Internetowy Vortal tematyczny prowadzi :
sprzedaż kable i przewody elhurt-elmet
Hurtownia materiałów elektrycznych i elektrotechnicznych

ELEKTRYCZNYMETALOWY

wszystkie z działu


Internetowy Vortal informacyjny prowadzi
Hurtownia Elektryczna
ELHURT-ELMET Społka z o. o.

15-501 Białystok
ul. Baranowicka 115

tel. 85-732-91-36
fax 85-740-36-77

e-mail:
sklep@elinfo.pl

sprawdź jak dojechać

Skąd się o nas dowiedziałeś?
Dziękujemy z gory za udział w ankiecie.

Obciążalność prądowa długotrwała obwodów złożonych z grup przewodów

2011-03-30
Często w instalacjach elektrycznych przewody na pewnej długości są ułożone bezpośrednio obok siebie (stykają się ze sobą). Wówczas ciepło wytworzone w jednym z przewodów powoduje wzrost wartości temperatury w przewodach sąsiednich. Może to doprowadzić do wystąpienia w nich temperatury wyższej od dopuszczalnej długotrwale, a to z kolei może prowadzić do zmiany właściwości materiałów wykorzystanych do budowy przewodu, a co za tym idzie – do skrócenia rzeczywistego czasu jego eksploatacji. Dlatego w przypadku, gdy przewody ułożone są bezpośrednio obok siebie, istnieje konieczność zmniejszenia ich obciążalności prądowej długotrwałej, a przez to ograniczenie ciepła wytwarzanego w obciążonych żyłach poszczególnych przewodów.

W praktyce występują dwa sposoby ułożenia przewodów bezpośrednio obok siebie. Po pierwsze, przewody mogą być ułożone tak, że przekrój poprzeczny powstałej wiązki ma kształt zbliżony do prostokąta (układ wielowarstwowy). Drugim sposobem ułożenia przewodów jest układ, którego przekrój poprzeczny zbliżony jest do koła. W artykule przedstawiona zostanie analiza porównawcza obciążalności prądowej długotrwałej przewodów, w zależności od budowy utworzonego przez nie układu.

Obciążalność prądowa długotrwała przewodu odosobnionego

Wartość prądu dopuszczalnego długotrwale przewodu dobiera się najczęściej na podstawie dostępnych normatywów (norm, przepisów, katalogów producentów). Najnowszą normą określającą dobór przewodów ze względów na ich obciążalność prądową długotrwałą jest norma PN-IEC 60364-5-523 2001: „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów”. Podawana jest w niej obciążalność prądowa długotrwała przewodów w zależności od ich budowy oraz sposobu ułożenia. Rozróżnia się przy tym trzy podstawowe sposoby ułożenia przewodów: w ścianie, na ścianie oraz w powietrzu.

Przewody tworzą układy wielowarstwowe lub wiązki okrągłe najczęściej, gdy są układane na podporach, drabinkach lub w korytkach instalacyjnych, co odpowiada (wg normy [1]) ułożeniu przewodów w powietrzu. Dlatego w dalszej części artykułu zostaną pominięte pozostałe sposoby układania przewodów. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów ułożonych w powietrzu zależy przede wszystkim od materiału, z jakiego wykonana została izolacja i osłona przewodu, budowy przewodu (przewód jednożyłowy lub wielożyłowy) oraz od liczby obciążonych żył.

W dalszej części artykułu analizie zostaną poddane obciążalności prądowe długotrwałe przewodów typu YDYżo (przewodów wielożyłowych o żyłach miedzianych w izolacji i osłonie polwinitowej), jako przewodów najczęściej występujących w układach rzeczywistych.

Obciążalność prądową długotrwałą przewodów można również określić na podstawie powszechnie dostępnej literatury z zakresu instalacji elektrycznych. Wartości prądów dopuszczalnych długotrwale przewodów elektrycznych przedstawione w najnowszych publikacjach (które ukazały się po 2001 r.) podane zostały najczęściej na podstawie normy PN-IEC 60364-5-523. Ponadto przedstawione w PN-IEC 60364-5-523 wartości prądów dopuszczalnych długotrwale, w zależności od sposobu ułożenia przewodów, pokrywają się z wartościami podanymi w dokumencie harmonizacyjnym CENELEC [6] dotyczącym normy IEC 364-5-523 oraz w projektach normy IEC 60364-5-52 [4, 5]. W starszej literaturze wartości obciążalności prądowej długotrwałej podawano na podstawie zarządzenia ministra górnictwa i energetyki z 1974 r., publikowanego m.in. w Przepisach budowy urządzeń elektroenergetycznych (PBUE) [2]. Często jednak autorzy sięgali po zagraniczne normy dotyczące obciążalności prądowej długotrwałej przewodów, przy czym najczęściej wykorzystywano normę niemiecką DIN VDE 0298 [3].

Przykładowe wartości prądów dopuszczalnych długotrwale przewodów wielożyłowych ułożonych w powietrzu, określone na podstawie literatury, przedstawiono w tabeli I.

TABELA I. Obciążalność prądowa długotrwała [A] przewodów wielożyłowych o izolacji polwinitowej ułożonych pojedynczo w powietrzu, o temperaturze obliczeniowej 30°C

Przekrój
znamionowy żyły
[mm2]
Obciążone trzy żyły przewodu
wielożyłowego, według:
PBUE [2] PN-IEC [1] DIN [3]
2,5 25 25 25
4 31 34 34
6 43 43 43
10 58 60 60

Analizując wartości przedstawione w tabeli można zauważyć, że obciążalności prądowe przewodów podawanych w najnowszej polskiej normie oraz normie niemieckiej są jednakowe. Wartości te są w dwóch przypadkach większe od wartości podawanych w PBUE [2] na podstawie rozporządzenia ministra z 1974 r. w sprawie doboru przewodów i kabli elektroenergetycznych do obciążeń prądem elektrycznym. Różnica ta wynika przede wszystkim ze zmian właściwości materiałów izolacyjnych, jakie dokonały się od lat 70. ub.w. do chwili obecnej.

 


 

Przy doborze przewodów na obciążalność prądową długotrwałą należy zwrócić szczególną uwagę, dla jakiej wartości obliczeniowej temperatury otoczenia podano wartości prądów dopuszczalnych długotrwale. Powszechnie bowiem używane są dwie wartości temperatur, a mianowicie 25 i 30°C. W takich przypadkach należy wartości obciążalności prądowej długotrwałej pomnożyć przez odpowiedni współczynnik temperaturowy

Przy doborze przewodów na obciążalność prądową długotrwałą należy zwrócić szczególną uwagę, dla jakiej wartości obliczeniowej temperatury otoczenia podano wartości prądów dopuszczalnych długotrwale. Powszechnie bowiem używane są dwie wartości temperatur, a mianowicie 25 i 30°C. W takich przypadkach należy wartości obciążalności prądowej długotrwałej pomnożyć przez odpowiedni współczynnik temperaturowy

IZ – poszukiwana wartość prądu dopuszczalnego długotrwale przewodu ułożonego w temperaturze otoczenia ϑo′ [A],
kT – współczynnik zmniejszający lub zwiększający obciążalność prądową długotrwałą przewodu, zaczerpnięty z literatury lub wyznaczony z zależności [8]

Przy doborze przewodów na obciążalność prądową długotrwałą należy zwrócić szczególną uwagę, dla jakiej wartości obliczeniowej temperatury otoczenia podano wartości prądów dopuszczalnych długotrwale. Powszechnie bowiem używane są dwie wartości temperatur, a mianowicie 25 i 30°C. W takich przypadkach należy wartości obciążalności prądowej długotrwałej pomnożyć przez odpowiedni współczynnik temperaturowy

przy czym:
ϑZ – temperatura dopuszczalna długotrwale przewodu,
ϑo′ – nowa wartość temperatury obliczeniowej otoczenia,
ϑo – temperatura obliczeniowa otoczenia, podana w literaturze [°C].

Zależność (1) pozwala na wyznaczenie obciążalności prądowej przewodu ułożonego w powietrzu o dowolnej temperaturze otoczenia.

 

Obciążalność prądowa długotrwała przewodów
ułożonych w układzie warstwowym

Wartości prądów dopuszczalnych długotrwale dla przewodów ułożonych w kilku stykających się ze sobą warstwach wyznaczono wykorzystując program komputerowy EMRC Nisa, a następnie zweryfikowano w badaniach laboratoryjnych [7]. Wartości prądów dopuszczalnych dla przewodów ułożonych w pojedynczej warstwie zaczerpnięto z normy PN-IEC 60364 [1]. Otrzymane w ten sposób obciążalności prądowe długotrwałe przewodów ułożonych w warstwach przedstawiono w tabeli II.

TABELA II. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów oraz współczynniki poprawkowe kZ do wyznaczania obciążalności prądowej długotrwałej przewodów ułożonych warstwowo

Liczba warstw Liczba
przewodów
w warstwie
s = 2,5 mm2 s = 4 mm2 s = 6 mm2 s = 10 mm2
IZ [A] kZ IZ [A] kZ IZ [A] kZ IZ [A] kZ
Jedna
(wg normy [1])
2  22  0,87 30
 0,87 37
 0,87  52 0,87
3  21  0,82  28  0,82  35  0,82  49  0,82
4  20  0,80  27  0,80  34  0,80  48  0,80
5 20
 0,80  27  0,80  34  0,80  48  0,80
6  20  0,79  27  0,79  34  0,79  47  0,79
7  20  0,79  27  0,79  34  0,79  47  0,79
8  20  0,78  27  0,78  34  0,78  47  0,78
9  20  0,078  27  0,78  34  0,78  47  0,78
Dwie
(wg [7])
2  17  0,68  23  0,68  29  0,67  40  0,67
3  15  0,60  20  0,59  26  0,60  36  0,60
4  14  0,56  18  0,53  25  0,58  33  0,55
5  13  0,52  17  0,50  24  0,53  31  0,52
6  13  0,52  17  0,50  24  0,53  31  0,52
7  12  0,48  17  0,50  21  0,49  30  0,50
8  12  0,48  16  0,47  21  0,48  29  0,48
9  12  0,48  16  0,47  20  0,47  29  0,48
Trzy
(wg [7])
2  16  0,64  21  0,62  27  0,63  39  0,65
3  13  0,52  18  0,53  22  0,51  32  0,53
4  11  0,44  16  0,47  21  0,49  29  0,48
5  11  0,44  15  0,44  19  0,44  26  0,43
6  10  0,40  14  0,41  18  0,42  25  0,42
7  10  0,40  14  0,41  18  0,42  25  0,42
8  10  0,40  14  0,41  17  0,40  24  0,40
9  9 0,36
 13 0,38
 17  0,40 24
 0,40

 

 


 

Poszukiwane wartości prądów dopuszczalnych długotrwale dla przewodów ułożonych wielowarstwowo uzyskano, wyznaczając maksymalną wartość prądu, który − płynąc długotrwale przez układ przewodów − nie spowodował wystąpienia w żadnym z przewodów temperatury wyższej od dopuszczalnej długotrwale. W tabeli tej umieszczone zostały również współczynniki poprawkowe kZ do obliczania obciążalności prądowej przewodów ułożonych warstwowo, wyznaczone zgodnie z zależnością

W tabeli tej umieszczone zostały również współczynniki poprawkowe kZ do obliczania obciążalności prądowej przewodów ułożonych warstwowo, wyznaczone zgodnie z zależnością

gdzie:
IZw – obciążalność prądowa długotrwała przewodów ułożonych warstwowo,
IZ – obciążalność prądowa długotrwała odosobnionego przewodu ułożonego w powietrzu (przyjęta zgodnie z [1] – tab. I).

Wartość współczynnika zmniejszającego obciążalność prądową długotrwałą przewodów ułożonych w powietrzu, w zależności od sposobu ułożenia przewodów oraz liczby przewodów

Wartość współczynnika zmniejszającego obciążalność prądową długotrwałą przewodów ułożonych w powietrzu, w zależności od sposobu ułożenia przewodów oraz liczby przewodów

Współczynniki kZ należy zastosować do obciążalności prądowej długotrwałej pojedynczych przewodów wielożyłowych (przy obciążonych trzech żyłach przewodu) ułożonych w powietrzu, przedstawionych w PN-IEC 60364-5-523, przy czym wartości współczynników bez uwzględnienia przekroju znamionowego żył przewodów podano w tabeli III.

Wartości współczynników poprawkowych do wyznaczania obciążalności prądowej długotrwałej przewodów (tab. III), ułożonych w dwóch stykających się ze sobą warstwach, są większe (w zależności od liczby przewodów w warstwie) od 6 do 27% (przy założeniu jednakowej liczby przewodów w poszczególnych warstwach) od wartości współczynników dla układu trójwarstwowego.

Wartości współczynników zmniejszających obciążalność prądową długotrwałą przewodów ułożonych w pojedynczej warstwie jest większa o ok. 50% od obciążalności prądowej układu dwuwarstwowego i o ok. 80% od obciążalności układu złożonego z trzech warstw przewodów. Różnica ta wynika przede wszystkim z lepszych, dla układu jednowarstwowego (w porównaniu z układem wielowarstwowym), warunków oddawania ciepła do otoczenia.

Obciążalność prądowa długotrwała przewodów
ułożonych w wiązce okrągłej

Wartości prądów dopuszczalnych długotrwale dla przewodów ułożonych w wiązkach o kołowym przekroju poprzecznym będą (podobnie jak dla układów wielowarstwowych) znacznie mniejsze niż dla przewodów odosobnionych. Wynika to przede wszystkim z pośredniego nagrzewania przewodu (przewodów) ułożonego wewnątrz wiązki, w wyniku przepływu prądu przez żyły przewodów go otaczających. Ponadto w takich przewodach jest ograniczona możliwość oddawania do otoczenia ciepła wytworzonego w obciążonych żyłach, w wyniku konwekcji swobodnej.

Wartości prądów dopuszczalnych długotrwale dla przewodów ułożonych w wiązkach o kołowym przekroju poprzecznym przedstawiono w tabeli IV (na podstawie normy PN-IEC 60364-5-523 [1]).

 


 

Analiza porównawcza obciążalności prądowej długotrwałej
przewodów ułożonych warstwowo i w wiązce okrągłej

analizy wartości współczynników zmniejszających obciążalność prądową długotrwałą przewodów ułożonych w wiązce okrągłej (tab. IV) oraz przewodów ułożonych w układach warstwowych (tab. III) wynika podobieństwo między wartościami współczynników podanymi w normie a wartościami wyznaczonymi dla układów dwu- i trzywarstwowych. Współczynniki zmniejszające podane w normie dla wiązek złożonych z nie więcej niż 11 przewodów są zbliżone wartością do współczynników poprawkowych kZ wyznaczonych dla przewodów ułożonych w dwóch stykających się ze sobą warstwach, przy czym wartości te są w każdym przypadku większe dla układu dwuwarstwowego.

TABELA III. Współczynniki poprawkowe do obliczeń obciążalności prądowej długotrwałej przewodów ułożonych wielowarstwowo, bez uwzględnienia przekrojów żył, wyznaczone w oparciu o badania laboratoryjne

Liczba
warstw
Liczba przewodów w warstwie
2 3 4 5 6 7 8 9
1 0,87 0,82 0,80 0,80 0,79 0,79 0,78 0,78
2 0,67 0,60 0,54 0,51 0,51 0,49 0,48 0,47
3 0,63 0,52 0,45 0,44 0,41 0,41 0,40 0,37

 

TABELA IV. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów oraz współczynniki poprawkowe kZ do wyznaczania obciążalności prądowej długotrwałej przewodów ułożonych w wiązce o kołowym przekroju poprzecznym

Liczba
przewodów
tworzących wiązkę
s = 2,5 mm2 s = 4 mm2 s = 6 mm2 s = 10 mm2
IZ [A] kZ IZ [A] kZ IZ [A] kZ IZ [A] kZ
 2  20 0,80
 27 0,80  34 0,80
 48 0,80
 3  18  0,70  24  0,70  30  0,70  42  0,70
 4  16  0,65  22  0,65  28  0,65  39  0,65
 5  15  0,60  20  0,60  26  0,60  36  0,60
 6  14  0,57  19  0,57  25  0,57  34  0,57
 7  14  0,54  18  0,54  23  0,54  32  0,54
 8  13  0,52  18  0,52  22  0,52  31  0,52
 9  13  0,50  17  0,50  22  0,50  30  0,50
 12 11
 0,45  15  0,45  19  0,45  27  0,45
 16 10  0,41  14  0,41  18  0,41  25  0,41
 20 10
 0,38 13
 0,38 16
 0,38 23
 0,38

Jeżeli liczba przewodów ułożonych obok siebie w wiązce o przekroju kołowym jest większa od 11, wówczas współczynniki zmniejszające obciążalność prądową długotrwałą takich przewodów są zbliżone wartością do współczynników kZ wyznaczonych dla przewodów ułożonych w układzie trzywarstwowym. Przykładowe wartości współczynników zmniejszających obciążalność prądową długotrwałą przewodów ułożonych w wiązce okrągłej oraz w układzie jedno-, dwu- i trzywarstwowym przedstawiono na rysunku.

Wartości współczynników zmniejszających obciążalność prądową długotrwałą przewodów ułożonych w wiązce okrągłej oraz w układzie wielowarstwowym zależą od liczby przewodów tworzących wiązkę (układ), a co za tym idzie − od struktury wewnętrznej danego układu. Dla wiązek złożonych z nie mniej niż 12 przewodów ułożonych tak, że przekrój wiązki ma kształt zbliżony do kołowego, o obciążalności prądowej długotrwałej decyduje obciążalność przewodu (przewodów) znajdujących się najbliżej środka wiązki.

Z analogicznym zjawiskiem mamy do czynienia w przewodach ułożonych w trzech stykających się ze sobą warstwach, przy ułożeniu co najmniej czterech przewodów w warstwie. W takich układach (w odróżnieniu od układów złożonych z mniejszej liczby przewodów) występuje ograniczony wpływ na wartość prądu dopuszczalnego długotrwale współczynnika oddawania ciepła z powierzchni zewnętrznej układu (wiązki) przewodów do otoczenia.


 

Podsumowanie

Reasumując powyższe rozważania, najwyższą wartość prądu, jaki może płynąć długotrwale przez grupę przewodów stykających się ze sobą (a przez to wartość współczynnika zmniejszającego kZ najbliższą jedności), uzyskuje się poprzez ułożenie przewodów w pojedynczej warstwie. Jeżeli takie ułożenie nie jest w praktyce możliwe (np. z powodu niewystarczającej ilości miejsca na wykonanie instalacji elektrycznej), należy przewody układać w dwóch warstwach. Ułożenie przewodów w trzech warstwach lub w wiązce o przekroju poprzecznym zbliżonym do koła powoduje bowiem duże (średnio o ok. 60%) ograniczenie obciążalności prądowej długotrwałej w stosunku do układu jednowarstwowego.

 

Autor

Dr inż. Zbigniew Skibko

Wydział Elektryczny Politechniki Białostockiej

Literatura


[1] PN-IEC 60364-5-523:2001 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów
[2] Przepisy budowy urządzeń elektroenergetycznych. Wydawnictwo Przemysłowe WEMA, Warszawa 1997
[3] DIN VDE 0298 Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen. Teil 4: Empfohlene Werte für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in Gebäuden und von flexiblen Leitungen, Beuth Verlag, Berlin 1998
[4] IEC 60364-5-52, Ed. 3.0:2002 Electrical installations of buildings. Selection and erection of electrical equipment – Wiring systems. Dokument IEC nr 64/1266/CD
[5] IEC 60364-5-52, Ed. 3.0:2007 Low-voltage electrical installations. Selection and erection of electrical equipment – Wiring systems. Dokument IEC nr 64/1575/CD
[6] HD 384.5.523. S1:2001 Electrical installation, wiring system, current carrying capacities. Harmonization Document CENELEC
[7] Skibko Z.: Obciążalność prądowa przewodów ułożonych wielowarstwowo. Rozprawa doktorska, Politechnika Białostocka 2008
[8] Skibko Z.: Wpływ temperatury granicznej dopuszczalnej długotrwale i temperatury otoczenia na obciążalność prądową długotrwałą przewodów. Wiadomości Elektrotechniczne 2006 nr 9

 

elektroonline_pl






wszystkie z działu



wszystkie z działu



wszystkie z działu


ELHURT-ELMET Spółka z o.o.
ul. Baranowicka 115 | 15-501 Białystok
tel. 085-732-91-36 | fax 085-740-36-77

Jak się o nas dowiedziałeś








Informacje o firmie       |       Regulamin       |       Mapa serwisu       |       Kontakt