Od redakcji 5/2017

001 Okladka EI05We wrześniu br. pod Szyndzielnią spotkają się tradycyjnie przedstawiciele różnych zawodów związanych z branżą elektroenergetyczną. W tym roku spotkanie będzie miało wyjątkowy charakter, ponieważ Targi ENERGETAB odbędą się po raz 30.

Więcej…

Zasady doboru przewodów instalacyjnych w wielorodzinnych obiektach mieszkalnych

Projektowanie instalacji elektrycznych w budownictwie mieszkalnym jest procesem złożonym, długotrwałym i wieloetapowym. Ma na celu uzyskanie rozwiązania technicznie uzasadnionego, spełniającego postawione wymagania i opłacalnego ekonomicznie.

 

W procesie projektowania takiej instalacji można wyróżnić następujące kroki: ustalenie

  • wartości mocy zapotrzebowanej,
  • określenie obwodów rozdzielczych i ich rozmieszczenia,
  • dobór przewodów i kabli,
  • zabezpieczenie przewodów i kabli,
  • sprawdzenie kryteriów selektywności działania zabezpieczeń.

W czerwcowym numerze czasopisma „Elektroinstalator” przedstawiono dwa pierwsze elementy wymienionych wyżej czynności projektowych, natomiast poniżej będą omówione trzy pozostałe.

Przy doborze przewodów i kabli należy kierować się koniecznością zapewnienia bezawaryjnego użytkowania instalacji przez wiele lat. Przewód powinien być tak dobrany, aby w trakcie swojej pracy był odporny na różne zakłócenia, które mogą się pojawić w instalacji. Do tych zakłóceń zalicza się: zwarcia, przepięcia, przetężenia i wpływy środowiskowe.

Dobór przewodów jest najważniejszym etapem w procesie projektowania instalacji elektrycznych, decydującym zarówno o poprawnej pracy odbiorników energii elektrycznej, jak i spełnieniu warunków bezpieczeństwa pożarowego oraz ochrony przeciwporażeniowej w danym obwodzie odbiorczym i całej instalacji.

Kolejność postępowania przy doborze przewodu jest następująca:

  • dobór rodzaju izolacji przewodu na odpowiedni poziom napięcia,
  • wyznaczenie przekroju ze względu na obciążalność długotrwałą,
  • sprawdzenie dobranego przekroju na warunek wytrzymałości mechanicznej,
  • sprawdzenie, czy spadki napięcia w dobranym przewodzie nie przekroczą wartości dopuszczalnych,
  • sprawdzenie przekroju przewodu ze względu na cieplne oddziaływanie prądu zwarciowego i przetężeniowego,
  • sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej,
  • dobór przewodów ochronnych, uziemiających i wyrównawczych.

Dobranie w kolejnym kroku odpowiedniego przekroju przewodu jest równoznaczne z urzeczywistnieniem wcześniej spełnionych kryteriów.

Poniżej przedstawiono najważniejsze elementy procedury doboru przewodów.

 

Wyznaczanie przekroju przewodów ze względu na obciążalność długotrwałą

Poprawny dobór przekroju przewodu wymaga w pierwszym kroku obliczenia spodziewanego prądu obciążenia wg poniższych wzorów:

  • dla odbiorników jednofazowych:

 

2013-09-12-1

 

  • dla odbiorników trójfazowych:

 

2013-09-12-2

 

gdzie:
IB − obliczeniowy prąd obciążania [A]
Unf − napięcie fazowe [V]
Un − napięcie międzyfazowe [V]
S − moc pozorna obciążenia przewodu lub kabla [VA]
P − moc czynna obciążenia przewodu lub kabla [W]
cosφ − współczynnik mocy

 

W powyższych obliczeniach dla budownictwa mieszkalnego, jeśli brak jest szczegółowych danych, można przyjąć cosφ=0,95. Znając wartość prądu obciążania dobiera się najmniejszy z przekrojów, którego obciążalność prądowa długotrwała IZ jest większa od wartości prądu IB:

 

2013-09-12-3

 

gdzie:
IZ − obciążalność długotrwała przewodu [A]

 

Wartości IZ dla określonego przekroju przewodu, typu prowadzenia instalacji, rodzaju izolacji, temperatury oraz ilości obciążonych żył zawarte są w normie PN-IEC-60364-5-523. W uzasadnionych przypadkach przewody mogą być dorywczo obciążone większym prądem niż IZ, jednak uwzględniając krótki czas jego przepływu i krzywe nagrzewania przewodów (bezwładność cieplna), sytuacja taka nie spowoduje przekroczenia temperatury dopuszczalnej długotrwale. Wartość obciążalności IZ odczytuje się z normy PN-IEC 60364-5-523 z tablic 52-C1÷C12.

W przypadku gdy dobierany przewód będzie prowadzony wraz z innymi przewodami lub jeśli będzie pracował w temperaturze innej niż ta, dla której określano w normie prądy obciążalności długotrwałych (to znaczy dla temperatury innej niż 30ºC dla obwodu w instalacji odbiorczej), to ulegają zmianie warunki nagrzewania przewodu wynikające z odmiennej wartości energii, jaką przewód może wymienić z otoczeniem, co jednoznacznie wpływa na prądową obciążalność przewodu. W takim przypadku należy zmniejszyć bądź zwiększyć wartość prądu dopuszczalnego długotrwale poprzez zdefiniowanie współczynników poprawkowych zgodnie z zależnością:

 

2013-09-13-3

 

gdzie:
I'z − skorygowana wartość długotrwałej obciążalności prądowej [A]
kg − współczynnik zmniejszający dla wiązek złożonych z więcej niż jednego obwodu lub więcej niż z jednego przewodu wielożyłowego
kt − współczynnik poprawkowy temperatury otoczenia

 

Warunek doboru przewodu ze względu na obciążalność długotrwałą przybiera nową postać:

 

2013-09-13-4

 

Wartość współczynnika kt należy odczytać z zamieszczonej tablicy 1 a wartość kg z tablicy 2. Zgodnie z normą PN-IEC 60364 zalecane jest stosowanie w przypadku wiązki przewodów o różnych przekrojach prowadzonych w rurach instalacyjnych, listwach lub kanałach przewodowych współczynnika zmniejszającego F wyznaczonego z zależności:

 

2013-09-13-5

 

gdzie:
n – liczba przewodów w rozpatrywanej wiązce

 

2013-09-13-1

 

2013-09-13-2t

 

Sprawdzenie wytrzymałości mechanicznej

Dobrany przewód musi spełniać kryterium zachowania mechanicznej wytrzymałości. Przedstawia to zależność:

 

2013-09-14-1

 

gdzie:
S – przekrój przewodu [mm2]
Smech – minimalny przekrój przewodu pod względem wytrzymałości mechanicznej [mm2], odczytany z tablicy 3.

 

2013-09-14-3t

 

Wyznaczanie przekroju przewodów ze względu na dopuszczalne spadki napięcia

Jednym z podstawowych parametrów sieci zasilającej niezbędnym do prawidłowej pracy urządzeń jest wartość napięcia. Jeśli będzie ona zbyt niska lub zbyt wysoka, pojawiają się różnego rodzaju problemy przy użytkowaniu odbiorników energii elektrycznej. Przypadek napięcia większego niż znamionowe jest niezwykle rzadki. Dlatego w rozważaniach teoretycznych przyjmuje się badanie dopuszczalnych spadków napięć jako kryterium doboru przekroju przewodów. Zgodnie z zasadami elektrotechniki, im większy jest przekrój tym większa konduktywność, a tym samym mniejszy spadek napięcia. Spadki napięć odpowiednio w obwodach jedno- i trójfazowych oblicza się ze wzorów:

 

2013-09-14-2

 

2013-09-14-5

gdzie:
ΔU% – procentowy spadek napięcia na danym odcinku instalacji (przewodu zasilającego)
Unf – napięcie znamionowe fazowe [V]
Un – napięcie znamionowe trójfazowe [V]
R – rezystancja przewodu [Ω]
X – reaktancja przewodu [Ω]

 

W przypadku gdy przekrój przewodu nie jest większy niż 50 mm2 dla miedzi lub 70 mm2 dla aluminium, rezystancja przewodu jest ponad czterokrotnie większa niż reaktancja, co pozwala na pominięcie reaktancji w obliczeniach praktycznych, przy jednoczesnym zachowaniu zadawalającej dokładności przeprowadzanych obliczeń. Przy powyższym założeniu należy korzystać z zależności:

  • dla obwodów jednofazowych:

 

2013-09-14-6

 

  • dla obwodów trójfazowych:

 

2013-09-14-7

 

gdzie:
P – moc czynna odbiornika przesyłana rozpatrywanym przewodem [W]
l – długość przewodu [m]
γ − konduktywność materiału przewodu [m/Ωmm2]

 

Kryterium doboru przewodu ze względu na dopuszczalny spadek napięcia ma postać:

 

2013-09-14-8

 

gdzie:
ΔUdop – dopuszczalny spadek napięcia

 

Wartości dopuszczalnych spadków napięć podano na rysunku 1. Wartości te zależą od części instalacji, w której znajduje się dobierany przewód oraz od mocy zapotrzebowanej całego budynku.

 

2013-09-14-4r

Rys. 1. Schemat uproszczony instalacji elektrycznej wraz z dopuszczalnymi spadkami napięć [2]

 

Wyznaczanie przekroju przewodów ze względu na cieplną wytrzymałość przy przeciążeniu

Stosowanie zabezpieczeń przed przeciążeniem ma na celu samoczynne przerywanie przepływu prądu o określonych wartościach, zanim jego działanie spowoduje niebezpieczeństwo uszkodzenia izolacji, połączeń zacisków oraz otoczenia na skutek nadmiarowego wzrostu temperatury. Wymaga się, aby w instalacjach elektrycznych, najczęściej wykonywanych w układzie promieniowym, każdy kolejny odcinek przewodu bądź kabla był chroniony przez osobne urządzenie zabezpieczające, przy jednoczesnym zachowaniu warunku selektywności.

Selektywność to taka koordynacja stopniowanych zabezpieczeń, dla której w trakcie wystąpienia przeciążenia bądź zwarcia wyłączenie zakłócenia nastąpi przez urządzenie jemu najbliższe. Podstawowym warunkiem zachowania selektywności szeregowo zainstalowanych zabezpieczeń jest brak przecięć ich charakterystyk czasowo-prądowych oraz charakterystyk całki Joule’a. W przypadku szeregowo połączonych bezpieczników wystarczy, aby prąd znamionowy bezpiecznika bliższego zasilania był 1,6 razy większy od prądu znamionowego bezpiecznika występującego za nim. Gdy występuje relacja bezpiecznik- wyłącznik, należy z katalogu producenta wyłącznika odczytać (dla określonego prądu zwarcia) wartość prądu wkładki topikowej, dla której selektywność jest zachowana. Warunek ten przysparza wiele problemów w przypadku dużych prądów zwarciowych, bowiem wymusza instalowanie bezpieczników o większym prądzie znamionowym. Ostatnim możliwym przypadkiem jest szeregowa praca dwóch wyłączników. Biorąc pod uwagę sposób działania tego typu urządzeń, selektywność będzie zachowana tylko wtedy, gdy wyłącznik o większym prądzie znamionowym będzie wyłącznikiem selektywnym. Należy jednak mieć świadomość, że obecna cena, jaką osiągają wyłączniki selektywne jest wysoka, stąd ich stosowanie powinno mieć miejsce w uzasadnionych przypadkach.

Urządzenia zabezpieczające kable i przewody przed skutkami zwarć powinny być tak dobrane, aby przepływ prądu o wartości większej niż długotrwała obciążalność prądowa przewodu Iz powodował jego zadziałanie. Wymóg ten uważa się za spełniony gdy zachowane są poniższe warunki:

 

2013-09-15-2

 

2013-09-15-3

 

gdzie:
IB – prąd obliczeniowy odbiornika [A]
In – prąd znamionowy urządzenia zabezpieczającego [A]
IZ – obciążalność prądowa długotrwała dobranego przewodu [A]
I2 – prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego [A]

 

Poprawną relację prądów występujących w powyższym wzorze przedstawiono na rysunku 2.

 

2013-09-15-1

Rys. 2. Poprawna relacja pomiędzy prądami w obwodach zabezpieczonych przed skutkami przeciążeń [2]

 

Prąd zadziałania I2 urządzenia zabezpieczającego jest charakterystyczny dla danego rodzaju zabezpieczenia. Definiuje się go jako najmniejszą wartość prądu, który przepływając przez zabezpieczenie spowoduje jego zadziałanie przed upływem umownego czasu próby.

Jeżeli zabezpieczeniem nadprądowym obwodu jest tylko bezpiecznik, to jako prąd zadziałania bezpieczników przyjmuje się zazwyczaj jego prąd probierczy górny If, który zależy od rodzaju charakterystyki czasowo- -prądowej (typu wkładki), umownego czasu próby oraz zakresu prądu znamionowego wkładki topikowej (tablica 4).

 

2013-09-16-1

 

Dla obecnie produkowanych wyłączników instalacyjnych prąd zadziałania przyjmuje się jako 1,45 x In, gdzie In jest prądem znamionowym wyłącznika, przy założeniu umownego czasu próby równego 1 h dla wyłączników o prądzie znamionowym do 63 A i 2 h dla pozostałych.

Trzeba pamiętać, że uzyskanie ochrony przeciążeniowej przewodu z wykorzystaniem bezpiecznika jest − ze względu na jego wysoki prąd zadziałania − nieefektywne [3]. Konieczność spełnienia warunku (14) wymaga w większości przypadków zwiększenia przekroju przewodu, co prowadzi do jego przewymiarowania z punktu widzenia wykorzystania w pełni jego obciążalności prądowej. Biorąc pod uwagę konieczność spełnienia warunku (14) najefektywniejsza ochrona przewodów przed przeciążeniem ma miejsce przy zastosowaniu jako zabezpieczenia wyłącznika instalacyjnego o nieregulowanej charakterystyce członu przeciążeniowego.

 

(...)

 

dr inż. Waldemar Dołęga
Politechnika Wrocławska

 

Pełna wersja artykułu w Elektroinstalatorze 09/2013

 

Wyszukiwarka

like Newsletter!

like Nowości!

quote Na skróty

like Najczęściej czytane!

like Polecamy!

Znajdź nas na facebooku!

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem