Podręcznik: Dobór przewodów na długotrwałą obciążalność i przeciążalność prądową

4. Obliczenia techniczne sieci dystrybucyjnych niskiego i średniego napięcia

4.5. Dobór przewodów na długotrwałą obciążalność i przeciążalność prądową

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

a) dla obwodów jednofazowych

$I_B=\dfrac{S}{U_\mathrm{nf}}=\dfrac{P}{\cos\varphi\cdot U_\mathrm{nf}}$

(4.21)

b) dla obwodów trójfazowych

$I_B=\dfrac{S}{\sqrt3 U_\mathrm{n}}=\dfrac{P}{\sqrt3\cdot\cos\varphi\cdot U_\mathrm{n}}$

(4.22)

gdzie: $I_B$ – obliczeniowy prąd obciążenia przewodu lub kabla, w [A], $U_\mathrm{nf}$ – napięcie fazowe, w [V], $U_\mathrm{n}$ – napięcie fazowe, w [V], $\cos\varphi$ – współczynnik mocy, w [–], $S$ – moc pozorna obciążenia przewodu lub kabla, w [kVA], $P$ – moc czynna obciążenia przewodu lub kabla, w [kW].

Na podstawie obliczonego prądu obciążenia $I_B$ , należy dobrać zabezpieczenie przewodu o prądzie znamionowym $I_\mathrm{n}$ , którego wartość ze względu na wahania napięcia zasilającego powinna spełniać następujący warunek:

$I_\mathrm{n}\ge1,25\cdot I_B$

(4.23)

Na podstawie obliczonego prądu obciążenia $I_B$ oraz dobranego zabezpieczenia o prądzie znamionowym $I_\mathrm{n}$ , należy wyznaczyć wymaganą minimalną długotrwałą obciążalność prądową przewodu $I_\mathrm{z}$ .

Wyznaczenie prądu $I_\mathrm{z}$ należy przeprowadzić wg poniższych zależności:

$\begin{cases} I_B\le I_\mathrm{n}\le I_\mathrm{z}\\ I_2\le 1,45\cdot I_\mathrm{z}\\ I_2=k_2\cdot I_\mathrm{n} \end{cases}$

(4.24)

w praktycznych zastosowaniach układ nierówności (4.24), przyjmuje następującą postać:

$\begin{cases} I_B\le I_\mathrm{n}\le I_\mathrm{z}\\ I_\mathrm{z}\ge\dfrac{k_2\cdot I_\mathrm{n}}{1,45} \end{cases}$

(4.25)

gdzie: $I_\mathrm{n}$ – prąd znamionowy lub prąd nastawienia zabezpieczenia przewodu, w [A], $I_\mathrm{z}$ – wymagana minimalna długotrwała obciążalność prądowa przewodu, w [A], $I_2$ – wartość prądu obciążenia powodująca zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w określonym umownym czasie, w [A], $k_2$ – współczynnik krotności prądu powodującego zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w określonym umownym czasie, przyjmowany jako równy:

– 1,6 –2,1 dla wkładek bezpiecznikowych (tabela 4.2);

– 1,45 dla wyłączników nadprądowych o charakterystyce B, C, D;

– 1,2 dla wyłączników nadprądowych selektywnych;

– 1,2 dla przekaźników termobimetalowych.

Wyznaczona ze wzoru (4.25) wartość $I_\mathrm{z}$ stanowi podstawę doboru określonego przewodu lub kabla na podstawie katalogu producentów. Dobierany przewód musi spełniać następującą zależność:

$I_\mathrm{dd}=k_p\cdot I_\mathrm{z}\ge I_\mathrm{z}$

(4.26)

gdzie: $I_\mathrm{dd}$ – długotrwała obciążalność przewodu, w [A], $I_\mathrm{z}$ – długotrwała dopuszczalna obciążalność przewodu odczytana z katalogu producenta, w [A], $k_p$ – współczynnik poprawkowy uwzględniający sposób ułożenia przewodu lub kabla.

Tabela 4.2. Wartości współczynnika $k_2$ dla różnych typów wkładek topikowych [17]

Typ wkładki	Zakres prądu znamionowego wkładki, w [A]	Współczynnik $k_2$
gG	4 6–16 20–63 80–160 200–400 >400	2,1 1,9 1,6 1,6 1,6 1,6
gL	4 6–10 16–25 32–63 80–160 200–400 400	2,1 1,9 1,75 1,6 1,6 1,6 1,6
aM	Wszystkie wartości prądu	6,3
gTr	Wszystkie wartości mocy Wszystkie wartości prądu $I_\mathrm{n}=\dfrac{S_\mathrm{n}}{\sqrt3 U_\mathrm{n}}$	– 1,5
gR	63 80–100	1,6 1,6
aR	63 80–100	– –
aR	100 125–250 315–630	2,7 3,0 3,3

Projektowanie i budowa [17], określają tylko warunek długotrwałej obciążalności prądowej: $I_B\le I_\mathrm{n}$ . Zdaniem autora jest to niepełne wymaganie z uwagi na występowanie w liniach kablowych i napowietrznych takich samych narażeń elektrycznych oraz stosowanie takich samych zabezpieczeń jak w instalacjach niskiego napięcia. Wzór (4.25) w pełni znajduje zastosowanie również przy doborze przewodów w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia.

4.1

Dobrać przewód (kabel) do zasilania odbiornika trójfazowego o mocy $S=15\ \mathrm{kVA}$ .

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

$I_B=\dfrac{S}{\sqrt3 U_N}=\dfrac{15000}{\sqrt3\cdot 400}=21,65 \mathrm{A}$

Na tej podstawie należy przyjąć zabezpieczenie bezpiecznikiem topikowym WTN00gG32

b) wymagany przekrój przewodu na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność:

$I_B=21,65\mathrm{A}\le I_\mathrm{n}=32\mathrm{A}\le I_\mathrm{z}$

$I_\mathrm{z}\ge\dfrac{k_2\cdot I_\mathrm{n}}{1,45}=\dfrac{1,6\cdot 32}{1,45}=35,31\mathrm{A}$

Na podstawie PN–IEC 60364–5–523 należy przyjąć kabel YKYżo 5×6 mm², dla którego dopuszczalny długotrwały prąd obciążenia $I_\mathrm{z}=40\mathrm{A}\gt 35,31\mathrm{A}$ .