Przewody i kable



Budowa i rodzaje



Zasady oznaczania



Dobór przewodów, kabli i

szyn



Przykładowe rozwiązania



Zasady budowy linii

kablowych

1.05.21 21:28

2

Podział i określenia

Przewód – wyrób przemysłowy składający się z jednego lub kilku

skręconych drutów albo z jednej lub większej liczby żył

izolowanych bez powłoki lub w powłoce.

Kabel – wyrób przemysłowy składający się z jednej lub większej liczby

żył izolowanych, w powłoce, ewentualnie w osłonie ochronnej i

pancerzu.

Podział przewodów i kabli ze względu na przeznaczenie:

1)

Kable i przewody telekomunikacyjne

2)

Kable i przewody elektroenergetyczne

3)

Przewody nawojowe

Podział przewodów i kabli ze względu sposób izolacji i budowę:

1)

Gołe (nieizolowane)

2)

Izolowane

3)

Szynowe

4)

Szynoprzewody

1.05.21 21:28

3

Podział i określenia

1.05.21 21:28

4

Podział i określenia

Żyła kabla (przewodu) – część kabla przeznaczona do przewodzenia

prądu wykonana najczęściej z drutów miedzianych lub aluminiowych

Ze względu na kształt rozróżnia się żyły:

1)

Okrągłe o przekroju kołowym

2)

Sektorowe o przekroju w kształcie wycinka koła

Ze względu na budowę rozróżnia się żyły:

1)

Jednodrutowe

2)

Wielodrutowe

Izolacja żyły kabla (przewodu) – element konstrukcyjny służący do

odizolowania poszczególnych elementów kabla lub przewodu

między sobą oraz od elementów uziemionych. Izolację żył

najczęściej wykonuje się w postaci obwoju (izolacja papierowa

przesycona), wytłoczenia z materiału termoplastycznego (polwinit,

polietylen),

wytłoczenia

i

usieciowania

(guma,

polietylen

usieciowany).

1.05.21 21:28

5

Podział i określenia

Powłoka – szczelna warstwa metalu (ołów, aluminium, stal, miedź)

lub

materiału

niemetalicznego

(polwinit,

polietylen),

zapobiegająca przenikaniu wilgoci do żył izolowanych lub
ośrodka.

Żyła powrotna (ekran metaliczny) – warstwa przeznaczona do

przewodzenia prądu zakłóceniowego, nałożona współosiowo na
ośrodek kabla. Rozróżnia się kable o izolacji rdzeniowej (jeden
wspólny ekran dla wszystkich żył kabla) i promieniowej (każda
żyła posiada swój ekran)

Osłona ochronna – warstwa ochronna lub zespół warstw ochronnych

wytłoczonych lub nałożonych na kabel lub przewód w postaci
obwojów, czasami oplotów, chroniąca przed czynnikami
chemicznymi oraz uszkodzeniami mechanicznymi.

1.05.21 21:28

6

Zasady

oznaczani

a

przewodó

w

i kabli

1.05.21 21:28

7

Zasady oznaczania przewodów i

kabli

YDY 3x1,5 – przewód o izolacji i powłoce polwinitowej z trzema żyłami

miedzianymi jednodrutowymi o przekroju 1,5 mm

2

każda,

YAKY 4x120 – 0,6/1 kV – kabel aluminiowy, czterożyłowy o izolacji

i powłoce polwinitowej, przekrój żył 120 mm

2

, napięcie znamionowe 0,6/1

kV

YAKXS 3x70/25 – 8,7/15 kV – kabel o izolacji z polietylenu usieciowanego i

izolacji z polwinitu, trzy żyły aluminiowe o przekroju 70 mm

2

każda, żyła

powrotna
25 mm

2

, napięcie znamionowe fazowe 8,7 kV (międzyfazowe 15 kV)

Jeżeli po liczbie i przekroju żył występują oznaczenia literowe to oznaczają:
RE

- żyła okrągła jednodrutowa

RM

- żyła okrągła wielodrutowa

RMC - żyła okrągła wielodrutowa zagęszczona
SE

- żyła sektorowa jednodrutowa

SM

- żyła sektorowa wielodrutowa

1.05.21 21:28

8

Przykład budowy kabla

XRUHAKXS

1.

Żyła robocza aluminiowa,

2.

Ekran żyły,

3.

Izolacja XLPE,

4.

Ekran izolacji,

5.

Uszczelnienie wzdłużne,

6.

Żyła powrotna z drutów i taśmy Cu,

7.

Uszczelnienie wzdłużne i promieniowe z taśmy
Al.,

8.

Powłoka polietylenowa

1.05.21 21:28

9

Przykład budowy kabla

XnRUHKXS+Pb

1.

Żyła robocza, miedziana

2.

Wytłaczany ekran żyły,
polietylen półprzewodzący

3.

Izolacja XLPE, super czysty
polietylen

4.

Wytłaczany ekran izolacji,
polietylen półprzewodzący

5.

Uszczelnienie wzdłużne, taśma
półprzewodząca puchnąca pod
wpływem wilgoci

6.

Żyła powrotna, druty i taśma Cu

7.

Uszczelnienie wzdłużne, taśma
półprzewodząca

8.

Wytłaczana powłoka, stop ołowiu

9.

Powłoka antykorozyjna, taśma z
tworzywa sztucznego

10.

Powłoka zewnętrzna, czerwona,
polietylen uniepalniony

1.05.21 21:28

1
0

Dobór przewodów i kabli

Kryteria doboru:



Napięcie znamionowe i częstotliwość systemu



Miejsce i sposób ułożenia



Oczekiwane obciążenia prądowe



Dopuszczalny spadek napięcia



Wartości prądów zwarciowych i czas trwania zwarcia



Asymetria obciążenia w układzie trójfazowym



Sposób wykonania ochrony przeciwporażeniowej



Spodziewane narażenia mechaniczne



Układ połączeń sieci względem ziemi (TN, TT, IT)



Zagrożenie pożarowe



Najniższa i najwyższa spodziewana temperatura w pomieszczeniu



Obecność cieczy, par i gazów żrących i innych czynników

szkodliwych

1.05.21 21:28

1
1

Dobór przewodów i kabli

Warunki środowiskowe wyznaczają określony typ kabla (przewodu)

i sposób ochrony mechanicznej.

Warunki techniczne ustalają znamionowe napięcie i przekrój.
Kolejność postępowania przy wyznaczaniu przekroju jest następująca:

1.

Wyznacza się przekrój ze względu na obciążalność prądową
długotrwałą

2.

Sprawdza się, czy dobrany przekrój jest wystarczający ze względów
mechanicznych

3.

Sprawdza się, czy spadki napięcia nie będą większe niż wartości
graniczne dopuszczalne

4.

Sprawdza się, czy dobrane przekroje są wystarczające ze względu
na cieplne działanie prądów przeciążeniowych i zwarciowych

5.

Sprawdza się skuteczność ochrony przeciwporażeniowej

1.05.21 21:28

1
2

Dobór przewodów i kabli

1.

Obciążalność prądowa długotrwała (I

z

) – największa

wartość skuteczna prądu o stałej wartości, przepływającego
długotrwale przez przewód o określonym przekroju
i konstrukcji, pozostający w określonej standardowej
temperaturze otoczenia 

o

i ustalonych warunkach

chłodzenia, który powoduje nagrzanie przewodu do
temperatury granicznej dopuszczalnej długotrwale.

I

z

 I

B

gdzie:
I

z

– obciążalność prądowa długotrwała

I

B

– prąd obliczeniowy

1.05.21 21:28

1
3

Dobór przewodów i kabli

2.

Wytrzymałość mechaniczna

Rodzaje i sposób układania przewodów

S

min

[mm

2

]

Cu

Al

I. Przyłącza

Napowietrzn

e

Przewody gołe na

izolatorach przy

rozpiętości przęseł

do 35 m

6

16

35 do 80

m

10

25

Przewody kabelkowe na lince nośnej

4

---

Kablowe

4

6

1.05.21 21:28

1
4

Dobór przewodów i kabli

2.

Wytrzymałość mechaniczna – cd.

Rodzaje i sposób układania przewodów

S

min

[mm

2

]

Cu

Al

II. Wewnętrzne linie zasilające i ich odgałęzienia

Przewody izolowane o napięciu

znamionowym nie niższym niż 750 V w

rurkach, przewody typu Pa, KGao, kable i

inne – przy liczbie zasilanych instalacji

odbiorczych

1 lub 2

2,5

4

> niż 2

4

6

1.05.21 21:28

1
5

Dobór przewodów i kabli

2.

Wytrzymałość mechaniczna – cd.

Rodzaje i sposób układania przewodów

S

min

[mm

2

]

Cu

Al

III. Urządzenia odbiorcze

Przewody do odbiorników przenośnych użytku

domowego

0,75

----

Przewody do przenośnych i ruchomych odbiorników

przemysłowych

1

----

Przewody izolowane w rurkach, przewody

płaszczowe, kabelkowe i wtynkowe

1

----

1.05.21 21:28

1
6

Dobór przewodów i kabli

3.

Dopuszczalny spadek napięcia



Dla obwodów jednofazowych



Dla obwodów trójfazowych

W przypadku linii kablowych nn lub instalacji wykonanych w rurkach,

o przekroju żył nie większym niż 50 mm

2

Cu lub 70 mm

2

Al.,

rezystancje są ponad czterokrotnie większe od reaktancji i
możemy przyjąć:



Dla obwodów jednofazowych



Dla obwodów trójfazowych

)

sin

X

cos

R

(

I

U

U

B

Nf

%











200

)

sin

X

cos

R

(

I

U

U

B

N

%













100

3

2

%

min

2

%

200

200

Nf

Nf

U

U

Pl

S

SU

Pl

U















2

%

min

2

%

100

100

N

N

U

U

Pl

S

SU

Pl

U















1.05.21 21:28

1
7

Dobór przewodów i kabli

4.

Cieplne działanie prądów przeciążeniowych
i zwarciowych



Określamy temperaturę żyły w chwili zwarcia



Określamy temperaturę graniczną dopuszczalną przy zwarciu



Wyznaczamy gęstość prądu zwarciowego jednosekundowego
A/mm

2



Określamy minimalny przekrój żyły dla:

•

przewodów gołych: dla t

k

> 1 s

lub S



S

min

gdzie

gdzie:

S

th

- gęstość prądu zwarciowego [A/mm

2

]

S

th1

- gęstość prądu zwarciowego 1-sekundowego

k

th

th

th

t

S

S

I

S

1

1





k

th

th

min

t

S

I

S

1



1.05.21 21:28

1
8

Dobór przewodów i kabli

•

przewodów izolowanych:

gdzie k - współczynnik równy największej dopuszczalnej 1-sekundowej

gęstości prądu z uwzględnieniem materiału żyły i rodzaju izolacji.

k

t

I

S

k

th

min



Rodzaj przewodu

k [As

1/2

/mm

2

]

Przewodu o izolacji z gumy i polietylenu

usieciowanego z żyłami:

•

Miedzianymi Cu

•

Aluminiowymi Al

Przewodu o izolacji z PCV z żyłami:

•

Miedzianymi Cu

•

Aluminiowymi Al

135

87

115

74

1.05.21 21:28

1
9

Dobór szyn –

praca

normalna

1.

Obciążalność prądem ciągłym

I

dd

 I

rmax

lub dla położenia innego niż pionowe:

I

dd

k  I

rmax

Wartości współczynnika k

Liczba szyn

pojedynczyc

h

Szerokość

szyny h [mm]

Grubość

szyny b

[mm]

Wartość współ. k dla szyn

malowanyc

h

niemalowany

ch

1

< 50

5

0,95

0,90

 50

5 i 10

0,90

0,85

2

50  120

5 i 10

0,85

0,80

1.05.21 21:28

2
0

Dobór szyn

– praca

zakłóceniowa

2.

Cieplne działanie prądu zwarciowego:

S  S

min

gdzie

k

th

th

min

t

S

I

S

1



Zależność znamionowej gęstości prądu jednosekundowego S

th1

od temperatury dla

przewodów miedzianych i stalowych (a) oraz aluminiowych, aluminiowo-stalowych i ze

stopów aluminiowych (b).

1.05.21 21:28

2
1

Dobór szyn

– wytrzymałość

mechaniczna

3.

Wytrzymałość mechaniczna



m

+ 

s

 

dop

= qR

p0,2

oraz



s

 R

p0,2



m

- naprężenia pomiędzy przewodami różnych faz



s

- naprężenia pomiędzy przewodami tej samej fazy

q

- wsp. zależny od kształtu przekroju szyny (dla szyn prostokątnych q = 1,5)

R

p0,2

- naprężenie równe granicy plastyczności materiału

gdzie:

l – odległość między podporami [m]; a – odległość między osiami przewodów [m];

l

s

– odległość między przekładkami [m]; a

s

– odległość między osiami przewodów

składowych [m]; Z – wskaźnik wytrzymałości przewodu [cm

3

];  – wsp. zależny od sposobu

zamocowania przewodu; V



,V

s

, V

r

– współczynniki zależne od stosunku częstotliwości

drgań własnych do częstotliwości sieciowej (jeżeli f

c

/f<0,5 to V



= V

s

= V

r

= 1)

Z

l

F

V

V

m

r

m

8









s

s

s

r

s

s

Z

l

F

V

V

16



 

a

l

i

,

F

p

m

2

174

0



s

s

p

s

a

l

n

i

,

F

2

2

0





















n

s

s

s

s

a

k

a

2 1

1

1

1.05.21 21:28

2
2

Dobór szyn

– współczynniki V

F

, V



,

V

r

Zależność współczynników V

F

, V



i

V

s

od ilorazu f

c

/f w przypadkach

zwarć:
1

–

trójfazowych;

2

–

dwufazowych;
3 – dwu- i trójfazowe

Zależność współczynnika V

r

od

ilorazu f

c

/f dla różnych czasów

trwania przerwy beznapięciowej t

u

w cyklu SPZ

1.05.21 21:28

2
3

Dobór szyn –

dane

materiałów

Wybrane dane techniczne materiałów stosowanych na szyny

1.05.21 21:28

2
4

Dobór szyn –

współczynniki ,

, 

Wartości współczynników , , 

1.05.21 21:28

2
5

Dobór szyn –

wskaźnik

wytrzymałości Z

Wzory do obliczania wskaźników wytrzymałości Z

1.05.21 21:28

2
6

Dobór szyn

– częstotliwość drgań

własnych

Współczynniki k

1s

do określenia obliczeniowego odstępu między osiami

przewodów a

s

1.05.21 21:28

2
7

Dobór szyn

– częstotliwość drgań

własnych

Ogólnie częstotliwość drgań własnych
f

c

:

gdzie:

 – wsp. zależny od sposobu
zamocowania
E – moduł Younga [N/mm

2

]

J – moment bezwładności (J = 0,5
cm

4

)

m’ – masa jednostkowa przewodu
[kg/m]
l – odległość między izolatorami [m]

Dla przewodów wielokrotnych:

gdzie

przy braku przekładek c = 1, w
pozostałych

przypadkach

odczytujemy z wykresów obok.

'

m

EJ

l

f

c

2





o

c

cf

f 

s

s

o

'

m

EJ

l

f

2





f

c

/f 

1,7

oraz

f

c

/f 

2,4

1.05.21 21:28

2
8

Dobór szyn –

obciążalność

prądowa Cu

Rodzaj

szyny

Przekrój

[mm

2

]

Masa

Jednostkowa

[kg/m]

Obciążalność długotrwała szyn Cu

[A]

Malowanych

Niemalowanych

Liczba szyn

Liczba szyn

1

2

1

2

P 15x3

45

0,40

225

-

200

-

P 20x3

60

0,53

300

-

270

-

P 25x3

75

0,67

365

-

330

-

P 30x3

90

0,80

430

-

390

-

P 40x5

200

1,78

735

1220

660

1100

P 50x5

250

2,23

855

1470

770

1320

P 60x5

300

2,67

1010

1710

910

1540

P 80x5

400

3,56

1300

2200

1170

1980

P 60x10

600

5,34

1470

2550

1320

2300

P 80x10

800

7,12

1890

3200

1700

2900

P 100x10

1000

8,90

2300

3800

2050

3400

P 120x10

1200

10,68

2700

4300

2450

3900

1.05.21 21:28

2
9

Dobór szyn –

obciążalność

prądowa Al

Rodzaj

szyny

Przekrój

[mm

2

]

Masa

Jednostkowa

[kg’m]

Obciążalność długotrwała szyn Al

[A]

Malowanych

Niemalowanych

Liczba szyn

Liczba szyn

1

2

1

2

AP 15x3

45

0,122

180

-

135

-

AP 20x3

60

0,162

240

-

185

-

AP 25x3

75

0,202

290

-

220

-

AP 30x3

90

0,243

345

-

260

-

AP 40x5

200

0,540

590

975

450

780

AP 50x5

250

0,675

685

1180

520

945

AP 60x5

300

0,810

810

1370

615

1100

AP 80x5

400

1,080

1040

1750

790

1400

AP 60x10

600

1,620

1180

2050

900

1650

AP 80x10

800

2,160

1510

2550

1150

2050

AP

100x10

1000

2,700

1840

3050

1400

2450

AP

120x10

1200

3,240

2150

3450

1640

2750

1.05.21 21:28

3
0

Dobór izolatorów

1.

Typ izolatora (napowietrzny, wnętrzowy, wsporczy, przepustowy itd.)

2.

Napięcie znamionowe

•

Sieci z izolowanym punktem zerowym:

U

Ni

 U

Ns

•

Sieci z uziemionym punktem zerowym:

U

ni

 0,8U

Ns

3.

Znamionowa droga upływu izolatorów napowietrznych: l

NI

 l

min

=

l

1um

U

Ns

•

Izolatory stacyjne wsporcze SN:

l

ium

= 2 cm/kV - I strefa

zabrudzeniowa
l

ium

= 3 cm/kV - II i III strefa zabrudzeniowa

•

Izolatory linii 110 kV i 220 kV:

l

ium

= 1,73 cm/kV - I strefa

zabrudzeniowa
l

ium

= 2,45 cm/kV - II i III strefa zabrudzeniowa

4.

Krytyczne napięcie ulotu [kV]

gdzie:

p – wsp. zależny od stanu powierzchni przewodu (p = 0,83 – 0,87)

r – promień przewodu [cm]

a – odległość między przewodami [cm]

r

a

lg

pr

U

cr

84



1.05.21 21:28

3
1

Dobór izolatorów cd.

5.

Wytrzymałość mechaniczna:

F’

dyn

< F

dop

gdzie

Klasy wytrzymałości (F

dop

)

O – 2 kN
A – 4 kN
B – 8 kN

gdzie

C – 12 kN
D – 30 kN
lub np. P4, P8

k

b

– wsp. bezpieczeństwa (k

b

=

0,6)

a

l

i

,

F

p

m

2

174

0



i

f

b

dyn

'

dyn

h

h

k

F

F



m

r

F

dyn

F

V

V

F



