Zabezpieczenie przewodów połączonych równolegle Julian Wiatr Redaktor Prowadzący Miesięcznika Elektro.info

Transkrypt

1 abezieczeie rzewodów ołączoych rówolegle Julia Wiar Redakor Prowadzący Miesięczika Elekro.ifo W iekórych rzyadkach zachodzi koieczość rowadzeia rzewodów układaych rówolegle rzezaczoych do zasilaia jedego odbiorika lub rozdzielicy. Najczęściej z akim rzyadkiem moża się sokać gdy wymagay rzekrój ojedyczej żyły rzewodu zasilającego jes większy od rzekroju rzewodu dosęego w hadlu lub gdy romień gięcia jes zby duży. Częso e roblem wysęuje rzy rojekowaiu i budowie układów zasilaia awaryjego i gwaraowaego gdzie zasosowao źródła o dużych mocach. W iekórych rzyadkach omoce mogą być rzewody szyowe, ale e z kolei mają ograiczoe możliwości zasosowaia ze względu a szywą kosrukcję. Do rówolegle ołączoych rzewodów sosuje się ogóle zasady zabezieczaia rzewodów rzed skukami zwarć. Jeżeli sosuje się zabezieczeia rzeciążeiowe rzewodów o obciążeiu skuioym a końcu o dobiera się je rzy założeiu, że wszyskie ołączoe rówolegle rzewody są srawe i biorą udział w rzewodzeiu rądu (rys. a). ego owodu obciążalość zwarciową ależy określać dla ajbardziej iekorzysej syuacji, kóra wysąi rzy zwarciu symeryczym a ocząku dowolego rzewodu wchodzącego w skład rzewodów ołączoych rówolegle (rys. b). Naomias srawdzeie skueczości samoczyego wyłączeia dla celów ochroy rzeciworażeiowej ależy wykoać rzy założeiu zwarcia jedego z rzewodów ołączoych rówolegle z uziemioym rzewodem ochroym PE lub ochroo-euralym PEN a końcu. a) b) Rys. : darzeie saowiące odsawę doboru obciążalości roboczej i zwarciowej oraz zabezieczaia rzewodów ołączoych rówolegle: a) roorcjoale obciążeia każdego rzewodu b) zwarcie a ocząku jedego z rzewodów W rakyce mogą wysąić dwa rzyadki zabezieczaia rzewodów układaych rówolegle: a) zabezieczeie wsóle dobrae do obciążeia skuioego a końcu, b) zabezieczeie oszczególych żył rzewodów. Sosoby umieszczaia zabezieczeń w rzewodach układaych rówolegle rzedsawia rysuek

2 a) b) Rys : Sosoby umieszczaia zabezieczeń w rzewodach ołączoych rówolegle a) zabezieczeie wsóle wszyskich rzewodów b) zabezieczeie idywiduale oszczególych rzewodów W rzyadku wsólego zabezieczeia wszyskich rzewodów (rys. a) rzewody ie mogą mieć żadego odgałęzieia ai żadych łączików umożliwiających rzerwaie ciągłości jedego z rzewodów. W akim rzyadku dobierae zabezieczeie rzeciążeiowe doyczy całej liii, aomias wymagaia doyczące obciążalości zwarciowej doyczą każdego z rzewodów osobo. Wsóle zabezieczeie adrądowe moża sosować w rzyadku rzewodów układaych rówolegle w isalacjach o wymagaej dużej iezawodości zasilaia z uwagi a o, że o rzerwaiu jedego z ich ozosałe mogą być rzeciążoe, a zabezieczeie adrądowe może ego ie wykryć. Jeżeli oszczególe rzewody składowe mają być zabezieczoe osobo (rys. b) o wymagaia doyczące długorwałej obciążalości i rzeciążalości oraz odorości zwarciowej doyczą każdego rzewodu osobo. Poado o zwarciu w jedym z rówolegle łączoych rzewodów zosaie wyłączoy zasilay obwód. Orócz ych wymagań ojawia się roblem wybiórczości. W celu wybiórczego wyłączeia rzewodu objęego zwarciem zabezieczeia w akim rzyadku ależy isalować a ocząku oraz końcu rzewodów ołączoych rówolegle. asosowae a ocząku i końcu zabezieczeie zwarciowe musi gwaraować wybiórcze obusroe wyłączeie zasilaia w rzewodzie objęym zwarciem. Do ego celu ajbardziej adają beziecziki oikowe. W rzyadku zasosowaia wyłączików, a końcu koiecze będą wyłącziki z rzekaźikami kierukowo-mocowymi, kóre działają bezzwłoczie o odwróceiu kieruku rzeływu rądu zwarciowego. W rakyce rzy zabezieczaiu idywidualym rzewodów iskiego aięcia ołączoych rówolegle sosuje się wyłączie beziecziki oikowe z uwagi k ich iski kosz. asosowae beziecziki a ocząku i końcu rzewodu każdej łączoej rówolegle żyły rzewodu muszą być akie same (do. warości zamioowej rądu, klasy i kaegorii bezieczika). Wybiórczość rzy zwarciu w akim rzyadku moża będzie uzyskać dzięki emu, że rzez bezieczik kóry ma wyłączyć zwarcie łyie rąd (-) razy większy iż rzez bezieczik, kóry ma zwarcie rzerzymać. Wyika z ego, że jes o możliwe do sełieia rzy rówoległym ołączeiu co ajmiej rzech rzewodów, czyli 3 (idywiduale zabezieczaie dwóch rówolegle ołączoych rzewodów ie zaewia sełieia ej reguły i ie owio być sosowae; moża aomias zabezieczać je wsólie rys. a). abezieczeie idywiduale z wykorzysaiem wyłączików z rzekaźikami kierukowomocowymi może być sosowae rówież rzy ołączeiu dwóch rzewodów.

3 W rzyadku łączeia rówolegle kilku rzewodów ależy sosować jedakowe rzekroje wszyskich żył. Łączoe rówolegle rzewody owiy osiadać jedakową długość, gdyż awe iezacze różice ich długości sowodują zmiejszeie ich douszczalej obciążalości rądowej w sosuku do warości wyikającej z sumy algebraiczej każdego z ich. Poieważ w rakyce zdarzają się rzyadki, że ołączoe rówolegle rzewody o jedakowym rzekroju osiadają róże długości (rzebudowa lub moderizacja wewąrz zakładowych sieci elekroeergeyczych) omimo iż rakyka a jes iezgoda ze szuką. W akim rzyadku ich douszczalą obciążalość rądowa ależy wyzaczyć z asęującego wzoru: ( ) () gdzie: - douszczala obciążalość każdego z rzewodów ołączoych rówolegle o jedakowym rzekroju, w [A] - imedacja rzewodu krószego, w [] - imedacja rzewodu dłuższego, w [] Uwaga W rzyadku rzewodów o rzekrojach S Cu 50mm lub S Al 70mm, moża rzyjmować uraszające założeie: R oraz R. Przykład Obliczyć długorwała douszczala obciążalość rądowa rzewodów dwóch ołączoych rówolegle kabli YKY 6 o długościach l 00m; l 0m oraz dobrać ich zabezieczeie zwarciowe i rzeciążeiowe. l 00 R 0, 3 S 556 l 0 R 0, 5 S A ( ) 68 ( 0,3 ) 0,5 9,47 A,45,45 9,47 7,33 A k,6 Waruki sełi bezieczik WN00gG00. Uwaga! W rzyadku akiej samej długość obydwu rzewodów długorwała obciążalość wyosi: 0,3 ( ) 68( ) 36 A 0,3

4 Wymagay rzekrój każdego z rzewodów ze względu a waruki zwarciowe: S k w ,4mm 6mm W rzyadku zasosowaia rzewodów o różych rzekrojach ależy mieć świadomość, że rzy zwiększaiu rądu obciążeia szybciej uzyskuje graicę obciążalości długorwałej rzewód o większym rzekroju. Obciążalość długorwała liii złożoej z dwóch ołączoych rzewodów moża wyzaczyć z zależości, kóra bezośredio wyika z dzielika rądowego uworzoego rzez dwa rzewody ułożoe rówolegle: () (3) W rzyadku rzewodów o rzekrojach S Cu 50mm lub jes omijala, moża warość obliczyć z oiższego wzoru: S ( ) (4) S gdzie: - douszczala obciążalość długorwała rzewodu o większym rzekroju, w [A] - douszczala obciążalość długorwała rzewodu o miejszym rzekroju, w [A] S Al 70mm, gdzie reakacja - wyadkowa douszczala obciążalość długorwała rzewodów ułożoych rówolegle, w [A] S - rzekrój rzewodu większego, w [mm ] S - rzekrój rzewodu miejszego, [mm ] R X - imedacja rzewodu o rzekroju S, w [] R X - imedacja rzewodu o rzekroju S, w [] Przykład Dobrać beziecziki oikowe do zabezieczeia dwóch rówolegle ułożoych kabli YAKY 4 x 0. Beziecziki będą saowiły zabezieczeie od rzeciążeń i zwarć. Kable są ułożoe w ziemi i sykają się. Długość liii wyosi 50 m.

5 Na odsawie ormy PN-EC [7], obciążalość długorwałą każdego z ich wyosi (rzy uwzględieiu wsółczyików orawkowych uwzględiających rezysywość gruu dla waruków krajowych, sosób ich ułożeia oraz obciążeie czwarej żyły arz rozdział 6): 57,8 0,9 0,75 6 A,45, A,45 5 8,37 A,6 aem ależy rzyjąć beziecziki WNgG00, dla kórych całka Joule a wyłączeia wyosi w A s. S k w ,43mm 0mm Przykład 3 Dobrać beziecziki oikowe do zabezieczeia dwóch rówolegle ułożoych kabli YAKY 4 x 70 oraz YAKY 4 x 35. Beziecziki będą saowiły zabezieczeie od rzeciążeń i zwarć. Kable są ułożoe w ziemi i sykają się. Długość liii wyosi 00 m. 7,8 0,9 0,75 94, A S ( S,45,6 ) 94, ( 35 ) 70,454,33 8,08 A,6 4,33 A

6 Wyiki obliczeń ozwalają a rzyjęcie bezieczików WNgG5, dla kórych całka Joule a wyłączeia wyosi w A s. S k w ,36mm 35mm Przy rówoległym układaiu więcej iż dwóch rzewodów dla zwiększeia iezawodości zasilaia zaleca się zabezieczaie każdego z rówolegle układaych rzewodów idywidualie, a ocząku i a końcu bezieczikami o akim samym rądzie zamioowym. W rzyadku idywidualego zabezieczaia każdej żyły rzewodów łączoych rówolegle akimi samymi bezieczikami isalowaymi a ocząku i końcu rzewodu, wybiórczość zosaie zachowaa odczas zwarć jeżeli rzez bezieczik, kóry ma wyłączyć zwarcie ołyie rąd większy o w od rądu jaki ołyie rzez bezieczik mający rzerzymać zwarcie ( w - całka Joule a wyłączeia; - rzedłukowa całka Joule a) []. W rzyadku zwarcia w jedej z rówolegle łączoych żył, kóre zosały zabezieczoe idywidualie a ocząku oraz końcu liii, rzebieg zwarcia jes dość złożoy w zależości od miejsca jego wysąieia. Poiżej zosaą oisae dwa skraje rzyadki, kóre ajczęściej wysęują w rakyce: zwarcie a ocząku oraz a końcu jedego z rzewodów ołączoych rówolegle. warcie a ocząku jedego z rzewodów Schema układu zasilaia rzedsawia rysuek 3, a kórym rzedsawioa zosała kolejość działaia bezieczików oraz rozływy rądów zwarciowych.

7 Rys 3: Rozływ rądów zwarciowych i kolejość działaia bezieczików rzy zwarciu rójfazowym a ocząku ierwszego kabla (a rysuku dla większej czyelości rzedsawioo ylko rądy w jedej fazie) W ocząkowym okresie zwarcia łyie rąd k (rys. 3a), kóry moża wyzaczyć z oiższego wzoru: U (5) 3 gdzie: U aięcie omiale, w [V] R jx imedacja obwodu zwarciowego orzedzającego, w [] Po zadziałaiu bezieczika F zaisalowaego a ocząku rzewodu, zwarcie zaczya być zasilae z drugiej sroy. Prąd doływający do miejsca ołączeia rzewodów ulegie zmiaie. aczya łyąć rąd k 3 (rys. 3b), kórego warość moża wyzaczyć z oiższego wzoru: U (6) 3 W każdym rzewodzie ieobjęych zwarciem ołyie wówczas rąd (rys. 3b), kórego warość moża wyzaczyć z oiższego wzoru:

8 (7) Naomias rąd (rys. 3b) łyący w rzewodzie objęym zwarciem jes rówy warości rądu, doływającego do miejsca łączeia rzewodów : k (8) gdzie: R jx imedacja ojedyczego rzewodu, w [] P X reakacja ojedyczego rzewodu, w [] R rezysacja ojedyczego rzewodu, w [] liczba rzewodów ułożoych rówolegle, w [-] Jeżeli sełioy będzie waruek zachowaa zosaie wybiórczość działaia oszczególych bezieczików: k 3 (9) wówczas uszkodzoy rzewód zosaie całkowicie wyłączoy z zachowaiem wybiórczości działaia ozosałych zabezieczeń zaisalowaych w rozarywaej liii. W rzyadku zwarcia jedofazowego wzory (5); (6), rzyjmują odowiedio asęujące osacie: k 0,8 U 0 (0) 0,8 U 0 k () gdzie: - imedacja obwodu orzedzającego dla zwarć jedofazowych, w [] Przy zwarciach jedofazowych ależy zwrócić uwagę, że wyłączeie zasilaia asąi w czasie saowiącym sumę czasów zadziałaia bezieczików F oraz F: k wf wf () Czasy e ależy odczyać z charakerysyki rądowo-czasowej bezieczików: wf wf f ( f ( k k ) ) (3)

9 Waruek samoczyego wyłączeia zasilaia rzy zwarciu jedofazowym zosaie sełioy gdy: k kdo (4) gdzie: k - czas rwaia zwarcia warukoway czasem zadziałaia bezieczików F oraz F, w [s] kdo douszczaly czas rwaia zwarcia określoy w ormie PN-HD [7] arz abela 3.. warcie a końcu jedego z rzewodów Schema układu zasilaia rzedsawia rysuek 4, a kórym rzedsawioa zosała kolejość działaia bezieczików oraz rozływy rądów zwarciowych.

10 Rys 4: Rozływ rądów zwarciowych i kolejość działaia bezieczików rzy zwarciu rójfazowym a końcu ierwszego kabla (a rysuku dla większej czyelości rzedsawioo ylko rądy w jedej fazie) Prąd zwarciowy (rys. 4a), doływający do miejsca ołączeia rzewodów od sroy zasilaia moża wyzaczyć z asęującego wzoru: U (5) 3 Od sroy zasilaia rzez każdy z ołączoych rówolegle rzewodów ołyie rąd: (6) drugiej sroy w uszkodzoym rzewodzie ołyie rąd (rys. 4b) o warości określoej wzorem: ( ) k Prąd e sowoduje zadziałaie bezieczika F Po rzealeiu się bezieczika F, zawarcie zaczya być zasilae rądem o warości, kórą moża wyzaczyć z oiższego wzoru: U (7) 3 Prąd e sowoduje zadziałaie bezieczika F. k 3 (rys. 4b) Warukiem zachowaia wybiórczości jes sełieie asęującego waruku: (8) W rzyadku zwarcia jedofazowego wzory (0); (); (), rzyjmują odowiedio asęujące osacie: k 0 (9) U PE ( N ) k (0) ) ( ()

11 k 0 () 3 0,8 U PE ( N ) gdzie: - liczba ołączoych rówolegle rzewodów worzących rzewód ochroy PE lub ochrooeuraly PEN, w [-] - imedacja obwodu orzedzającego dla zwarć jedofazowych, w [] Przy zwarciach jedofazowych ależy zwrócić uwagę, że wyłączeie zasilaia asąi w czasie saowiącym sumę czasów zadziałaia bezieczików F oraz F. Dla zaewieia skueczej ochroy rzeciworażeiowej rzez samoczye wyłączeie ależy zaem sełić waruek określoy wzorem 4. Dość ciekawy rzebieg maja rądy zwarciowe rzy zwarciu symeryczym w ołowie długości rzewodów ołączoych rówolegle. Schema układu zasilaia rzy zwarciu symeryczym w ołowie długości rzewodów ołączoych rówolegle rzedsawia rysuek 5, a kórym rzedsawioa zosała kolejość działaia bezieczików oraz rozływy rądów zwarciowych.

12 Rys. 5: Rozływ rądów zwarciowych i kolejość działaia bezieczików rzy zwarciu w ołowie ierwszego kabla (a rysuku dla większej czyelości rzedsawioo ylko rądy w jedej fazie) Po zaisieiu zwarcia do miejsca ołączeia rzewodów od sroy zasilaia doływa rąd (rys. 5a), kórego warość ależy wyzaczyć z oiższego wzoru: U (3) 3 ( ) //( ) Prąd e rozływa się a rądy ; oraz. Suma rądów worzy rąd. Poszczególe rądy ależy wyzaczyć z oiższych wzorów

13 ( ) (4) (5) ( ) (6) Warukiem zachowaia wybiórczości jes sełieie asęującego waruku: (7) Po rzealeiu się bezieczika F, rąd zwarciowy k 3 (rys. 5b), doływający ze źródła zasilaia do miejsca ołączeia rzewodów ależy wyzaczyć z oiższej zależości: U (8) 3 Prąd e rozływa się a rąd k oraz rąd k, kórych warości ależy obliczyć z oiższych wzorów: (9) (30) Warukiem zachowaia wybiórczości jes sełieie asęującego waruku: k (3) k Przykład 4 Dobrać kable do zasilaia obieku budowlaego, w kórym moc zaorzebowaa P z = 50 kw; cos 0, 9. asilaie obieku jes realizowae bezośredio ze sacji rasformaorowej o mocy S = 000 kva, oddaloej o 00 m od Rozdzielicy Główej Obieku. Beziecziki ie będą saowiły zabezieczeia rzeciążeiowego. Sodzieway rąd obciążeia:

14 Pz B 40, 4 A 3 U cos ,9 Na odsawie ormy PN-EC , wsęie zosaie rzyjęy kabel YAKXS 4 x 0, kórego douszczala długorwała obciążalość rądowa wyosi z 0,8 0,9 36, 3 A Wymagaa wsęie liczba kabli: B 40,4,7 z 6,3 Czyli ależy rzyjąć dwa rówolegle ołączoe kable YAKXS 4 x 0, kórych obciążalość długorwała o uwzględieiu ich sosobu ułożeia (dwa ory odległe od siebie o wymiar rówy średicy ojedyczego kabla): z 0,8 z 0,8 36,3 88, 98 A Każdą z żył fazowych ołączoych rówolegle ależy zabezieczyć bezieczikiem WNgG60. Wymagaa osaeczie liczba kabli: B 40,4,3 x 3 z 88,98 W akim rzyadku osaeczie długorwała obciążalość rądowa wyiesie: z 0,7 z 0,7 36,3 65, 36 A Soień wyzyskaia rzewodu w ym rzyadku wyiesie: z 60 65,36 0,97 Obliczeia zwarciowe Na odsawie abeli.3. Poradik Projekaa Elekryka J. Wiar; M. Orzechowski DW MEDUM 008, wydaie R X 0,007 0,004 0,006 Prąd zwarcia symeryczego a ocząku liii: U 400 8, 6 A 3 3 0,006

15 Przy aki rądzie bezieczik WNgG60 zadziała w czasie krószym od 0, s. Po rzealeiu się bezieczika zaisalowaego od sroy zasilaia w żyle objęej zwarciem od drugiej sroy ołyie rąd o warości: k 3 R X PEN PEN R X l 00 0,04 S 350 0,08 0, 0,008 U 0,04 0,008 3 ( R ( X 3 (0,007 ) (0,004 ) R ) X P ) Przy aki rądzie bezieczik WNgG60 zadziała w czasie krószym od 0, s ,89 A aem wymagay miimaly rzekrój ojedyczej żyły: S k w ,8mm 0mm 63,89 586,45 A 63,89 586,45 w ,7 Wybiórczość działaia zabezieczeń zaisalowaych w rzewodzie objęym zwarciem zosaie zachowaa i w rzyadku wyelimiowaia jedego z rzewodów ciągłość zasilaia zosaie zachowaa. awarcie jedofazowe a końcu liii:

16 k ( R R R PEN 0,8 U ) 0 ( X X 0,8 30 0,04 0,04 0,008 0,008 (0,007 ) (0,004 ) k 7769,68 589,89 A 3 ( ) (3 ) 589,89 579,78 A k ( R R R PEN 0,8 U ) 0 ( X X 0,8 30 X PEN X PEN ) ) 7769,68 A 469,76 A 0,04 0,008 (0,007 0,04 ) (0,004 0,008 ) 3 3 Przy obliczoych warościach sodziewaych rądów zwarciowych każdy z bezieczików zadziała w czasie ie rzekraczającym 0, s, rzez co sumaryczy czas zadziałaia obydwu bezieczików ie rzekroczy w ym rzyadku 0, s. Lieraura:. E. Musiał abezieczaie bezieczikami rzewodów ołączoych rówolegle Koferecja aukowa abezieczaie obwodów elekryczych bezieczików oikowych Pozań H. Markiewicz salacje elekrycze WN J. Wiar; M. Orzechowski Poradik rojekaa elekryka DW Medium A. Boczkowski, J. Wiar, M. Orzechowski Ochroa rzeciworażeiowa i dobór rzewodów oraz ich zabezieczeń w isalacjach elekryczych iskiego aięcia DW Medium PN-HD : 009 salacje elekrycze iskiego aięcia. Część 4 4. Ochroa dla zaewieia bezieczeńswa. Ochroa rzeciworażeiowa. 6. PN-EC : 00 salacje elekrycze w obiekach budowlaych. Dobór i moaż wyosażeia elekryczego. Obciążalość rądowa długorwała rzewodów. 7. PN-EC : 999 salacje elekrycze w obiekach budowlaych. Ochroa dla zaewieia bezieczeńswa. Sosowaie środków zaewiających bezieczeńswo. Środki ochroy rzed rądem rzeężeiowym.