwarciowa Prąd zamioowy ciągły t wyłączaia wyłączików o charakterystyce zdolość łączeia wyłączika B C ka A A s A s < < < Dae dotyczą wyłączików ozaczoych cyfrą 3 w kwadracie (klasy 3. ograiczaia wartości t, tz. o ajmiejszej wartości t) Jak widać, sprawdzeie skuteczości zabezpieczeia przewodów przed skutkami cieplymi przepływu ajwiększego spodziewaego prądu zwarciowego (przy zwarciu a początku obwodu) opiera się a jedozaczym kryterium i wymaga iewielu iformacji o przewodzie. Tablica 3. Największa dopuszczala wartość t wyłączaia (prądu zwarciowego) bezpieczików ogólego przezaczeia o pełozakresowej zdolości wyłączaia gg Prąd zamioowy ( t) Prąd zamioowy w wkładki topikowej wkładki topikowej ( t) w A A s A A s 6 93, Jeżeli jedyym zabezpieczeiem adprądowym przewodów jest bezpieczik, to ajwiększe arażeie cieple przewodów (rys. 3) występuje przy prądzie ieco większym iż góry prąd probierczy wkładki [3]. Jeżeli zatem bezpieczik został tak dobray, że spełia rolę przeciążeiowego zabezpieczeia przewodów (4), to ie ma potrzeby sprawdzać, czy zabezpiecza o je rówież w wypadku zwarcia. Waruek (6) jest wtedy samorzutie spełioy i to z dużym admiarem (por. przykład ). 0

21 B K ϑ max ~ 00 ~ F Rys. 3. Maksymaly przyrost temperatury osiągay przez przewód zabezpieczoy bezpieczikiem o prądzie zamioowym F i górym prądzie probierczym w zależości od wartości prądu przetężeiowego Z rysuku 3 wyika, że awet jeżeli w astępstwie zmiay waruków zasilaia spodzieway prąd zwarciowy w istalacji zaczie wzrasta, to ie ulegają zaczącej zmiaie arażeia cieple przewodów zabezpieczoych bezpieczikami Dobór przekroju przewodów ze względu a dopuszczaly spadek apięcia wywołay obliczeiowym prądem szczytowym B Po wstępym dobraiu przekroju przewodów według powyższych wskazówek, moża obliczyć występujący w ich spadek apięcia, wywołay obliczeiowym prądem szczytowym obwodu B,. Jeśli ie przekracza o wartości dopuszczalej ( 8 % zależie od okoliczości), dobray przekrój jest wystarczający. Jeśli przekracza, moża przekrój kolejo powiększać o jede stopień i obliczeia powtarzać aż do uzyskaia zadowalającego wyiku. Moża też bezpośredio obliczyć wymagay przekrój przewodów obwodu jedofazowego: i obwodu trójfazowego s ΔU U γ 00 l cosϕ % xl s ΔU U γ 00 3 l cosϕ 0 % xl 3 0 tgϕ 3 tgϕ gdzie: U apięcie zamioowe obwodu [V]; s przekrój przewodu [mm ]; l długość obwodu [m]; γ koduktywość żyły przewodu [m/ω mm ]; x L reaktacja jedostkowa przewodu [Ω/m]; obliczeiowy prąd szczytowy [A]; ΔU % ajwiększy dopuszczaly spadek apięcia przy obciążeiu prądem [%]; cosϕ współczyik mocy odpowiadający prądowi [ ]; tgϕ wartość fukcji tages związaa z powyższą wartością fukcji cosius. Jeśli reaktacja przewodów x L jest pomijalie mała (przewody istalacyje, kable o iedużym przekroju), to wzory powyższe upraszczają się do postaci odpowiedio dla obwodu jedofazowego: (8) (9)

22 B i dla obwodu trójfazowego: l cosϕ s 00, γ ΔU U % l cosϕ s γ ΔU U % (0) () 5.6. Dobór przekroju przewodów ze względu a dopuszczaly spadek apięcia wywołay prądem załączeiowym obwodu Tok obliczeń przedstawia się jak powyżej, lecz do wzorów ależy wstawić prąd załączeiowy oraz odpowiadający mu współczyik mocy cosϕ (i właściwą wartość tgϕ), a także większy dopuszczaly spadek apięcia ΔU %. Ze względu a zaczie miejszy współczyik mocy przy załączaiu (w obwodzie silika idukcyjego a przykład: 0,3 0,4 zamiast 0,8 0,9) pomijaie reaktacji przewodów może być iedopuszczale, awet jeżeli byłoby do zaakceptowaia w określaiu spadku apięcia przy obliczeiowym prądzie szczytowym obwodu (pukt 5.5). Dla zachowaia jedolitości obliczeń lepiej wtedy uwzględiać reaktację w obu przypadkach (pukty 5.5 i 5.6). Z tego kryterium doboru przekroju przewodów może wyikać przekrój większy iż z poprzediego, jeśli prąd załączeiowy jest wielokrotie większy od prądu B, a ie moża w podobym stopiu zwiększyć dopuszczalego spadku apięcia. Problem występuje p. przy rozruchu silika, a zwłaszcza przy jedoczesym rozruchu grupy silików. Wartość dopuszczalego spadku apięcia powia uwzględiać zarówo wymagaia stawiae przez urządzeie załączae (p. możliwość odbycia rozruchu), jak i przez ie urządzeia zasilae z tej samej sieci (p. migotaie światła, odpadaie styczików). Wywołay spadek apięcia ie zwiększa się w tym samym stopiu co prąd, bo iy jest współczyik mocy przy obliczeiowym prądzie szczytowym, B a iy przy prądzie załączeiowym.

23 6. Umiejscowieie zabezpieczeń adprądowych Zabezpieczeia adprądowe mają wyłączyć obwód w razie przepływu admierego prądu wywołaego przetężeiem, czyli zwarciem albo przeciążeiem. Między tymi zdarzeiami jest taka różica, że prąd zwarciowy płyie w obwodzie o uszkodzoej izolacji, a prąd przeciążeiowy w obwodzie ieuszkodzoym. Największe spodziewae prądy zwarciowe są wielokrotie większe od prądów przeciążeiowych, ale ściśle biorąc kryterium odróżiającym zwarcia od przeciążeń ie jest wartość prądu, bo przy zwarciu oporowym (przez dużą rezystację w miejscu zwarcia, p. przez zwęgloą izolację) płyie w obwodzie prąd zwarciowy, chociaż może mieć wartość sugerującą przeciążeie. Zdarzeiem, kiedy może ie zadziałać w porę żade z tych zabezpieczeń, jest zwarcie oporowe a trasie przewodów. Prąd może być za mały, by pobudzić zabezpieczeie zwarciowe. Natomiast zabezpieczeie przeciążeiowe zadziałałoby, gdyby było zabezpieczeiem adprądowym i to umieszczoym a początku obwodu. Tak być ie musi, bo może to być zabezpieczeia adprądowe u końca obwodu, przy odbioriku, a może też to być czujik temperatury wbudoway w zabezpieczaym urządzeiu. a) G > b) c) > > Rys. 4. Odciek przewodów od źródła eergii do rozdzielicy iezabezpieczoy przed skutkami zwarć dopuszczale odstępstwo w przypadku: a) geeratora; b) baterii akumulatorów; c) przekształtika Zabezpieczeie zwarciowe z defiicji jest wymagae a początku każdego obwodu istalacji elektryczej, w miejscu wyprowadzeia go lub odgałęzieia, ajdalej 3 m od tego miejsca. Jest też potrzebe w miejscach, w których astępuje zmiejszeie obciążalości zwarciowej przewodów (zmiejszeie przekroju żył i/lub zmiaa budowy przewodów: materiału żył, materiału izolacji). Pewe odstępstwa od tej zasady (przewody od geeratora, przekształtika lub baterii akumulatorów do rozdzielicy, jak a rys. 4) dopuszcza się, jeżeli przewody są odpore a zwarcie (izolacja wzmocioa, podwyższoe apięcie zamioowe, chroioe od uszkodzeń) i ie sąsiadują z materiałami łatwo zapalymi. a b c Rys. 5. Przypadki dozwoloej (a) i iedozwoloej (b, c) rezygacji z zabezpieczeia przeciążeiowego odbiorik iezagrażający przeciążeiem lub odbiorik z wbudowaym zabezpieczeiem przeciążeiowym Zabezpieczeie przeciążeiowe jest wymagae w obwodach silików podatych a przeciążeie; bywa stosowae w odiesieiu do iych odbiorików, a także do trasformatorów i baterii kodesatorów dużej mocy. Poza miejscami zagrożoymi pożarem i/lub wybuchem wolo je umieścić a końcu obwodu. Jako zabezpieczeie przeciążeiowe stosuje się przekaźiki adprądowe termobimetalowe albo elektroicze, współdziałające ze styczikami bądź wyłączikami, a także 3

24 B wbudowae czujiki temperatury. Niejako przy okazji zabezpieczają oe od przeciążeń rówież przewody obwodu, w którym są zaistalowae. Bezpiecziki ie są w staie zabezpieczać przeciążeiowo odbiorika, bo prądy po przekroczeiu których zaczyają iterweiować są o % większe iż prąd, którym wolo je długotrwale obciążyć. Rolę w miarę skuteczego zabezpieczeia przeciążeiowego bezpiecziki mogą spełiać tylko w odiesieiu do: trasformatorów SN/400 V pod warukiem użycia wkładek klasy gtr; przewodów pod warukiem ich przewymiarowaia. L z m z 3 m m 3 m Rys. 6. Przewody zabezpieczoe przed przeciążeiem przez zabezpieczeia przeciążeiowe liii odgałęźych (odpływowych) Od zabezpieczeia przeciążeiowego przewodów wolo odstąpić, jeśli prawdopodobieństwo wystąpieia przeciążeia jest pomijalie małe, tz. przewody mają obciążalość długotrwałą z iemiejszą iż obliczeiowy prąd szczytowy B i występuje co ajmiej jeda z astępujących okoliczości: Przewody bez odgałęzień i giazd wtyczkowych (rys. 5) zasilają urządzeie z wbudowaym zabezpieczeiem przeciążeiowym albo zasilają urządzeie iezagrażające wystąpieiem prądu przeciążeiowego (urządzeie grzeje rezystacyje, silik o prądzie w staie zahamowaym LR miejszym iż obciążalość długotrwała przewodów z ). Przewody zasilają wiele odgałęzień bądź liii odpływowych (, m), z których każda ma zabezpieczeie przeciążeiowe, a suma prądów zamioowych (prądów astawczych) tych zabezpieczeń jest iewiększa iż obciążalość długotrwała z przewodów liii główej L (rys. 6). Przewody łączą źródło eergii (geerator, trasformator, przekształtik, baterię akumulatorów) z rozdzielicą i mają obciążalość długotrwałą iemiejszą iż prąd zamioowy tego źródła (rys. 4); jeżeli jedak zabezpieczeie przeciążeiowe zajduje się w samej rozdzielicy, u końca obwodu, razem z zabezpieczeiem zwarciowym, to przewody uważa się za zabezpieczoe przed przeciążeiami. Przewody łączą wirik silika idukcyjego pierścieiowego z rozruszikiem. Przewody o silie zmieym obciążeiu (p. przerywaym lub dorywczym) podlegające specjalym zasadom doboru. Liie kablowe i liie apowietrze, wchodzące w skład sieci rozdzielczej, których przeciążeie ie zagraża ludziom ai mieiu o dużej wartości. Przewody obwodów pomociczych (zabezpieczeiowych, sterowiczych, sygalizacyjych, pomiarowych). Rozważając właściwe usytuowaie zabezpieczeń adprądowych trzeba też rozstrzygąć, w których przewodach powiy się oe zaleźć i które przewody po wykryciu przetężeia powiy rozłączać. Zwięzłe zasady dla istalacji o układzie TN i układzie TT podaje tabl. 4. Korzystając z iej ależy pamiętać, że każdy obwód powiie mieć oddziele, tylko do iego ależące, przewody czye. W szczególości każdy obwód powiie mieć oddziely przewód eutraly N (albo ochroo-eutraly PEN), jeśli taki przewód występuje w przyjętym układzie. Nie dopuszcza się wspólego przewodu eutralego N (PEN) dla dwóch lub więcej obwodów. Natomiast w obwodach TT oraz TN-S dopuszcza się wspóly przewód ochroy PE dla dwóch lub więcej obwodów, jeżeli spełia o wymagaia stawiae oddzielemu przewodowi ochroemu PE każdego z tych obwodów. 4