Ad 3.) Dobór zabezpieczeń przewodów oraz ich koordynacja

Obwód zasilania odbiornika musi być chroniony przed cieplnymi skutkami przepływu

prądu przetężeniowego (przeciążeniowego lub zwarciowego). Jako zabezpieczenia

nadprądowe w budownictwie mieszkaniowym stosuje się najczęściej:

– bezpieczniki instalacyjne (w złączu bezpieczniki mocy), nie zapewniają one

jednak wystarczająco szybkiego wyłączenia, dlatego można je obecnie

stosować tylko w obwodach zasilających jako zabezpieczenie przedlicznikowe

(rys.1.);

– wyłączniki automatyczne (wkręcane), stosowane są w instalacji odbiorczej,

najczęściej o prądach znamionowych 10 i 16A (rys.1.);

– wyłączniki nadprądowe wyposażone w zwłoczny wyzwalacz termiczny

(bimetalowy) – przeciążenia, oraz w bezzwłoczny wyzwalacz

elektromagnetyczny – zwarcia, najczęściej stosowane w instalacjach

domowych są wyłączniki jednobiegunowe o prądach znamionowych 10 lub

16A, wyjątek stanowią odbiorniki większej mocy np. kuchnie elektryczne

(rys.2. i tab.1.);

Wyłączniki instalacyjne nadprądowe o charakterystyce B służą do zabezpieczania obwodów

zasilających urządzenia oświetleniowe, obwody gniazd wtykowych oraz urządzenia grzejne.

Wyłączniki instalacyjne o charakterystyce C służą do zabezpieczania obwodów zasilających niewielkie

silniki (o mocach do kilku kW), natomiast o charakterystyce D do zabezpieczania obwodów

zasilających duże silniki, zatem w instalacjach mieszkaniowych raczej nie występują.

Rysunek 1. Z prawej strony wyłącznik automatyczny przystosowany do wkręcania w gniazdo

bezpiecznika topikowego, z lewej – wkładki bezpieczników topikowych.

Rysunek 2. Wyłącznik

nadprądowy

firmy

Legrand Fael.

Tabela 1. Przykładowe wyłączniki nadprądowe do instalacji domowych.

Sprawdzenie przekrojów przewodów ze względu na cieplne działanie prądów

przeciążeniowych.

Prąd znamionowy zabezpieczenia nadprądowego (

) jest to prąd znamionowy

ciągły urządzenia zabezpieczającego ( w urządzeniach mających możliwość regulowania

wartości prądu, jest to prąd nastawiony). Powinien on być dobrany z uwzględnieniem prądu

obciążenia obwodu zabezpieczanego (

) oraz obciążalności prądowej długotrwałej

(

) żył przewodu zasilającego dany obwód.

N

I

B

I

(

Z

Z

I

I

′

)

Prąd zadziałania zabezpieczenia nadprądowego (

) jest to najmniejsza wartość

prądu, która niezawodnie wywołuje zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego (ew. jego

członu przeciążeniowego) w określonym czasie. Wartość prądu lub krotność (

) konieczną

do jego określenia podaje producent w danych katalogowych.

2

I

2

k

Warunki koordynacji zabezpieczeń:

(1)

( )

Z

Z

N

B

I

I

I

I

′

≤

≤

Obciążalność długotrwała przewodu

(

powinna być nie mniejsza niż prąd znamionowy lub prąd

nastawczy

urządzenia zabezpieczającego przed przeciążeniem, a on z kolei – aby zapobiec

zbędnym zadziałaniom – powinien być nie mniejszy niż obliczeniowy prąd szczytowy obwodu

.

)

Z

I

(

N

I

)

( )

B

I

(2)

( )

Z

Z

I

I

I

′

≤ 45

,

1

2

N

I

k

I

2

2

=

Prąd przeciążeniowy o wartości

, przy której przyrost temperatury przewodu ustala się na

poziomie dwukrotnie większym od dopuszczalnego długotrwale, powinien wywoływać zadziałanie

nadprądowego zabezpieczenia obwodu.

(

Z

I

⋅

45

,

1

)

gdzie:

–

prąd znamionowy urządzenia zabezpieczającego

N

I

–

prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego

2

I

2

k

–

krotność prądu zadziałania urządzenia zabezpieczającego w stosunku do jego

prądu znamionowego (nastawionego) – podawany przez producenta

dla

wkładek topikowych (bezpieczniki) :

)

1

,

2

6

,

1

(

2

÷

=

k

dla

wyłączników instalacyjnych :

45

,

1

2

=

k

UWAGA! Powyższe wartości współczynnika (

) są jedynie wartościami orientacyjnymi. Dla

konkretnych urządzeń zabezpieczających należy korzystać z danych zawartych w katalogu.

2

k

Sprawdzenie przekrojów przewodów ze względu na cieplne działanie prądów

zwarciowych

Zgodnie z wymaganiami normy czas od chwili powstania zwarcia do chwili przerwania

prądu zwarciowego powinien być na tyle krótki, aby temperatura żył przewodów nie była

wyższa niż wartość graniczna dopuszczalna przy zwarciu dla danego typu przewodów. Czas

ten nie powinien przekroczyć wartości (

), którą wyznacza się z zależności:

km

t

2

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

′′

=

k

km

I

s

k

t

gdzie :

– przekrój przewodu [ mm

s

2

]

k

I ′′

– spodziewany początkowy prąd zwarciowy [A]

km

t

– graniczny dopuszczalny czas trwania zwarcia [s]

k

– współczynnik zależny od właściwości materiałów przewodowych i

izolacyjnych danego przewodu (tab.1.)

Tabela1. Współczynnik k dla różnych rodzajów przewodów.

Rodzaj przewodu

Wartość współczynnika k

[As

1/2

/mm

2

]

Przewody o izolacji z gumy powszechnego użytku,

butylenu, polietylenu usieciowanego lub gumy

etylenowo-propylenowej :

– z

żyłami miedzianymi

– z

żyłami aluminiowymi

135

87

Przewody o izolacji z PVC :

– z

żyłami miedzianymi

– z

żyłami aluminiowymi

115

74

Warunki koordynacji:

(1)

k

W

I

I

′′

≤

(2)

km

k

t

t

≤

gdzie

:

W

I

–

zdolność wyłączalna danego urządzenia zabezpieczającego (zdolność zwarciowa)

k

t

– czas zadziałania zabezpieczenia przy danym prądzie zwarciowym, odczytywany dla
danego zabezpieczenia z jego charakterystyki czasowo-prądowej

Pozostałe oznaczenia jak wyżej.

Gdy obliczona wartość granicznego czasu trwania zwarcia jest mniejsza od 0,1s

wówczas nie powinno się już korzystać z charakterystyk czasowo-prądowych (dla wkładek

topikowych). W przypadku czasów wyłączenia prądu przez zabezpieczenie krótszych niż

10ms, należy się posłużyć całką Joule’a (

). Wyraża ona energię ograniczoną przez

bezpiecznik lub wyłącznik, jaka przepływa w obwodzie podczas zwarcia, do chwili

wyłączenia prądu zwarciowego. Energia ta powinna być mniejsza od energii równej (

) ,

jaka może być skumulowana w przewodzie, bez przekroczenia temperatury granicznej

dopuszczalnej. Uwzględniając oba przypadki warunki koordynacji można zapisać

następująco:

t

I

2

2

2

s

k

Warunki koordynacji:

(1)

k

W

I

I

′′

≤

jeżeli

]

[

1

,

0

2

s

I

s

k

t

k

km

≥

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

′′

=

jeżeli

]

[

1

,

0

2

s

I

s

k

t

k

km

<

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

′′

=

(2)

(2)

km

k

t

t

≤

t

I

s

k

2

2

2

≥

gdzie

:

t

I

2

–

wartość całki Joule’a dla danego urządzenia zabezpieczającego podawana przez

producenta lub odczytana z odpowiedniej charakterystyki dla danej wartości prądu
zwarciowego zamieszczonej w katalogu

Pozostałe oznaczenia jak wyżej.

Tabela2. Przykładowe dane katalogowe dla wyłącznika instalacyjnego serii S300 firmy Legrand Fael.

WYZNACZANIE PRĄDÓW ZWARCIOWYCH

1) Prąd początkowy przy zwarciu trójfazowym oblicza się z zależności:

k

N

f

k

Z

U

c

I

3

3

=

′′

−

gdzie :

c

– współczynnik napięciowy, dla napięcia 230/400V prądu maksymalnego (c = 1,0)

N

U

–

napięcie znamionowe (400V)

– impedancja zastępcza obwodu zwarciowego

k

Z

2

2

k

k

k

X

R

Z

+

=

przy czym :

...

2

1

+

+

+

+

=

L

L

T

Q

k

R

R

R

R

R

...

2

1

+

+

+

+

=

L

L

T

Q

k

X

X

X

X

X

gdzie:

X

R,

– poszczególne rezystancje i reaktancje elementów wchodzących w skład obwodu

zwarciowego: układu zasilania (

), transformatora (

), linii i obwodów

odbiorczych (

)

Q

Q

X

R ,

T

T

X

R ,

L

L

X

R ,

2) Prąd początkowy przy zwarciu jednofazowym oblicza się z zależności (przybliżona):

2

2

1

k

k

f

N

f

k

X

R

U

c

I

+

=

′′

−

przy czym :

...

(

24

,

1

2

2

1

1

+

+

+

+

+

+

=

PEL

L

PEL

L

T

Q

k

R

R

R

R

R

R

R

...

2

2

1

1

+

+

+

+

+

+

=

PEL

L

PEL

L

T

Q

k

X

X

X

X

X

X

X

gdzie :

c

–

współczynnik napięciowy, dla napięcia 230/400V prądu minimalnego (c = 0,95)

f

N

U

–

napięcie fazowe (230V)

X

R,

– poszczególne rezystancje i reaktancje elementów wchodzących w skład obwodu

zwarciowego: układu zasilania (

), transformatora (

), linii i obwodów

odbiorczych (

)

Q

Q

X

R ,

T

T

X

R ,

L

L

X

R ,

UWAGA! Współczynnik 1,24 uwzględnia podwyższenie temperatury i zwiększenie rezystancji

przewodów wywołane przepływem prądu zwarciowego.

WYZNACZANIE IMPEDANCJI PĘTLI ZWARCIOWEJ

Układ zasilania

Q

Q

Q

Q

kQ

N

Q

Z

X

X

R

S

U

Z

995

,

0

1

,

0

1

,

1

2

2

=

=

′′

=

υ

gdzie:

N

U

–

napięcie znamionowe [V]

kQ

S ′′

– moc zwarciowa [VA]

υ

–

przekładnia transformatora

Transformator

2

2

2

2

2

%

100

T

T

T

T

N

N

Cu

T

T

N

N

k

T

R

Z

X

S

U

P

R

S

U

u

Z

−

=

∆

=

∆

=

gdzie :

%

k

u

∆

– napięcie zwarcia transformatora [%]

Cu

P

∆

– straty mocy czynnej w uzwojeniach transformatora [W]

NT

S

– moc znamionowa transformatora [VA]

Kable i przewody instalacyjne

L

PEL

L

L

PEL

L

X

X

l

x

X

R

R

s

l

R

=

′

=

=

=

γ

gdzie :

l

– długość przewodu [m]

γ

– konduktywność materiału żył (56 dla Cu oraz 33 dla Al) [m/

Ωmm

2

]

s

– przekrój przewodu [mm

2

]

x′

– reaktancja jednostkowa [m

Ω/m] (odczytane z rysunku)