DOBÓR PRZEWODÓW W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCHmgr inż. Julian Wiatr

Przewody w sieciach i instalacjach elektrycznych nN dobiera się na następujące warunki:

a) wytrzymałość mechaniczną,b) obciążalność długotrwałą,c) przeciążalność,d) spadek napięcia,e) warunki zwarciowe,f) samoczynne wyłączenie dla celów ochrony przeciwporażeniowej.

Dopuszczalne najmniejsze przekroje przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną zostały przedstawione w tabeli 1.

Tabela 1: Najmniejsze przekroje przewodów wymagane ze względu na wytrzymałość mechaniczną wg. DIN VDE 0100: 2002 Rodzaje przewodów sposób ułożenia Najmniejszy przekrój żyły w [mm2]

Cu AlPrzewody ułożone na stałe, chronione przed uszkodzeniami

1,5 2,5 1)

Przewody umieszczone na zewnątrz pomieszczeń na izolatorach; odległość miedzy punktami mocowania:- do 20 m- do 40 m

46

1616

Przewody izolowane do połączeń w rozdzielnicach o zastępczym prądzie obciążenia długotrwałego:

- IB ≤ 2,5 A;- 2,5 A < IB ≤ 16 A;- IB > 16 A

0,50,751,0

zabronionyzabronionyzabroniony

Przewody do odbiorników ruchomych i przenośnych o prądzie znamionowym In:

- 1,5 A < In ≤ 10 A;- In > 10 A.

0,751,0

zabronionyzabroniony

Przewody obwodu wtórnego przekładnika prądowego

2,5 zabroniony

Przewody obwodu wtórnego przekładnika napięciowego

1,5 zabroniony

Przewody sterownicze ułożone na stałe w pomieszczeniach

0,5 zabronione

Przewody napowietrzne na izolatorach przy rozpiętości przęsła „a”

ma 20≤ 4 16mam 4520 ≤< 6 16

ma 45> 10 25

1) – w budynkach nieprzemysłowych przekroje żył przewodów aluminiowych nie powinny być mniejsze niż 16 mm2

Dobór przewodów na długotrwałą obciążalność i przeciążalność prądową

Przy doborze przewodów na długotrwałą obciążalność i przeciążalność prądową pierwszym krokiem jest obliczenie spodziewanego prądu obciążenia, który należy wyznaczyć z poniższych wzorów w zależności od rodzaju obwodu:

- dla obwodów jednofazowych: nfnf

B U

P

U

SI

∗==

ϕcos (1),

- a obwodów trójfazowych: nn

BU

P

U

SI

∗∗=

∗=

ϕcos33 (2),

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

W odniesieniu do odbiorników nieliniowych współczynnik mocy ϕcos , przyjmowany dla odbiorników liniowych nieznajduje uzasadnienia.Moc pozorną zapotrzebowaną przez odbiornik nieliniowy należy określić wzorem:

2222 VQPS ++= (3)

Moc czynna przebiegu odkształconego jest sumą mocy czynnych harmonicznych napięcia i prądu o tej samej częstotliwości, czyli:

∑∞

=ϕ∗∗=

1kkkk cosIUP

(4)

Natomiast moc bierną przebiegu odkształconego obliczamy z powszechnie akceptowalnego wzoru:

∑∞

=ϕ∗∗=

1kkkk sinIUQ

(5)

gdzie:−ϕk przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem i prądem dla harmonicznej rzędu k,

k2

k cos1sin ϕ−=ϕ

Ilustrację graficzną mocy P,Q,V, S i S przedstawia rysunek 1.

Rys. 1: Czworościan mocy dla układu o odkształconych przebiegach napięcia i prądu [ 24 ]

P – moc czynna, w [kW]; Q – moc bierna, w [kvar];S - moc pozorna części liniowej obwodu w [kVA];

S – moc pozorna obwodu nieliniowego, w [kVA] ;V – moc deformacji, [kVA];

D – moc dystorsji, definiowana jako 222 VQD +=

W obwodach nieliniowych współczynnik mocy jest definiowany jako (patrz rysunek 1)[24]:

222cos

DQP

P

S

P

++==Ψ (7)

Prąd znamionowy urządzenia trójfazowego pobierającego prąd odkształcony należy wyrazić poniższym wzorem:

Ψ∗∗=

cos3 n

nn

U

PI

(8)

Przy obliczaniu spodziewanego prądu obciążenia w obwodach trójfazowych pomocna może być tabela 2.

Tabela 2: Zasady wyznaczania prądu znamionowego odbiorników lub spodziewanego prądu obciążenia w obwodach zasilających wybranych odbiorników

Odbiornik Przykład Rysunek WzoryLiniowy(charakter rezystancyjny)

Oświetlenie żarowe; nagrzewnica oporowa elektryczne ogrzewanie podłogowe lub konwekcyjne

1cos

:

cos

cos3

cos

cos3

=

−∗

=

−∗∗

=

−∗

=

−∗∗

=

∑

∑

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

gdzie

yjednofazowodbiornikU

PI

trójfazowyodbiornikU

PI

ychjednofazowwodbiornikógrupaU

PI

chtrójfazowywodbiornikógrupaU

PI

n

nn

n

nn

śrn

n

n

śrn

nn

Odbiornik nieliniowy (oświetlenie)

Lampy wyładowcze(rtęciowe, sodowe oraz fluoroscencyjne)

( )

( )

ikompensacjbez

ąkompensacjzS

P

PP

k

gdzie

oprawgrupaU

PPkI

oprawapojedynczaU

PPkI

n

n

n

as

nn

nasn

nn

nasn

−=−÷=

=

∗=∆÷=

−∗∗

∆+=

−∗∆+

=

∑

5,0cos

96,080,0cos

cos

1,0...04,0

25,105,1

:

cos3

ψψ

ψ

ψ

λ

Silniki indukcyjne

90,075,0cos

:

cos

:

cos3

:

÷=

∗∗=

∗∗∗=

n

nnn

nn

nnn

nn

gdzie

U

PI

yjednofazow

U

PI

trójfazowy

ϕ

ϕη

ϕη

Generator

80,0cos

:

cos3

=

∗∗∗=

ϕ

ϕηgdzie

U

PI

n

nn

Transformator

2

23 n

nTrn

U

SI

∗=

Bateria kondensatorów

poj

n

nCnC

gdzie

U

QI

0cos

:

3

=

∗=

ϕ

Na podstawie obliczonego prądu obciążenia IB, należy dobrać zabezpieczenie przewodu o prądzie znamionowym In, którego wartość ze względu na wahania napięcia zasilającego oraz asymetrię obciążenia poszczególnych faz w obwodach trójfazowych powinna spełniać następujący warunek:

Bn II ∗≥ 25,1 (9)

Takie postępowanie jest uzasadnione w przypadku urządzeń o niewielkich prądach rozruchowych. W przypadku zasilania odbiorników, które charakteryzują duże prądy rozruchowe, obowiązują inne zasady doboru zabezpieczeń.Przy doborze prądu znamionowego zabezpieczenia projektowanego obwodu pomocna może być tabela 3.

Tabela 3: Uproszczone zasady określania prądu znamionowego zabezpieczeń obwodów [18]

Zasilane urządzenie Bezpiecznik topikowy

Wyłącznik nadprądowy

Prąd znamionowy wkładki topikowej

Prąd znamionowy ciągły wyłącznika

Prąd nastawczy członu przeciążeniowego

Prąd nastawczy członu zwarciowego

Krotność prądu znamionowego zasilanego urządzenia

≥ ≥ = ≥Ogrzewacz, piec rezystancyjny, kuchnia

1,0 - 1,1 1,0 - 1,1 - -

Lampy wyładowcze z kompensacją równoległą

1,5 – 2,5 1,10 - 9 - 12

Silnik indukcyjny o rozruchu bezpośrednim lekkim

1,6 –2,5 1,30 1,30 10 - 14

Silnik indukcyjny o rozruchu bezpośrednim ciężkim

1,6 – 2,5 1,10 - 1,25 1,0 – 1,10 10 - 14

Silnik indukcyjny z rozrusznikiem gwiazda-trójkąt

1,9 – 3,5 1,10 – 1,25 1,0 – 1,1 10 - 14

Silnik indukcyjny z układem softstartu

2,0 – 4,0 1,25 1,0 – 1,1 10 - 14

Jednoczłonowa bateria kondensatorów

1,5 – 1,8 1,50 1,35 – 1,50 10 - 14

Człon wieloczłonowej baterii kondensatorów

1,7 – 2,2 1,50 1,35 – 1,50 10 - 16

Na podstawie obliczonego prądu obciążenia IB oraz dobranego zabezpieczenia o prądzie znamionowym In , należy wyznaczyć wymaganą minimalną długotrwałą obciążalność prądową przewodu Iz.Wyznaczenie prądu Iz należy przeprowadzić wg. poniższych zależności:

∗≥

≤≤

45,12 n

Z

ZnB

IkI

III

(10)

gdzie:In – prąd znamionowy lub prąd nastawienia zabezpieczenia przewodu, w [A]IZ – wymagana minimalna długotrwała obciążalność prądowa przewodu, w [A]k2 – współczynnik krotności prądu powodującego zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w określonym

umownym czasie, przyjmowany jako równy:

- 1,6 - 2,1 dla wkładek bezpiecznikowych (tabela 4)-1,45 dla wyłączników nadprądowych o charakterystyce B, C, D-1,2 dla wyłączników nadprądowych selektywnych-1,2 dla przekaźników termobimetalicznych

Wyznaczona z zależności wartość Iz stanowi podstawę doboru określonego przewodu lub kabla na podstawie katalogu producentów. Dobierany przewód musi spełnić następującą zależność:

ddpz IkI ∗≥ (11)gdzie:Idd - długotrwała obciążalność przewodu odczytana z katalogu producenta , w [A]kp – współczynnik poprawkowy uwzględniający sposób ułożenia przewodu lub kabla, w[-]

Dopuszczalna długotrwale wartość prądu obciążenia przewodów jest uzależniona od sposobu ich ułożenia, który ma decydujący wpływ na wymianę ciepła z otoczeniem.Interpretację graficzną zależności (10) przedstawia rysunek 2.

Rys. 2: Relacja pomiędzy prądami w obwodach zabezpieczonych od skutków przeciążeń

Tab.4: Wartości współczynnika k2 dla różnych typów wkładek topikowych [19]

W tabeli 5 zostały przedstawione ważniejsze sposoby układania przewodów określone w zeszycie 523 normy PN-IEC 60364 [6].Graficzną ilustrację podstawowych sposobów układania przewodów przedstawia tabela 6.Natomiast w tabelach 7 i 8 zostały przedstawione długotrwałe dopuszczalne obciążalności prądowe dla przewodów o izolacji polwinitowej powszechnie stosowanych w instalacjach oraz współczynniki poprawkowe uwzględniające sposób układania wiązek

przewodów.

Typ wkładki Zakres prąduznamionowegowkładki, w [A]

Współczynnik k2

gG 46 – 1620 – 6380 -160

200 – 400> 400

2,11,91,61,61,61,6

gL 46 -1016 -2532 – 63

80 – 160200 – 400

400

2,11,9

1,751,61,61,61,6

aM Wszystkie wartości prądu 6,3gTr Wszystkie wartości mocy

Wszystkie wartości prądu

n

nn

U

SI

∗=

3

-

1,5

gR 6380 – 100

1,61,6

aR 6380 -100

--

100125 – 250315 - 630

2,73,03,3

Tabela 5: ważniejsze sposoby układania przewodów określone w zeszycie 523 normy PN-IEC 60364 [18].

Lp. Sposób układania przewodów Oznaczenia1 Przewody jednożyłowe w rurze w ścianie termoizolacyjnej A1 A2 Przewód wielożyłowy w rurze w ścianie termoizolacyjnej3 Przewody jednożyłowe lub przewód wielożyłowy w ościeżnicach4 Przewód wielożyłowy w rurze w ścianie termoizolacyjnej A25 Przewody jednożyłowe w ścianie murowanej B1 B6 Przewody jednożyłowe w rurze lub w listwie instalacyjnej na ścianie

drewnianej7 Przewody jednożyłowe w rurze bezpośrednio na ścianie drewnianej lub

murowanej lub w odległości od ściany nie większej niż 0,3 średnicy zewnętrznej rury instalacyjnej

8 Przewody jednożyłowe w podwieszanej listwie 9 Przewody w kanale instalacyjnym o wymiarach nie mniejszych od 5-krotnej

średnicy przewodu oraz nie większych od 50-krtotnej średnicy przewodu10 Przewody jednożyłowe w rurze instalacyjnej prowadzonej w kanale o

głębokości większej niż 20-krotna średnica zewnętrzna rury instalacyjnej11 Przewody jednożyłowe w korytku podłogowym w podłodze12 Przewody w podwójnym suficie lub podłodze przy prześwicie nie mniejszym

od 5-krotnej średnicy przewodu oraz nie większym od 50-krtotnej średnicy przewodu

13 Przewody wielożyłowe w rurze w ścianie murowanej B214 Przewód wielożyłowy w rurze lub listwie instalacyjnej na ścianie drewnianej15 Przewód wielożyłowy w rurze bezpośrednio na ścianie drewnianej lub

murowanej lub w odległości nie większej niż 0,3 średnicy zewnętrznej rury instalacyjnej

16 Przewód wielożyłowy w podwieszanej listwie17 Przewód w kanale instalacyjnym o głębokości (1,5 – 5) średnicy przewodu18 Przewody jednożyłowe w rurze instalacyjnej w kanale o głębokości (1,5 – 20)

średnicy zewnętrznej rury19 Przewód wielożyłowy w korytku podłogowym w podłodze20 Przewody wielożyłowe w suficie podwójnym lub podłodze przy prześwicie

(1,5 – 5) średnicy zewnętrznej przewodu21 Przewody na ścianie drewnianej w odległości mniejszej niż 0,3 średnicy zewnętrznej

przewoduC

22 Przewody jednożyłowe lub wielożyłowe bezpośrednio na suficie drewnianym23 Przewody w korytku nieperforowanym w odległości nie mniejszej niż 0,3 średnicy

zewnętrznej przewodu24 Kable układane bezpośrednio na ziemi D25 Kabel wielożyłowy w rurze w ziemi 26 Przewód wielożyłowy w powietrzu w odległości od ściany nie mniejszej niż 0,3 średnicy

zewnętrznej przewoduE

27 Przewody jednożyłowe lub wielożyłowe na lince nośnej lub przewody samonośne28 Przewody jednożyłowe w powietrzu stykające się w odległości od ściany nie mniejszej niż

średnica zewnętrzna przewoduF

29 Przewody w korytku perforowanym lub drabince w odległości od ściany nie mniejszej niż 0,3 średnicy zewnętrznej przewodu

30 Przewody jednożyłowe lub wielożyłowe zawieszone na lince nośnej lub przewody wielożyłowe samonośne

31 Przewody jednożyłowe w powietrzu nie stykające się w odległości nie mniejszej niż średnica zewnętrzna przewodu

G

32 Przewody gołe lub izolowane zawieszone na izolatorach

Tabela 6:Sposoby układania przewodów kabelkowych oraz jednożyłowych przewodów izolowanych [18] Sposób

układaniaA1 A2 B1 B2

Rysunek

Opis Jednożyłowe w rurach lub

listwach

W rurach lub

listwach

Bezpośrednio na ścianie

Jednożyłowe wielożyłowe

Wielożyłowe W rurach lub listwach na ścianie, w ścianie lub w podłodzeW ścianach termoizolacyjnych

Sposób układania

C E F G

Rysunek

Opis Jednożyłowe Wielożyłowe Wtynkowe w ścianie, suficie lub przestrzeni instalacyjnej

Wielożyłowe Stykające się Nie stykające sięPo wierzchu, na ścianie albo suficie z materiału o rezystywności cieplnejρ ≤ 2 K*m/W, lub w korytkach kablowych nieperforowanych (tzn. o powierzchni otworów < 30 % całkowitej powierzchni korytka)

JednożyłoweSwobodnie w powietrzu, na lince nośnej, na drabince kablowej

Tabela 7: Obciążalność długotrwała ZI [A] przewodów miedzianych o izolacji polwinitowej przy obliczeniowej temperaturze C025 [18] 1

ułożenie A1 A2 B1 B2 C E F GLiczbajednocześnieobciążonych żył

2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 3 3 3

Przekrój [mm2]

Dopuszczalny prąd obciążenia długotrwałego [A]

1,5 15,5

14,5

15,5

14 18,5

16,5

17,5

16 21 18,5

23 19,5

- - - - -

2,5 21 19 18,5

19,5

25 22 24 21 29 25 32 27 - - - - -

4 28 25 27 24 34 30 32 29 28 34 42 36 - - - - -

6 36 33 34 31 43 38 40 36 49 43 54 46 - - - - -

10 49 45 46 41 60 53 55 49 67 60 74 64 - - - - -

16 65 59 60 55 81 72 73 66 90 81 100

85 - - - - -

25 85 77 80 72 107 94 95 85 119

102 126

107 139

121

117

155

138

35 105 94 98 88 133 117 118 105

146

126 157

134 172

152

145

192

172

50 126 114 117 105 160 142 141 125

178

153 191

162 208

184

177

232

209

Tabela 8: Współczynniki poprawkowe obciążalności długotrwałej dla wiązek przewodów [18]Sposób układania Liczba wielożyłowych przewodów lub kabli albo liczba obwodów wykonanych przy użyciu

jednożyłowych przewodów przy założeniu obciążenia prądem 2 lub 3 przewodów1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20

Wiązka bezpośrednio na ścianie lub podłodze albo w rurze lub korytku na ścianie lub w ścianie

1 0,8 0,7 0,65 0,60 0,57 0,54 0,52 0,5 0,48 0,45 0,43 0,41 0,39 0,38

Pojedyncza warstwa stykających się ze sobą przewodów ułożona na ścianie lub podłodze

1 0,85 0,79 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

Pojedyncza warstwa przewodów ułożona na ścianie lub podłodze, odległość pomiędzy przewodami równa ich średnicy

1 0,94 0,90 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

Pojedyncza warstwa 0,95 0,81 0,72 0,68 0,66 0,64 0,63 0,62 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61

1 Zamieszczone w tabeli 7 wartości prądów IZ zostały przeliczone z wykorzystaniem wzorów zamieszczonych pod tabelą 9 na podstawie wartości zaczerpniętych z zeszytu 523 normy PN-IEC 60364. W normie wartości prądów dotyczą temperatury otoczenia wynoszącej 30 0 C, która jest charakterystyczna dla krajów śródziemnomorskich.

stykających się ze sobą przewodów ułożona na suficiePojedyncza warstwa przewodów ułożona na suficie, odległość pomiędzy przewodami równa ich średnicy

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

UwagaNależy pamiętać, że dobór przewodów na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalnośćstanowi jedną czynność projektową.

Podane w zeszycie 523 normy PN-IEC 60364 wartości dopuszczalnych obciążalności kabli i przewodów nie obejmują przypadku obciążenia czwartej żyły . W celu szybkiego przeliczenia dopuszczalnej obciążalności prądowej dla czterech żył należy podane w tabelach wartości długotrwałej obciążalności prądowej dla trzech żył pomnożyć przez współczynnik r = 0,91.Wartość ta wynika z następującego rozumowania [18]:

31

N

II z

zN = (12)

91,04/3 33

34 ∗=∗= zzz III (13)

gdzie:N –liczba przewodów roboczych

zNI - obciążalność długotrwała przewodu składającego się z N przewodów roboczych

4zI - obciążalność długotrwała przewodu składającego się z 4 przewodów roboczych

3zI - obciążalność długotrwała przewodu składającego się z 3 przewodów roboczych

1zI - obciążalność długotrwała przewodu jednożyłowego

W normie tej zostały określone dopuszczalne długotrwale obciążenia prądowe przewodów dla temperatury 0

0 30=τ C, właściwej dla krajów śródziemnomorskich. Obliczeniowe

temperatury otoczenia 0τ dla warunków klimatycznych występujących w Polsce, przedstawia Tabela 9.Obliczeniowa temperatura otoczenia [ ]0τ jest to najwyższa temperatura powietrza otaczającego rozważane urządzenie elektryczne występująca stale lub okresowo, w normalnych warunkach otoczenia.Zgodnie z normą IEC 602876-3-1/A1:199 Electric cabels-Calculation of the current rating. Part 3-1:Sections on operating conditions-Reference operating conditions and selection of cable type.

Tabela 9: Obliczeniowa temperatura [ ]0τ w PolsceRodzaj przewodu I warunki ich układania 0τ [ ]C0

Przewody w pomieszczeniach 25Przewody izolowane w przestrzeniach zewnętrznych

nie narażonych na bezpośrednie nasłonecznienie

25

narażonych na bezpośrednie nasłonecznienie

40

Kable układane w ziemi w zależności od pory roku 20 (15;5)

Zgodnie z powyższym w zależności od dopuszczalnej długotrwale temperatury przewodu, która jest charakterystyczna dla danej izolacji, określone w normie PN-IEC 60364-5-523 wartości dopuszczalnych obciążalności prądowych przewodów powinny zostać przeliczone zgodnie z poniższymi wzorami na wartość odpowiadająca temperaturze 0

0 25=τ C:

30

253025 −

−=

dd

ddzz II

ττ

- przeliczenie wartości, zI podanej w PN-IEC 60364-5-523 na wartość

w temperaturze 250 C.

303025 −−=

dd

rzddzz II

τττ

- przeliczenie wartości, zI podanej w PN-IEC 60364-5-523 na

wartośćw temperaturze dowolnej, nie większej od temperatury ddτ .

Dla przykładu, przewód o izolacji polwinitowej ( Cdd070=τ ):

30303025 06,13070

2570

30

25zzz

dd

ddz IIII ∗=∗

−−=∗

−−=

ττ

gdzie:

30zI - dopuszczalny długotrwale prąd obciążenia przewodu przy temperaturze otoczenia C030=τ , którego wartość został odczytana z zeszytu 523 normy PN –IEC 60364.

ddτ - temperatura przewodu dopuszczalna długotrwale (patrz tabela 12), w [ C0 ]

rzτ - temperatura otoczenia przewodu w warunkach odpowiadających warunkom normalnej pracy( ddrz ττ ≤),w [ C0 ]

Przykład 1Dobrać przewód do zasilania niesymetrycznego liniowego odbiornika trójfazowego o mocy S=15 kVA. Przewód będzie układany według sposobu A1.

a) Prąd obciążenia oraz znamionowy prąd zabezpieczenia koniecznego dla zabezpieczenia przewodów zasilających ten odbiornik:

AII

AU

SI

Bn

n

B

06,2765,2125,125,1

65,214003

15000

3

≈∗=∗≥

=∗

=∗

=

Na tej podstawie należy przyjąć zabezpieczenie bezpiecznikiem topikowym WTN00gG32

b) wymagany przekrój przewodu na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność

AIk

I

IAII

nZ

ZnB

31,3545,1

326,1

45,1

32

2 =∗=∗

≥

≤=≤

Na podstawie tabeli 7 dla sposobu ułożenia A1 należy przyjąć przewód 4 x DY 10 +LgYżo 10, który zostanie ułożony w nieprzewodzącej rurze. Jego dopuszczalny długotrwale prąd obciążenia przy założeniu obciążenia czterech przewodów (fazowych oraz przewodu neutralnego) wynosi AAII zz 31,3595,404591,091,0 34 >=∗=∗= .

W tabeli 10 zostały przedstawione współczynniki poprawkowe do obliczania obciążalności prądowej przewodów w temperaturze różnej od obliczeniowej.

Tabela 10 Współczynniki poprawkowe do obliczania obciążalności prądowej przewodów w temperaturze otoczenia różnej od obliczeniowej [28]Rodzaj izolacji NR/SR PVC EPR XLPE

][0Cddτ 60 70 80 90

][00 Cτ Wartości współczynników

101520253540455055606570758085

1,291,221,151,080,910,820,710,580,41-----

1,221,171,121,060,940,870,790,710,610,500,35----

1,181,141,101,050,950,890,840,770,710,630,550,450,32--

1,151,121,081,040,960,910,870,820,760,710,650,580,500,410,29

NR/SR – kauczuk syntetyczny lub naturalny; PVC- polichlorek winylu (polwinit); EPR – kauczuk etyleno-propylenowy; XLPE- polietylen

usieciowany; ddτ - temperatura dopuszczalna długotrwale; 0τ - temperatura otoczenia

Sprawdzenie dobranych przewodów lub kabli na warunki zwarciowe

Dobrany przewód na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność podlega sprawdzeniu na warunki zwarciowe panujące w miejscu jego zabezpieczenia.W skutek zwarcia następuje przepływ prądu o wartości większej niż znamionowa. Zastosowane zabezpieczenia maja na celu przerwanie tego prądu w krótkim czasie w celu nie dopuszczenia do zniszczenia izolacji lub żyły przewodu.Przebieg nagrzewania przewodu w skutek przepływu prądu obciążenia oraz prądu zwarciowego przedstawia rysunek 3.

UwagaPoprawnie dobrany przewód, który spełnia wymagania długotrwałej obciążalności prądowej i przeciążalności a jego zabezpieczenie stanowi bezpiecznik topikowy nie wymaga sprawdzenia z warunku na prądy zwarciowe.

Rys. 3: przebieg nagrzewania się przewodu w czasie zwarcia [19] τ o – temperatura otoczenia; τ rob – temperatura robocza; τ k – temperatura przy zwarciu; τ dk – temperatura dopuszczalna krótkotrwale; tk – czas trwania zwarcia T – cieplna stała czasowa

W normalizacji definiuje się zwarcia trwające nie dłużej niż 5 s i wyróżnia przyjęte umownie dwa przedziały czasowe:

a) Tk < 0,1 s,b) 0,1 s ≤ Tk ≤ 5 s.

Tak określonym przedziałom czasowym odpowiadają dwa różne sposoby wyznaczenia minimalnego przekroju przewodu :

- dla Tk < 0,1 s skutek cieplny definiowany jest całką Joule’a wyłączenia

1

1 2wtI

kS

∗∗≥ (14)

lub w innej postaci:

wtISk ∗≥∗ 22)( (15)

- dla 0,1 s ≤ Tk ≤ 5 s, skutek cieplny wywoływany przez prąd zwarciowy definiowany jest przez zastępczy prąd zwarciowy cieplny oraz czas trwania zwarcia

1

12

kth TI

kS

∗∗≥ (16)

lub w innej postaci:

kth TISk ∗≥∗ 22)( (17)

gdzie:Tk – czas trwania zwarcia (czas niezbędny do zadziałania zabezpieczeń i przerwania prądu zwarciowego), w [s]I2tw – całka Joule’a wyłączenia, w [A2*s] (odczytana z katalogu producenta zabezpieczenia; dla bezpieczników topikowych typu gG lub gM, wartości I2*tw zostały przedstawione w tabeli 11)S – minimalny przekrój żyły przewodu, w [mm2]k – jednosekundowa dopuszczalna gęstość prądu zwarciowego, w [A/mm2]Ith – prąd zwarciowy zastępczy cieplny, w [A] .

Tabela 11. Prądy probiercze i wartości graniczne I2t wkładek bezpiecznikowych gG i gM w próbie wybiórczości (IEC 60269-2-1) Prąd znamionowy [A]

Minimalne I2t przedłukowe Maksymalne I2t wyłączaniaStosunek

wybiórczościPrądspodziewany [kA]

I2tP [A2s]

Prądspodziewany

[kA]

I2tw

[A2s]

2 0,013 0,67 0,064 16,4

nie jestokreślony

4 0,035 4,90 0,130 67,66 0,064 16,40 0,220 193,68 0,100 40,00 0,310 390,010 0,130 67,60 0,400 640,012 0,180 130,00 0,450 820,0

16 0,270 291,00 0,550 1210,0

1 : 1,6

20 0,400 640,00 0,790 2500,025 0,550 1210,00 1,000 4000,032 0,790 2500,00 1,200 5750,040 1,000 4000,00 1,500 9000,050 1,200 5750,00 1,850 13700,063 1,500 9000,00 2,300 21200,080 1,850 13700,00 3,000 36000,0

100 2,300 21200,00 4,000 64000,0125 3,000 36000,00 5,100 104000,0160 4,000 64000,00 6,800 185000,0200 5,100 104000,00 8,700 302000,0250 6,800 185000,00 11,800 557000,0315 8,700 302000,00 15,000 900000,0400 11,800 557000,00 20,000 1600000,0500 15,000 900000,00 26,000 2700000,0630 20,000 1600000,00 37,000 5470000,0800 26,000 2700000,00 50,000 10000000,01000 37,000 5470000,00 66,000 17400000,01250 50,000 10000000,00 90,000 33100000,0

W tabeli 12 zostały podane znamionowe jednosekundowe gęstości prądu dla przewodów izolowanych stosowanych w instalacjach elektrycznych.

Tabela 12: Znamionowe wartości jednosekundowej gęstości prądu (k), dla przewodów izolowanych

Materiał izolacji Gęstość prądu k [A/mm2]dla miedzi

Gęstość prądu k [A/mm2]dla aluminium

Polwinit115 74

Guma naturalna, guma butylenowa, guma etylenoewo-propylenowaPolietylen usieciowany

135 87

W przypadku braku danych o wartości jednosekundowej gęstości zwarciowej przewodu można posłużyć się poniższymi wzorami [29]:

)21(2

)20()20(1

)19(

)18(1

20

dzpzśr

śrsr

k

pzdzsr

kth

Tck

T

k

IS

τττ

ταγγ

ττγ

+=

−+=

−∗∗=

≥

gdzie:τ pz = τ dd – temperatura dopuszczalna długotrwale, w [°C]τ pz – temperatura początkowa, w [°C]τ dz – temperatura końcowa, w [°C]c – ciepło właściwe zależne od materiału przewodu, w [J/cm3*K]k – jednosekundowa dopuszczalna gęstość zwarciowa, w [A/mm2]α - współczynnik rozszerzalności cieplej (dla metali α = 0,0040), w [-]γ sr – konduktywność materiału przewodu w temperaturze τ sr, w [m/(Ω *mm2)]γ 20 – konduktywność materiału przewodu w temperaturze 20°C przyjmowana:

- dla Cu: 55 [m/(Ω *mm2)],

- dla Al: 35 [m/(Ω *mm2)].

W tabeli 13 zostały podane najwyższe dopuszczalne temperatury kabli i przewodów nn przy obciążeniu normalnym oraz przy zwarciu

Tabela 13: Najwyższe dopuszczalne temperatury kabli i przewodów nn [29]

Element urządzenia elektroenergetycznegoTemperatura graniczna dopuszczalna, w [oC]Długotrwale przy zwarciu

Linki gołe w liniach i stacjach napowietrznych Al AFL

8080

150200

Szyny gołe łączone przez docisk: Al CuSzyny gołe łączone przez spawanie: Al Cu

7085

100100

200300

200300

Przewody i kable o izolacji z gumy naturalnej G ułożone na stałePrzewody ułożone na stałe i kable o izolacji polwinitowej PVCPrzewody o izolacji z polwinitu ciepłoodpornego klasy Y APrzewody o izolacji z gumy etylenowo-propylenowej EPRPrzewody o izolacji z polietylenu sieciowanego XLPEPrzewody o izolacji z gumy silikonowej

60

70

9010590155180

130

160

200200250280250

W tabeli 14 zostały przedstawione wartości znamionowej gęstości prądu (k) dla przewodów nie izolowanych

Tabela 14:Wartości współczynnika k dla przewodów nie izolowanych [9]Materiał przewodu

Temperatura maksymalna i współczynnik k

Warunki użytkowania przewodów

Przewody widoczne i w ograniczonych obszarach

normalne Niebezpieczeństwo pożarowe

Miedź Tmax [°C]k

500228

200159

150138

Aluminium Tmax [°C]k

300125

200105

15091

Stal Tmax [°C]k

50082

20058

15050

Uwaga! W przypadku konieczności wyznaczenia dopuszczalnej gęstości zwarciowej dla innego czasu niż 1 s, należy skorzystać z następującej zależności:

kT T

kkk

1= (22)

gdzie:Tk – rzeczywisty czas trwania zwarcia, w [s].

Zależność znamionowej jednosekundowej dopuszczalnej gęstości prądu (k), w zależności od temperatury początkowej τ dz i temperatury dopuszczalnej przy zwarciu dla przewodów aluminiowych, miedzianych i stalowych została przedstawiona na rysunku 4.

Rysunek 4: Zależność znamionowej gęstości prądu jednosekundowego k od temperatury roboczej przewodu pzτ i temperatury dopuszczalnej przy zwarciu dzτ dla przewodów miedzianych, aluminiowych i stalowych wg PN-EN 60865-1:2002 „Obliczanie skutków prądów zwarciowych cz.1 Definicje, metody obliczeń.

Przykład 2

Dla przewodów aluminiowych ( 220 35mm

m

⋅Ω=γ ), przy c=2,48 [J/cm3*K], izolacja – igielit

usieciowany τ pz = 90°C; τ dz = 250°C; α = 0,004; Tk = 1 s, obliczyć dopuszczalną jednosekundową gęstość prądu, a następnie dopuszczalną gęstość prądu dla czasu trwania zwarcia wynosząca Tk = 0,1 s.

( ) ( )

2

220

18,931

9025048,288,21

1702

90250

2

88,2120170004,01

35

201

mmA

Tck

C

mm

m

k

pzdzsr

dzpzsr

srsr

=−∗∗=−

∗∗=

°=+=+

=

∗Ω=−∗+

=−+

=

ττγ

τττ

ταγγ

dla Tk = 0,1 s; 21,0 66,2941,0

118,93

1mm

AT

kkk

=∗=∗=

Sprawdzenie dobranych kabli lub przewodów na warunek spadku napięcia.

Przewody spełniające dotychczasowe warunki należy sprawdzić na spadek napięcia, którego wartość wyrażoną w [%] w zależności od rodzaju obwodu należy obliczyć z poniższych wzorów:

- dla obwodów jednofazowych: )sincos(200

% ϕϕ ∗+∗∗∗=∆ XRIU

U Bnf

(23),

- dla obwodów trójfazowych: )sincos(1003

% ϕϕ ∗+∗∗∗∗=∆ XRIU

U Bn

(24)

gdzie:IB – obliczeniowy prąd obciążenia przewodu lub kabla, w [A]Unf – znamionowe napięcie fazowe, w [V]Un – znamionowe napięcie międzyfazowe, w [V]cosϕ - współczynnik mocy, w [-]

S

lR

∗=

γ - rezystancja przewodu, w [Ω ]

L –długość przewodu, w[m]γ - konduktywność przewodu, w [m/Ω∗ mm2]S – przekrój przewodu, w [mm2]

ϕϕ 2cos1sin −=

lxX ∗= ' – reaktancja przewodu, w [Ω ], przyjmowana jako:

x’ – reaktancja jednostkowa przewodu, w [Ω /km]l – długość linii, w [m]

a) dla linii kablowych nn:

x’ = 0,08 [Ω /km]

b) dla linii napowietrznych nn:

x’ = 0,30 [Ω /km]

c) dla instalacji nn:- przewody ułożone w rurze stalowej: x’ = 0,15 [Ω /km]- przewody ułożone bez rury: x’ = 0,10 [Ω /km]

W przypadku gdy SCu ≤ 50 mm2 lub SAl ≤ 70 mm2, dopuszcza się korzystanie ze wzorów uproszczonych:

- dla obwodów jednofazowych:

2%

1002

nfUS

LPU

∗∗∗∗∗=∆

γ (25)

- dla obwodów trójfazowych:

21

%

100

nUS

LPU

∗∗∗∗=∆

γ (26)

W przypadku zasilania przelotowego kilku odbiorników wygodniej jest prowadzić obliczenia metodą momentów (patrz rysunek 5):

- dla obwodów jednofazowych:

)]sincos([200

1% iiii

m

iBi

nf

XRIU

U ϕϕ ∗+∗∗∗=∆ ∑=

(27)

- dla obwodów trójfazowych:

)]sincos([1003

1% iiii

m

iBi

n

XRIU

U ϕϕ ∗+∗∗∗∗=∆ ∑=

(28)

lub w przypadku, gdy SCu ≤ 50 mm2 lub SAl ≤ 70 mm2, dopuszcza się korzystanie ze wzorów uproszczonych:

- dla obwodów jednofazowych:

∑=

∗∗∗∗

∗=∆m

iii

nf

LPUS

U1

2%

1002

γ (29)

- dla obwodów trójfazowych:

∑=

∗∗∗∗

=∆m

iii

n

LPUS

U1

2%

100

γ (30)

gdzie:Pi – moc obciążenia w i-tym punkcie obwodu, w [kW]Li – i-ty odcinek obwodu, w [m] (liczony od poprzedniego punktu do punktu następnego, w którym występuje obciążenie Pi.)γ - konduktywność przewodu, w [m/(Ω *mm2 )]S – przekrój przewodu, w [mm2]

ϕϕ 2cos1sin −=

Rysunek 5: Przykład sieci rozdzielczej a) schemat podstawowy b) uproszczony schemat od obliczania spadków napięcia [19]

Zgodnie z wytycznymi zakładów energetycznych dopuszczalny spadek napięcia liczony od stacji transformatorowej do zacisków dowolnego złącza nie może przekraczać przy przewidywanym obciążeniu wartości 5%

Natomiast zgodnie z N - SEP - 002, dla WLZ spadek napięcia liczony od złącza nie może przekraczać wartości podanych na rysunku 6.

Rysunek 6: Graniczne dopuszczalne spadki napięcia w budynkach mieszkalnych [15]ΔUWLZd - dopuszczalny spadek napięcia wewnętrznej linii zasilającej, ΔU – spadek napięcia w obwodzie odbiorczym, Z – złącze.Sprawdzenie dobranych przewodów na spadek napięcia przy rozruch silników

W przypadku gdy z sieci lub instalacji zasilane są silniki należy je uwzględnić w obliczeniach spadków napięć.Najpowszechniej stosowane są silniki trójfazowe klatkowe.Silnik indukcyjny klatkowy charakteryzuje się dużymi prądami rozruchowymi oraz zmiennym współczynnikiem mocy, którego wartość zależy od obciążenia. Podczas rozruchu nieobciążonego silnika pojawia się mała wartość jego współczynnika mocy oraz znaczny prąd rozruchowy przez co spadek napięcia w obwodzie zasilającym silnik podczas rozruchu jest znacznie większa niż w warunkach normalnej pracy.Spadek ten będzie tym większy im większa będzie moc zasilanego silnika.Zatem należy sprawdzić dobrane przewody w obwodach zasilających silniki po kątem czy nie zostanie przekroczona dopuszczalna wartość spadku napięcia.Nadmierny spadek napięcia na zaciskach silnia może spowodować jego utknięcie. Wartość spadku napięcia w obwodzie zasilającym silnik indukcyjny klatkowy podczas rozruchu należy obliczyć z poniższego wzoru:

rMrrn

IXRU

U ∗∗+∗∗∗=∆ )sincos(3100

% ϕϕ (31)

gdzie:R – rezystancja obwodu zasilającego silnik, w [Ω ]X – reaktancja obwodu zasilającego silnik, w [Ω ]Un – napięcie znamionowe, w [V]

nrsrM IkI ∗= - prąd rozruchowy silnika w [A]

nn

nMnB

U

PI

ηϕ ∗∗∗=

cos3 - prąd znamionowy silnika, w [A] (32)

krs – współczynnik rozruchowy silnika, w [-] (przyjmowany z katalogu producenta silnika lub jego tabliczki znamionowej)cosϕ r – współczynnik mocy silnika podczas rozruchu, w [-]PnM – moc znamionowa silnika, w [kW]η n – sprawność znamionowa silnika, w [-].

rr

rsrs

rw

n

nnr k

k

M

s

ϕϕ

ηϕϕ

2cos1sin

)33(]9)[025,0(1

coscos

−=

∗+−

=

cosϕ n – znamionowy współczynnik mocy silnika , w [-] (wynosi on w przeciętnych warunkach 0,1 – 0,4)sn – poślizg znamionowy silnika, w [-]Mrw =Mrs/Mn – stosunek momentu rozruchowego silnika do momentu znamionowego silnika, w [-].

Dopuszczalne wartości spadków napięć podczas rozruchu silników klatkowych przedstawia tabela 15.

Tabela 15 Dopuszczalne spadki napicia dla rozruchów silników [9]Rodzaj rozruchu silnika Dopuszczalny spadek

napięcia ∆ U [%]Rozruch lekki 35

Rozruch ciężki i częsty 15Rozruch ciężki rzadki 10

Sprawdzenie dobranych przewodów z warunku samoczynnego wyłączenia

Warunek ten w zależności od typu sieci zasilającej wyrażają następujące zależności:

a) układ TN:

oak UIZ ≤∗1 (34)

W obliczeniach praktycznych korzysta się z innej formy powyższego wzoru:

ak II ≥1 (35)

gdzie:Ik1 – prąd zwarcia jednofazowego, w [A] wyznaczony z zależności, w której uwzględniono wzrost rezystancji przewodu powodowany przepływem prądu oraz rezystancje łączeń trudne do analitycznego oszacowania:

1

0

1

01 *25,1

8,0

kkk Z

U

Z

UI =∗= (36)

Uo – wartość skuteczna napięcia znamionowego względem ziemi, [V]Ia – wymagany prąd wyłączenia urządzenia zabezpieczającego, w [A] w czasie określonym przez PN –

IEC60364-4-41, odczytany z charakterystyki prądowo-czasowej podawanej w katalogach producentów urządzeń zabezpieczających.

221 ][][ PENLTkQPENLTkQk RRRRRXXXXXZ +++++++++= - impedancja obwodu

zwarciowego, w [Ω ]XkQ – zastępcza reaktancja systemu elektroenergetycznego, w [Ω ],RkQ – zastępcza rezystancja systemu elektroenergetycznego, w [Ω ],XT – reaktancja transformatora zasilającego, w [Ω ],RT – rezystancja transformatora zasilającego, w [Ω ], XL – reaktancja przewodu fazowego, w [Ω ],RL – rezystancja przewodu fazowego, w [Ω ], XN –reaktancja przewodu neutralnego, w [Ω ], RN –rezystancja przewodu neutralnego, w [Ω ], XPE –reaktancja przewodu ochronnego, w [Ω ], RPE – rezystancja przewodu ochronnego, w [Ω ].Wyłączenie zasilania podczas zwarcia powinno nastąpić w czasie nie dłuższym jak:- 5 s dla obwodów rozdzielczych,

- dla instalacji odbiorczej w zależności od wartości znamionowej napięcia zasilającego, zostały umieszczone w tabeli 16.

Tabela 16: Maksymalne czasy wyłączeń w układzie TN [6]U0 [V] Czas wyłączenia tw [s]

UL ≤ 50 V UL ≤ 25V120230-277400480580

0,80,40,20,10,1

0,350,200,050,050,02*)

* - przypadku gdy warunek samoczynnego wyłączenia nie może zostać zachowany należy zastosować połączenia wyrównawcze

Uwaga!Prąd zwarcia Ik1 w tym przypadku należy wyznaczać na zaciskach chronionego urządzenia.

b) układ IT: LdA UIR ≤∗ (37)

gdzie:

Id – wartość prądu pojedynczego zwarcia z ziemią ( sieciach nN na ogół nie przekracza 10 A), w [A]UL – napięcie limitowane określane, w [V] (dopuszczalne długotrwale w zależności od warunków środowiskowych)RA – rezystancja uziemienia, w [Ω ]

Uwaga!Jeżeli części przewodzące dostępne w sieci IT są uziemione grupowo, to pierwsze zwarcie z ziemią przekształca układ IT odpowiednio:

- w układ TN, dla grupy urządzeń uziemionych wspólnie z urządzeniem, w którym wystąpiło pierwsze zwarcie z ziemią.

W takim przypadku warunek samoczynnego wyłączenia podczas zwarć podwójnych zostanie zachowany, gdy:

- układ nie posiada przewodu neutralnego:

aS I

UZ

∗∗≤

2

3 0 (38),

- układ posiada przewód neutralny:

aS I

UZ

∗≤

20'

(39)

gdzie:ZS – impedancja części pętli zwarciowej obejmującej przewód fazowy i przewód ochronny obwodu jednego z odbiorników, w [Ω ]ZS

’ – impedancja części pętli zwarciowej obejmująca przewód neutralny i przewód ochronny obwodu jednego z odbiorników, w [Ω ]Ia – prąd zapewniający wyłączenie zasilania w czasie określonym , w [A]U0 – napięcie fazowe, w [V]

- w układ TT, dla pozostałych grup urządzeń, mających oddzielne uziomy niż grupa, w której wystąpiło pierwsze zwarcie z ziemia.

W takim przypadku dla warunki ochrony dla zwarć podwójnych określone są jak dla układu TT:jeżeli wyłączenie zasilania realizowane jest przez urządzenie ochronne różnicowoprądowe, polega na sprawdzeniu czy spełniony jest warunek:

LnA UIR ≤∗ ∆ (40)gdzie:

RA całkowita rezystancja uziomu i przewodu ochronnego łączącego części przewodzące dostępne z uziomem, w [Ω ]

I∆ n znamionowy prąd różnicowy, w [A]

UL napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale, w [V].

W warunkach środowiskowych normalnych wartość UL wynosi 50 V dla prądu

przemiennego i 120 V dla prądu stałego. W warunkach środowiskowych o zwiększonym

zagrożeniu wartość UL wynosi 25 V i 12 V dla prądu przemiennego oraz 60V i 30V dla prądu

stałego.Jeżeli wyłączenie zasilania realizowane jest przez urządzenia zabezpieczające przed przetężeniami (zabezpieczenia nadprądowe) sprawdzenie skuteczności ochrony przed dotykiem pośrednim (ochrony przy uszkodzeniu) polega na sprawdzeniu czy spełniony jest warunek: o

UaI

sZ ≤⋅ (41)

gdzie:Zs impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło zasilania, przewód liniowy do miejsca zwarcia,

przewód ochronny części przewodzących dostępnych, przewód uziemiający, uziom instalacji oraz uziom źródła zasilania, w [Ω ]

Ia prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w wymaganym czasie, w [A]

Uo nominalne napięcie przewodu liniowego względem ziemi, w [V].

Tabela 17: Dopuszczalny czas wyłączenia w układach IT przy zwarciach podwójnych [6].

Napięcie znamionowe U0 lub U w [V]

Czas wyłączenia w [s]

Układ bez przewodu neutralnego

Układ z przewodem neutralnym

UL =50V UL =25V UL =50V UL =25V120-240230/400200/690580/1000

0,80,40,20,1

0,40,20,060,02*)

5,00,80,40,2

1,00,50,20,08

Tabela 17 A: Największe dopuszczalne czasy wyłączenia zasilania w układzie zasilania TT dla napięć ACNapięcie nominalne Dopuszczalny czas wyłączenia zasilania, w [s]

VUV 12050 0 ≤< 0,3VUV 230120 0 ≤< 0,2VUV 400230 0 ≤< 0,07

VU 5000 > 0,04Uwaga: W przypadku gdy samoczynne wyłączenie w określonym w tabeli czasie nie jest możliwe, należy wykonać połączenia wyrównawcze miejscowe

Przewody ochronne

Jako przewody ochronne mogą być stosowane:- żyły w przewodach wielożyłowych,- izolowane lub gołe przewody ułożone we wspólnej osłonie z przewodami roboczymi,- ułożone na stałe przewody gołe i izolowane,- metalowe powłoki i pancerze kabli,- metalowe rury i inne osłony przewodów.

Wśród przewodów ochronnych wyróżnia się:

- przewód ochronny PE,- przewód ochronno-neutralny PEN,- przewód uziemiający E,- przewód wyrównawczy CC (zgodnie z norma PN-EN 60445: 2002 [25] oraz norma PN-EN 60446: 2004 [26 ] przewody wyrównawcze powinny być oznaczane jako PE).

Przewody ochronny powinien spełniać warunki:a) odporności zwarciowej, zgodnie ze wzorami (14 – 17), w zależności od czasu trwania zwarcia

c) określone w zeszycie 41 normy PN-IEC 60364, podane w tabeli 18.

Tabela 18: wymagane przekroje przewodów ochronnych[6]SL = SN

[mm2]SPE [mm2]

S≤ 16 S16<S≤ 35 16S>35 S/2

Gdzie:SL – przekrój przewodu fazowego, w [mm2]SN – przekrój przewodu neutralnego, w [mm2]SPE – przekrój przewodu ochronnego, w [mm2].

Uwaga!Wartości podane w PN – IEC 60364 (tabela 18) dotyczą przewodów ochronnych wykonanych z tego samego materiału co przewody fazowe. W innym przypadku należy wykonać przeliczenia uznając za podstawę konduktancję przewodu fazowego

2

112 γ

γ SS

∗= (42)

gdzie:S1 – przekrój przewodu fazowego, w [mm2]S2 – równoważny przekrój przewodu fazowego wykonanego z innego materiału, w [mm2]γ 1 – konduktywność przewodu fazowego, w [m/(Ω mm2)]γ 2 – konduktywność przewodu ochronnego wykonanego z innego materiału jak przewód fazowy), w [m/(Ω mm2)].

Należy przy tym pamiętać, że podane wymagania dotyczą minimalnego przekroju przewodu ochronnego. W praktyce może okazać się koniecznym jego zwiększenie. Co ma miejsce w przypadku trudności w zachowaniu warunku samoczynnego wyłączenia podczas zwarć w chronionych odbiornikach.Przekroje przewodów ochronnych nie będących żyłą przewodów wielożyłowych nie mogą być mniejsze niż:

- 2,5 mm2 – jeżeli przewód ochronny jest chroniony przed uszkodzeniami mechanicznymi,- 4 mm2 – jeżeli przewód nie jest chroniony przed uszkodzeniami mechanicznymi.W układach TN, w instalacjach ułożonych na stałe, funkcje przewodu neutralnego i

ochronnego (PEN), mogą pełnić te same żyły, jeżeli przekroje tych żył są nie mniejsze jak 10 mm2 Cu lub 16 mm2 Al.

W przewodach ochronnych nie wolno umieszczać żadnych aparatów zabezpieczających, ponieważ mogłoby to doprowadzić do przerwania ich ciągłości.

W tabelach 19 - 21, przedstawiono oznaczenia barwne przewodów i wymagane minimalne przekroje przewodów wyrównawczych.

Tabela 19: Oznaczenia barwne przewodów N, PE, PEN [27]Przeznaczenie przewodu Oznaczenie

literoweOznaczenie barwne

Neutralny N niebieskiOchronny PE Zielono-żółtyOchronno-neutralny PEN Zielono-żółty a na końcach niebieski lub niebieski a

na końcach zielono-żółty tak by widoczne były wszystkie trzy barwy (w przypadku przewodów gołych należy oznaczyć ich końce)

Tabela 20: Wymagane przekroje przewodów wyrównawczych [6]Połączenia wyrównawcze główne

Połączenia wyrównawcze miejscowe

Wymaganie podstawowe

SCC ≥ 0,5 SPE max SCC ≥ 0,5 SPE min SCC ≥ 0,5 SPE

Wymaganie dodatkowe

6 mm2 2,5 mm2 jeżeli są chronione od uszkodzeń mechanicznych4 mm2 jeżeli nie są chronione od uszkodzeń mechanicznych

Dopuszczalne złagodzenie wymagania podstawowego

SCC = 25 mm2 CuW przypadku gdy SPE

≥ 50 mm2 --------- -----------

Tabela 21: Minimalne przekroje żył przewodów do połączeń wyrównawczych dodatkowychWyszczególnienie Wymagany przekrój żył przewodów

wyrównawczych dodatkowychPomiędzy dwoma dwoma urządzenia elektrycznymi

Równy lub większy niż mniejszy z przekrojów przewodów ochronnych

Pomiędzy urządzeniami elektrycznym a częścią przewodzącą obcą

≥ 0,5 przekroju przewodu ochronnego

Przekrój minimalny - 2,5 mm2 Cu lub 4 mm2 Al, z zastosowaniem ochrony przewodów przed uszkodzeniami- 4 mm2 bez zastosowania ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi

Na rysunku 7 przedstawiono przykład wykonania połączeń wyrównawczych miejscowych odbiorników elektrycznych i uziemionej metalowej instalacji

Rysunek 7: Przykład wykonania połączeń wyrównawczych miejscowych odbiorników elektrycznych i uziemionej metalowej instalacji

Wyznaczanie przekroju przewodu neutralnego w obwodach zasilających odbiorniki nieliniowe

Jeżeli przekrój przewodu neutralnego jest taki sam jak przekrój przewodów fazowych, to wpływ trzeciej harmonicznej prądu na rzeczywistą obciążalność przewodu neutralnego można określić stosując współczynniki zmniejszające k3f podane w tabeli 22.

Tabela 22: Współczynnik zmniejszający k3f [ 28]Udział 3-ej harmonicznej w prądzie fazowym k3h%

Współczynnik zmniejszający k3f

Dobór przekroju żył na podstawie

Prądu fazowego Prądu w przewodzie neutralnym

0 – 15 1,00 -15 – 33 0,86 -33 – 45 - 0,86> 45 - 1,0

Jeżeli udział trzeciej harmonicznej w przewodzie fazowym nie przekracza 33% to dobór przewodów jest oparty na wartości prądu fazowego, a przy większej zawartości tej harmonicznej, na wartości prądu w przewodzie neutralnym:

%1003 3h

BN

kII ∗∗= (43)

%33%33

' ≤⇔= hf

BB k

k

II (44)

%33%33

' >⇔= hf

NB k

k

II (45)

gdzie:IB – prąd obciążenia w przewodzie fazowym, w [A]IB

’ – skorygowana wartość prądu obciążenia w przewodzie fazowym, w [A]IN – prąd w przewodzie neutralnym, w [A].

Trzecia harmoniczna i przewód neutralny – przykłady:a) oświetlenie neonowe

8,0

)3,0(

3,03

3,0

21

21

1

13

>

∗+=

∗∗=∗≅

B

N

B

N

I

I

III

II

II

(46)

b) zasilacze elektroniczne

7,1

)7,0(

7,03

7,0

21

21

1

13

>

∗+=

∗∗=∗≅

B

N

B

N

I

I

III

II

II

(47)

gdzie: I1 – prąd pierwszej (podstawowej) harmonicznej, w [A]I3 – prąd trzeciej harmonicznej, w [A].

W drugim przypadku należy zwiększyć dopuszczalna obciążalność prądową przewodu neutralnego o 70%.Na rysunku 8 została przedstawiona ilustracja sumowania się trzeciej harmonicznej w przewodzie neutralnym

Rysunek 8: ilustracja sumowania się prądu trzeciej harmonicznej w przewodzie neutralnym [28] Zobc1 – Zobc3 –nieliniowe impedancje obciążenia poszczególnych faz IL1-IL3 – prądy odkształcone pobierane przez impedancje obciążenia Zobc

In –prąd w przewodzie neutralnym

W przypadku znanego stosunku prądów w przewodzie neutralny oraz przewodach fazowych należy skorzystać z wartości współczynnika r, określonych w Tabeli 23.

Tabela 23:Współczynniki poprawkowe obciążalności 4-żyłowych przewodów obwodów trójfazowych układanych na stałe w zależności od względnej wartości prądu w żyle neutralnej N lub ochronno-neutralnej PEN [18]

Stosunek prądów w przewodzie neutralnym do prądu w przewodzie fazowym

L

N

I

Ix =

Sposób ułożenia przewodówA1 A2 B1 B2 C E FW rurze lub listwie instalacyjnej Bez rury lub listwy instalacyjnejW ścianie termoizolacyjnej

Po wierzchu, na ścianie przewody stykają się

W odległości od ścianyd∗3,0 d∗0,1

jednożyłowe wielożyłowe jednożyłowe wielożyłowe wielożyłowe

wielożyłowe

Jednożyłowe niestykające się

jednowarstwowo wiązka

Współczynnik poprawkowy r

2,0≤x 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,004,02,0 ≤< x 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,966,04,0 ≤< x 0,94 0,94 0,94 0,94 0,95 0,938,06,0 ≤< x 0,91 0,91 0,91 0,91 0,93 0,900,18,0 ≤< x 0,87 0,87 0,87 0,87 0,89 0,862,10,1 ≤< x 0,83 0,83 0,83 0,83 0,85 0,824,12,1 ≤< x 0,78 0,78 0,78 0,78 0,80 0,776,14,1 ≤< x 0,72 0,72 0,72 0,72 0,73 0,718,16,1 ≤< x 0,65 0,65 0,65 0,65 0,66 0,640,28,1 ≤< x 0,57 0,57 0,57 0,57 ------ ------

Uwaga!Nie jest zalecane stosowaniu układu zasilania TN-C przy .5,0>xW celu otrzymania obciążalności długotrwałej dla przewodów czterożyłowych należy pomnożyć odczytaną z tabeli dopuszczalnych obciążeń prądowych przewodów trzyżyłowych, zamieszczonych w zeszycie 523 normy PN-IEC 60364, przez współczynnik r w zależności od sposobu ułożenia przewodu oraz wartości x.Czyli 34 zz IrI ∗= . Wartości współczynnika r podane grubszą czcionką oznaczają konieczność rozważenia możliwości przyjęcia przewodu neutralnego N o przekroju większym niż przekrój przewodów fazowych.d – średnica zewnętrzna przewodu

Dobór przewodów do zasilania urządzeń ppoż. funkcjonujących w czasie pożaru

Przewody lub kable przeznaczone do zasilania urządzeń ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru muszą spełniać warunek odporności ogniowej w przez czas wymaganego funkcjonowania danego urządzenia (przy zastosowaniu urządzeń tryskaczowych zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. Nr 75/2002 poz. 690 z późniejszymi zmianami], czas ten może zostać ograniczony do 30 minut).Przy doborze przewodów zasilających urządzenia elektryczne funkcjonujące w czasie pożaru oprócz właściwej klasy odporności ogniowej należy zadbać o właściwy dobór przekroju.Dobór tych przewodów należy przeprowadzić zgodnie z wcześniej opisanymi zasadami po uwzględnieniu wzrostu rezystancji przewodów powodowanych wzrostem temperatury pożarowej.Wzrost rezystancji przewodów dobranych zgodnie z wcześniej opisanymi zasadami spowodowany wzrostem temperatury może stać się przyczyną błędnego działania urządzeń elektrycznych oraz nieskutecznej ochrony przeciwporażeniowej.Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych do zabezpieczenia urządzeń ppoż. funkcjonujących w czasie pożaru nie jest dobrym rozwiązaniem z uwagi na wymaganą wysoką niezawodność działania tych urządzeń. Pod wpływem temperatury powstaje zjawisko jonizacji, co skutkuje wzrostem upływności doziemnej oraz wzrostem upływność pomiędzy żyłami przewodu. Rosnący prąd upływu może powodować niekontrolowane zadziałanie wyłączników różnicowoprądowych a tym samym wyłączenie zasilanych urządzeń ppoż.

Wraz z upływem czasu od zainicjowania pożaru, bardzo szybko wzrasta temperatura pomieszczeń objętych pożarem. Pod wpływem wysokiej temperatury rośnie rezystancja przewodu, która jest uzależniona od temperatury w jakiej znajduje się przewód.W temperaturze nie wyższej od + 2000 C, zmiany rezystancji przewodów można opisać liniową zależnością [12]

)1( 2020 TRR ∆+= α (48)gdzie:

20R - rezystancja przewodu w temperaturze C020 , w [ Ω]α -pierwszy współczynnik temperaturowy rezystancji w temperaturze 200C, w [1/K]

20−=∆ kTT - różnica temperatur, w [K]Tk – temperatura końcowa, w [K]

W temperaturach wyższych niż + 2000 C, zależność opisująca rezystancje przewodu w określonej temperaturze staje się nieliniowa i wyraża następującym wzorem [13;21]:

)1( 2202020 TTRR ∆+∆+= βα (49)

gdzie:

220

2

2030 2

1

dt

Rd

R=β - drugi współczynnik temperaturowy rezystancji w temperaturze 200C

[21], przyjmowany jako 610− 1/K2

Przebieg pożaru w budynku zależy od wielu czynników do których należy zaliczyć między innymi gęstość obciążenia ogniowego*), która jest uzależniona od rodzaju i masy zgromadzonych w budynku materiałów palnych oraz zgromadzonych materiałów palnych w przypadku budynków zaliczonych do kategorii zagrożenia ludzi (ZL), zdefiniowanych w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. Nr 75/2002 poz. 690 z późniejszymi zmianami].Pomimo indywidualnego przebiegu pożaru w zależności od miejsca jego wystąpienia, opracowane zostały wykresy „temperatura-czas” modelujące przebiegi niektórych rodzajów pożarów. Zgodnie z normą EN 1363-2:1999 [22], zostały zdefiniowane następujące krzywe „temperatura-czas” symulujących przebieg pożarów w pomieszczeniach:

- krzywa normowa- krzywa węglowodorowa- krzywa zewnętrzna- krzywe parametryczne- krzywe tunelowe

Najbardziej znana jest krzywa normowa „temperatura – czas” obrazująca pożary celulozowe, która jest powszechnie stosowana w badaniach ogniowych budynków.Krzywą tą opisuje następujące równanie [14]:

20)18lg(345 ++= tT (50)gdzie:

T – temperatura, w ][0 C

t – czas, w [min]

Przykład krzywej normowej odzwierciedlającej rozwój temperatury w pożarach celulozowych, to jest w pożarach, w których paliwem jest głównie drewno i materiały drewnopodobne została przedstawiona na rysunku 9.

Rys.1. Krzywa narastania temperatury

Rysunek 9: Krzywa normowa „temperatura – czas” obrazująca pożary celulozowe [14]

*) Obciążenie ogniowe (Q) jest to określona w megadżulach (MJ) średnia wartość cieplna wszystkich materiałów palnych zgromadzonych na 1 metrze kwadratowym budynku lub wydzielonych w nim poszczególnych stref pożarowych. Zasady, według których oblicza się wartość obciążenia ogniowego, określa norma PN-B-02852:2001: „Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie. Obliczanie obciążenia ogniowego oraz wyznaczanie względnego czasu trwania pożaru”. Jednostką obciążenia ogniowego jest 1 MJ/m2.[23]

Podczas pożaru w budynku temperatura po około 30 minutach od chwili jego zainicjowania osiąga średnio wartość około 8000 C i wykazuje nieznaczne tendencje wzrostowe wraz z upływem czasu trwania pożaru:

o po 30min temperatura osiąga ok. 822OC;o po 60min temperatura osiąga ok. 928OC;o po 90min temperatura osiąga ok. 955OC.

Pod działaniem tak wysokiej temperatury powszechnie stosowane przewody instalacji elektrycznej ulegają zniszczeniu przez co do zasilania urządzeń przeciwpożarowych należy stosować kable i przewody przeznaczone do pracy w wysokiej temperaturze.Do podtrzymania podstawowych funkcji instalacji elektrycznej w przypadku pożaru są stosowane specjalne kable odporne na działanie wysokiej temperatury. W zależności od wymaganego minimalnego czasu zasilania urządzeń elektrycznych w czasie pożaru - odpowiednio 30, 60, 90 min. - mogą one mieć różne klasy podtrzymania funkcji E30, E60 i E90 (DIN VDE 4102 cz. 12) [3] lub klasy odporności ogniowej PH15, PH30, PH60, PH90 (PN-EN-50200)[4].Kable (przewody) te należy stosować w instalacjach bezpieczeństwa obiektów o podwyższonych wymaganiach przeciwpożarowych, takich jak: budynki handlowe, hotele, kina, teatry, szpitale, muzea, centra przetwarzania danych, centrale telefoniczne, banki, dworce lotnicze, do których zaliczyć można jeszcze m.in. elektrownie, kopalnie, stocznie i tunele. Ponieważ w budynku często wydziela się strefy pożarowe w celu ograniczenia możliwości rozwoju pożaru, rzadko zdarza się, że cały przewód zasilający urządzenia ppoż. znajduje się pod działaniem temperatury pożarowej. W strefie nieobjętej pożarem kabel (przewód)

znajduje się pod działaniem temperatury otoczenia lub w skrajnym przypadku temperatury dopuszczalnej długotrwale spowodowanej przepływem prądu o wartości dopuszczalnej długotrwale. Zadaniem projektanta jest wytypowanie pomieszczeń, które mogą zostać objęte pożarem (tzw. strefy gorącej) i obliczyć względną wartość długości kabla (przewodu), który z największym prawdopodobieństwem znajdzie się strefie gorącej.Dla wymaganego czasu funkcjonowania kabla (przewodu) można dla określonego obwodu obliczyć spodziewany wzrost jego rezystancji.Tak określana rezystancja kabla (przewodu) jest sumą arytmetyczną rezystancji odcinka zakwalifikowanego do strefy, która może znaleźć się w strefie gorącej oraz rezystancji odcinka przewodu zakwalifikowanego do strefy nieobjętej pożarem (tzw. strefa zimna).Rezystancja ta będzie zawsze większa od rezystancji odniesionej do normalnych warunków pracy rozpatrywanego odcinka kabla (przewodu).W tabeli 24 zostały przedstawione przykładowe współczynniki wzrostu rezystancji żył kabla ułożonego częściowo w strefie gorącej i częściowo w strefie zimnej w warunkach pożaru.

Tabela 24: Współczynniki wzrostu rezystancji żył przewodów w warunkach pożaru [8]

Względny udział strefy gorącej w długości trasy

kabla (przewodu)[%]

Współczynnik wzrostu rezystancji żył kabla

Dla warunków klasy E 30 Dla warunków klasy E 90

od 300 C od 900 C od 300 C od 900 C

0 1,0 1,0 1,0 1,010 1,3 1,2 1,4 1,320 1,6 1,5 1,8 1,530 2,0 1,7 2,1 1,840 2,3 1,9 2,5 2,150 2,6 2,1 2,9 2,460 2,9 2,4 3,3 2,670 3,2 2,6 3,6 2,780 3,5 2,8 4,0 3,290 3,9 3,1 4,4 3,5100 4,2 3,3 4,8 3,7

W takim przypadku dobrane przewody lub kable podlegają sprawdzeniu z warunku spadku napięcia oraz z warunku samoczynnego wyłączenia. Zatem przy doborze przewodów zasilających urządzenia ppoż. , których funkcjonowanie jest konieczne podczas pożaru najkorzystniej jest wyznaczyć wymagany przekrój ze względu na spadek napięcia z poniższego wzoru:

)cos3100

( % ϕϕ

γ tgXI

UUlk

s

nn

n

p

∗−∗∗∗

∗∆∗

∗≥

(51)

W przypadku urządzeń o dużym prądzie rozruchowym takich jak np. silniki pomp pożarowych, należy również wyznaczyć wymagany przekrój przewodu ze względu na dopuszczalny spadek napięcia podczas rozruchu:

)cos3100

( %r

rr

nr

p

tgXI

UU

lks

ϕϕ

γ ∗−∗∗∗

∗∆∗

∗≥

(52)

gdzie:

%rU∆ - dopuszczalny spadek napięcia przy rozruchu silnika, w [%]

l - długość linii zasilającej, w [m]Un – napięcie znamionowe silnika, w [V]

1cos

12

−=r

rtgϕ

ϕ

rϕcos - współczynnik mocy silnika podczas rozruch , w [-]

kp – współczynnik przyjmowany z tabeli 22, w [-]Un – napięcie znamionowe, w [V]In – prąd znamionowy, w [A]Ir – prąd rozruchowy, w [A]

nϕcos - znamionowy współczynnik mocy, [-]

rϕcos - współczynnik mocy podczas rozruchu, w [-]

%U∆ - dopuszczalny spadek napięcia podczas pracy urządzenia w stanie ustalonym, w [%]

%rU∆ - dopuszczalny spadek napięcia podczas rozruchu urządzenia, w [%]

γ - konduktywność przewodu, w [ 2/( mmm ⋅Ω ]

W podniesieniu do warunku samoczynnego wyłączenia należy rezystancję przewodu zasilającego urządzenia ppoż. pomnożyć przez właściwy współczynnik kp odczytany z tabeli 24.

Przykład 3:Dobrać przewód do zasilania pompy pożarowej o następujących parametrach silnika:

3,0cos;4;85,0cos;10;9,0 ===== rrnn kkWP ϕϕηTrasa linii zasilającej o ogólnej długości ml 100= przebiega przez dwie strefy pożarowe o długościach odpowiednio:

- strefa 1: ml 30=- strefa 2: ml 70=

W przykładzie założono, wzniecenie pożaru w jednej strefie pożarowej. Do obliczeń ze względu na bardziej niekorzystne warunki została przyjęta strefa 2.

Impedancja obwodu zwarciowego na początku obwodu zasilającego silnik pompy wynosi Ω= 25,01kZ (wartość uzyskana w wyniku pomiaru).

Prąd znamionowy silnika oraz dobór jego zabezpieczenia (pominięto dobór zabezpieczenia przeciążeniowego):

AU

PI

nn

nB 87,18

9,085,04003

10000

cos3≈

∗∗∗=

∗∗∗=

ηϕ

Do zabezpieczenia silnika zostanie przyjęty wyłącznik nadprądowy S303C20:

AIAIkI Brr 100201048,7587,184 4 =∗=<=∗=∗=

gdzie:

nP - moc znamionowa silnika, w [W]η- sprawność silnika, w [-]

B

rr I

Ik = - współczynnik rozruchu silnika, w [-]

rI - prąd rozruchowy silnika, w [A]

4I - prą dolnej granicy zadziałania wyzwalacza przeciążeniowego elektromagnetycznego wyłącznika instalacyjnego nadprądowego zgodnie z jego charakterystyką prądowo-czasową, [A]

nϕcos - znamionowy współczynnik mocy silnika, w [-]

rϕcos - współczynnik mocy silnika podczas rozruchu, w [-]

Wyłącznik ten umożliwi rozruch silnika bez zbędnych zadziałań.

Wymagany przekrój przewodu ze względu na długotrwała obciążalność prądową i przeciążalność:

AIk

I

IAIAI

nZ

ZnB

2045,1

2045,1

45,1

2087,18

2 =∗=∗

≥

≤=≤=

Na podstawie normy PN-IEC 60364-5-523, warunki spełni przewód NKGsżo 4 x 2,5 o dopuszczalnej długotrwałej obciążalności prądowej AAI Z 2024 >= .

Wyznaczenie współczynnika określającego względny udział strefy gorącej w długości trasy kabla (przewodu):

%70%100100

70%1002 =∗=∗=

l

lk p

gdzie:

pk - względny udział strefy gorącej w długości trasy kabla (przewodu), w [-] – tabela 24

zI - wymagana dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa, w [A]

2k - najmniejszy prąd niezawodnie wywołujący zadziałanie zabezpieczenia (dla wyłączników instalacyjnych nadpradowych należy przyjmować wartość 1,45, bez względu na charakterystykę), w [-]

nI - prąd znamionowy zabezpieczenia chroniącego przewód, w [A]

1l - długość trasy kablowej w strefie 2, w [m]

l - całkowita długość trasy kablowej, w[m]

Ponieważ przewód dostarcza energie elektryczna tylko podczas pożaru, na podstawie tabeli 24 dla warunków klasy E90 od 300 C, należy przyjąć współczynnik kp = 3,6.

Wymagany przekrój przewodów zasilających silnik pompy ze względu na warunek spadku napięcia:

- podczas rozruchu silnika pompy:

2

'%

47,6)18,31,01,0

3,048,753100

40010(55

1006,3

)cos3100

(

mm

tglxI

UUlk

s

r

rrM

nr

p

=∗∗−

∗∗∗∗∗

∗=

=∗∗−

∗∗∗∗∆∗

∗≥

ϕϕ

γ

Uwaga%rU∆ - dopuszczalny spadek napięcia zgodnie z Tabela 15.

- w warunkach pracy ustalonej:

2

%

14,15400355

85,010087,186,33100

cos3100 mm

UU

lIkS

n

p =∗∗

∗∗∗∗∗=∗∆∗

∗∗∗∗∗≥

γϕ

Uwaga%U∆ =3% - dopuszczalny spadek napięcia zgodnie z wymaganiami normy

N-SEP –E 002 [13].

Zatem warunek spełni przewód NKGsżo 4 x16 o odporności ogniowej PH90.

Sprawdzenie dobranego przewodu z warunku samoczynnego wyłączenia:

AIAZ

UI

ZZZ

S

lk

S

lRRRZ

ack

k

lskck

pllls

20041,206891,0

2308,08,0

891,0641,025,0

641,01655

7026,3

1655

30222

1

01

11

2121

=>=∗=∗=

Ω=+=+=

Ω≈∗

∗∗+∗

∗=∗

∗∗+

∗∗=+=≈

γγ

gdzie:

0U - napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem ochronnym PE, w [V]γ - konduktywność przewodu, w )]/([ 2mmm ∗Ω

1lR - rezystancja przewodu zasilającego silnik pompy na długości ułożonej w 1 strefie pożarowej, [Ω ]

2lR - rezystancja przewodu zasilającego silnik pompy na długości ułożonej w 2 strefie pożarowej, [Ω ]

Dobrany przewód NKGsżo 4 x 16 o odporności ogniowej PH90 spełnia wymagania w zakresie spadku napięcia podczas rozruchu silnika oraz w warunkach pracy ustalonej. Spełnia również wymagania w zakresie samoczynnego wyłączenia zasilania podczas zwarć. samoczynnego wyłączenia, przez co przekrój przewodu zasilającego silnik pompy pożarowej musi ulec zwiększeniu.Należy zatem uznać, że wszelkie wymagania w warunkach pożaru przy założeniu, ze pożarem zostanie objęta strefa 2 spełni kabel NKGSżo 4 x 16 o odporności ogniowej PH90.

Uwaga:W normalnych warunkach pracy (nie pożarowych) warunki spełniłby przewód YDYżo 4 x 6 co wynika z następującego rozumowania:

- w czasie rozruchu silnika:

2

%

20,4400355

85,010087,183100

cos3100 mm

UU

lIS

n

=∗∗

∗∗∗∗=∗∆∗

∗∗∗∗≥γ

ϕ

- w stanie ustalonej pracy silnika:

2

'%

54,5)18,31,01,0

3,048,753100

40010(55

100

)cos3100

(

mm

tglxI

UUlk

s

r

rrM

nr

p

=∗∗−

∗∗∗∗∗

=

=∗∗−

∗∗∗∗∆∗

∗≥

ϕϕ

γ

- sprawdzenie warunku samoczynnego wyłączenia zasilania podczas zwarć:

AIAZ

UI

ZZZ

Sl

Sl

RRRZ

ack

k

lskck

llls

20013,303891,0

2308,08,0

891,0607,025,0

607,0655

702655

30222

1

01

11

2121

=>=∗=∗=

Ω=+=+=

Ω≈∗

∗+∗

∗=∗∗+

∗∗=+=≈

γγ

LITERATURA1. E, Skiepko – Instalacje elektryczne funkcjonujące w czasie pożaru – materiały 40 Jubileuszowej konferencji KRGEB, Warszawa 17 maj 2007 r.2.Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21.04.2006 r.

w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. (Dz. U. Nr 80, poz. 563).3.DIN 4102-12 „Zachowanie się materiałów i elementów budowlanych pod wpływem ognia. Podtrzymywanie funkcji urządzeń w czasie pożaru. Wymagania i badania”4..PN-EN 50200 „Metoda badania palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających”5. RMI z dnia 12-04-2002r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Dz.U. 75 poz. 690 z późniejszymi zmianami.6. PN-IEC 600364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.7. Praca zbiorowa pod red. dr inż. Jana Strzałki, Instalacje elektryczne i teletechniczne – poradnik montera i inżyniera elektryka, Verlag Dashofer, Warszawa 2001.

8. Informator techniczny TECHNOKABEL 20079. S. Niestępski, J. Pasternakiewicz, T. Wiśniewski, M. Parol – Projektowanie sieci

elektroenergetycznych. Instalacje elektryczne – OWPW 200210. Poradnik inżyniera elektryka t3 – WNT 199711. S. Januszewski, A. Pytlak, M. Rosnowska-Nowaczyk, H. Światek – Napęd

elektryczny WsiP 199412. Z. Celiński – Materiałoznawstwo elektrotechniczne –OWPW 199813. H. Linder – Zbiór zadań z elektrotechniki cz.1. Prąd stały – obwody, COSiW SEP

200414. M. Abramowicz, R. G. Adamski – Bezpieczeństwo pożarowe budynków – cz. 1,

SGSP Warszawa 200215. N-SEP-E 002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne

w obiektach mieszkalnych. Podstawy planowania.

16. J. Wiatr, M. Orzechowski – Poradnik projektanta elektryka. Podstawy zasilania budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i innych obiektów nieprzemysłowych w energie elektryczną –|DW MEDIUM - wydanie III 2008

17. A. Paradowska –Rychlik – Referat marketingowy Zakładów Kablowych Bitnera - Konferencja szkoleniowa bezpieczeństwo instalacji elektrycznych. 30 września 2008, SGSP Warszawa – materiały konferencyjne

18. Musiał – Obciążalność cieplna oraz zabezpieczenia nadprądowe przewodów i kabli – INPE nr107

sierpień 200819. H. Markiewicz Instalacje elektryczne – WNT199620. J. Laskowski – Poradnik elektroenergetyka przemysłowego –COSiW SEP 199621. T. Cholewicki – Elektrotechnika teoretyczna t. 1 – WNT 197322. EN 1363:1999-2: Fire resistance test. Part 2. Alternative and additional procedures.23. PN-B- 02852:2001 – Ochrona przeciwpożarowa budynków. Obliczanie obciążenia

ogniowego oraz wyznaczanie względnego czasu trwania pożaru.24. T. Sutkowski – Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną.

Urządzenia i układy – COSiW SEP 200725. PN-EN 60446: 2002 – Zasady podstawowe bezpieczeństwa przy współdziałaniu

człowieka z maszyną. Oznaczenia i identyfikacja przewodów barwami lub cyframi.26. PN-EN 60446: 2002 – Zasady podstawowe bezpieczeństwa przy współdziałaniu

człowieka z maszyną. Oznaczenia i identyfikacja przewodów znakami alafanumerycznymi.

27. PN-HD 308S2 Identyfikacja żył w kablach i przewodach oraz przewodach sznurowych.

28. H. Markiewicz, A. Klajn – Instalacje elektryczne w budynkach. Podstawy planowania i obliczeń. – podręcznik inpe dla elektryków, zeszyt 7 – 2005.

29. E. Musiał – Prądy zwarciowe w niskonapięciowych instalacjach i urządzeniach prądu przemiennego – inpe nr 40, 2001.

30. praca zbiorowa pod redakcją J. Wiatr – Poradnik projektanta elektryka systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego – Eaton Power Quality, 2009.