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		 –
–
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 \(I_\mathrm{z}=40\mathrm{A}\gt 35,31\mathrm{A}\).