5/2.3 Dimenzovanie podľa dovolenej prúdovej zaťažiteľnosti

Transcript

1 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 1 5/2.3 Dimenzovanie podľa dovolenej prúdovej zaťažiteľnosti Dimenzovanie podľa dovolenej prúdovej zaťažiteľnosti principiálne vychádza z dovolenej prevádzkovej teploty jadier vodičov, keď sa nepraktické počítanie s teplotami nahrádza pohodlnejším počítaním s prúdmi. Podmienky odvodu tepla sa vyjadrujú prostredníctvom prepočítavacích koeficientov. Pri dimenzovaní podľa dovolenej prúdovej zaťažiteľnosti sú dôležité tieto definície: Menovitá prúdová zaťažiteľnosť (menovitý prúd I n ) - je najväčší dovolený prúd pre daný typ a prierez vodiča alebo kábla pri základnom spôsobe uloženia a pri splnení základných podmienok tak, že teplota jadra neprekročí I dov. Dovolená prúdová zaťažiteľnosť (dovolený prúd I dov ) - je maximálny dovolený prúd pre daný typ a prierez vodiča alebo kábla, pri ktorom nie sú splnené stanovené základné podmienky. Hodnoty menovitej prúdovej zaťažiteľnosti I n pre konkrétny druh a prierez vodiča alebo kábla udávajú výrobcovia v katalógových listoch vo forme tabuliek. Tabuľky I n platia pri týchto základných podmienkach: trvalé zaťaženie vodiča (zaťaženie, ktoré trvá 4 5 násobok časovej konštanty prakticky 2h) pri 4 5 žilových silových vodičoch sa predpokladá zaťaženie len 3 žíl vodiče uložené v zemi, v hĺbke asi 70 cm, teplota zeme 20 C, merný odpor zeme 0,7 C.m.W -1 vodiče uložené jednotlivo, vodorovne, v pokojnom vzduchu s teplotou: 90 C teplovzdorné vodiče so sklenou izoláciou 45 C teplovzdorné vodiče s gumovou izoláciou 30 C ostatné vodiče izolované aj holé Hodnoty menovitej prúdovej zaťažiteľnosti Viac voľne zoskupených vodičov a káblov musí spĺňať podmienku dostatočnej vzájomnej vzdialenosti, najmenej však 35 mm vo všetkých smeroch. Hodnoty dovolených prúdov závisia od spôsobu uloženia. Spôsoby uloženia káblov a vodičov definuje norma STN a sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

2 str. 2 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Spôsoby uloženia káblov a vodičov Príklady Označenie Ekvivalentné spôsoby uloženia A izolované vodiče v rúrkach v izolačnej stene alebo v uzavretých drážkach viacžilové káble uložené priamo v izolačnej stene viacžilové káble v rúrke v izolačnej stene B izolované vodiče v lištách na stene izolované vodiče v rúrkach na stene, vzdialenosť medzi rúrkou a stenou je menšia ako 0,3 násobok priemeru rúrky izolované vodiče v rúrkach vo vetraných drážkach izolované vodiče, káble jedno- alebo viacžilové v rúrkach alebo dutinkách (kanáloch) v murive C káble na stene, pričom vzdialenosť kábla od steny je menej ako 0,3 násobok priemeru kábla káble uložené úplne v murive káble v otvorených alebo vetraných drážkach káble na povrchu stropu alebo podlahy D káble uložené v rúrkach v zemi káble uložené priamo v zemi

3 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 3 Príklady Označenie Ekvivalentné spôsoby uloženia E káble uložené voľne vo vzduchu, pričom vzdialenosť kábla od stany je viac ako 0,3 násobok priemeru kábla F1 tri jednožilové vodiče tesne zoskupené do trojuholníka, uložené na vzduchu vo vzdialenosti od steny väčšej ako 0,3 násobok priemeru jedného vodiča F2 dva jednožilové vodiče tesne zoskupené nad sebou alebo vedľa seba, uložené na vzduchu vo vzdialenosti od steny väčšej ako 0,3 násobok priemeru jedného vodiča F3 tri jednožilové vodiče tesne zoskupené nad sebou alebo vedľa seba, uložené na vzduchu vo vzdialenosti od steny väčšej ako 0,3 násobok priemeru jedného vodiča G1 tri jednožilové vodiče nad sebou, uložené na vzduchu vo vzdialenosti od steny a medzi sebou väčšej ako 0,3 násobok priemeru jedného vodiča G2 tri jednožilové vodiče vedľa seba, uložené na vzduchu vo vzdialenosti od steny a medzi sebou väčšej ako 0,3 násobok priemeru jedného vodiča V nasledujúcich tabuľkách sú uvedené hodnoty dovoleného prúdu vodičov a káblov pri uložení vo vzduchu a v zemi.

4 str. 4 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Dovolený prúd (A) vodičov a káblov pri uložení na vzduchu Spôsob uloženia 1) Počet zaťažených vodičov a druh izolácie 2) A 3 x PVC 2 x PVC 3 x PRC 2 x PRC B 3 x PVC 2 x PVC 3 x PRC 2 x PRC C 3 x PVC 2 x PVC 3 x PRC 2 x PRC Prierez (mm 2 ) MEĎ HLINÍK 1 10, ,5 14, , ,5 15, , , , ,5 9, ,5 15 1, ,5 17,5 19 2,5 16, , Poznámky: 1) Spôsob uloženia 2) PVC = polyvinylchlorid, PRC = zosietený polyetylén

5 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 5 Dovolený prúd (A) vodičov a káblov pri uložení v zemi Počet zaťažených vodičov a druh izolácie 1) Prierez (mm 2 ) 2 x PVC 3 x PVC 2 x PRC 3 x PRC 2,5 K.m/W 0,7 K.m/W 2,5 K.m/W 0,7 K.m/W 2,5 K.m/W 2,5 K.m/W 1, , , ,5 2, MEĎ HLINÍK Poznámka: 1) PVC = polyvinylchlorid, PRC = zosietený polyetylén

6 str. 6 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Vybrané druhy vodičov a káblov s hodnotami menovitého prúdu sú v nasledujúcich tabuľkách. Menovitý prúd silových vodičov pri teplote okolia 30 C Menovitý prierez (mm 2 ) CY (H07V) AY (-) Menovitý prúd I Nv (A) Vodiče typu1) 2) CQ (H07V2) CG (H07R) CS (H07SJ) 0,5 12, , , , Poznámky: 1) A = hliníkové jadro, C = medené jadro, Y = PVC na normálne použitie (30 C), Q = PVC so zvýšenou tepelnou odolnosťou (90 C), G = normálny kaučuk - guma (45 C), S = izolácia zo skleného vlákna (90 C) 2) V zátvorkách sú uvedené príklady typového označenia vodičov vyhovujúcich danej konštrukcii. Dovolený prúd I dov sa zisťuje výpočtom pomocou prepočítavacích koeficientov k 1, k 2... k n podľa vzťahu VZOREC l dov = k 1.k 2...k n.l n koeficienty k 1 až k n zohľadňujú jednotlivé podmienky

7 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 7 Prepočítavacie koeficienty možno nájsť v tabuľkách pre tieto najčastejšie sa vyskytujúce prípady: prevádzková teplota jadier vodičov je odlišná od dovolenej teploty teplota prostredia odlišná od základnej teploty prostredie odlišné od základného (kábel uložený vo vode, v omietke, v zemi s iným merným odporom) uloženie káblov v zoskupeniach (tesne zoskupené vo vzduchu, vedľa seba v zemi) kábel zvislo vo vzduchu zaťažená štvrtá žila jednožilové vodiče vo zväzku jednožilové vodiče v inštalačných rúrkach káble uložené v oceľových rúrkach, tvarovkách, káblových kanáloch krátkodobý alebo prerušovaný chod alebo zaťaženie Prepočítavacie koeficienty Menovitý prúd silových káblov AYKY, CYKY, 1-AYKY a 1-CYKY pri uložení vo vzduchu s teplotou okolia 30 C a pri uložení v zemi s teplotou okolia 20 C a merným tepelným odporom 0,7 K.m/W Uloženie Vo vzduchu Menovitý prierez (mm 2 ) AYKY / 1-AYKY Počet žíl CYKY / 1-CYKY , ,5 2, ,

8 str. 8 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Uloženie V zemi Menovitý prierez (mm 2 ) AYKY / 1-AYKY Počet žíl CYKY / 1-CYKY , , Menovitý prúd silových káblov pri uložení vo vzduchu s teplotou okolia 30 C a pri uložení v zemi s teplotou okolia 20 C a merným tepelným odporom 0,7 K. m/w Uloženie Vo vzduchu Počet žíl a menovitý prierez (mm 2 ) 6-AYKCY 6-AYKCYDY 6-AXKCSY 10-AYKCY 10-CYKCY 10-AXKCSY 22-AXEKCY 22-CXEKCY 35-AXEKCY 35-CXEKCY 1 x x x x x x x x x x x x x

9 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 9 Vo vzduchu Uloženie V zemi Počet žíl a menovitý prierez (mm 2 ) 6-AYKCY 6-AYKCYDY 6-AXKCSY 10-AYKCY 10-CYKCY 10-AXKCSY 22-AXEKCY 22-CXEKCY 35-AXEKCY 35-CXEKCY 3 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

10 str. 10 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Menovitý prúd AlFe lán, uložených vo vzduchu s teplotou okolia 30 C, koeficient sálania e = 0,5 S (mm 2 ) AlFe 3 AlFe 4 AlFe 6 AlFe / / / / Prepočítavacie koeficienty pre uloženie v pôde s odlišným merným tepelným odporom, uloženie v prostredí s odlišnou základnou teplotou a pri uložení mostíkových vodičov v omietke udávajú nasledujúce tabuľky. Obdobné tabuľky existujú aj pre ďalšie podmienky. Prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti pre pôdu s odlišným merným tepelným odporom Typ kábla Merný tepelný odpor pôdy (K.m.W -1 ) 0,4 0,6 0,7 0,8 1,0 1,5 2,0 Celoplastové káble do 1 kv 1,11 1,05 1,00 0,96 0,90 0,79 0,71 Káble s papierovou izoláciou a kovovým plášťom do 1 kv 1,16 1,05 1,00 0,96 0,89 0,76 0,67 6 a 10 kv 1,14 1,05 1,00 0,96 0,90 0,78 0,69 Trojplášťové káble 22 a 35 kv 1,09 1,04 1,00 0,97 0,92 0,82 0,74 Jednožilové káble 22 a 35 kv 1,14 1,05 1,00 0,96 0,90 0,78 0,69

11 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 11 Prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti podľa teploty prostredia odlišnej od základnej teploty Vodič, kábel Základná teplota prostredia ( C) Dovolená prevádzková teplota ( C) Teplota prostredia ( C) Holé vodiče ,26 1,20 1,14 1,07 1,00 0,93 0,85 0,77 0,67 Izolované vodiče a káble Vodiče a káble uložené v zemi ,11 1,08 1,06 1,03 1,00 0,97 0,94 0,91 0, ,15 1,12 1,08 1,04 1,00 0,96 0,91 0,87 0, ,17 1,13 1,09 1,04 1,00 0,95 0,90 0,85 0, ,18 1,14 1,10 1,05 1,00 0,95 0,89 0,84 0, ,20 1,15 1,11 1,05 1,00 0,94 0,88 0,82 0, ,22 1,17 1,12 1,06 1,00 0,94 0,87 0,79 0, ,25 1,20 1,13 1,07 1,00 0,93 0,85 0,76 0, ,29 1,22 1,15 1,08 1,00 0,91 0,82 0,71 0, ,07 1,04 1,00 0,96 0,93 0,89 0,85 0,80 0, ,08 1,04 1,00 0,96 0,91 0,87 0,82 0,76 0, ,09 1,04 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,74 0, ,10 1,05 1,00 0,95 0,89 0,84 0,77 0,71 0, ,11 1,05 1,00 0,94 0,88 0,82 0,75 0,67 0,58 Prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti podľa teploty prostredia odlišnej od základnej teploty 90 C Vodič, kábel Základná teplota prostredia ( C) Dovolená prevádzková teplota ( C) Teplota prostredia ( C) Izolované vodiče a káble ,09 1,07 1,04 1,02 1,00 0,98 0,95 0,93 0, ,11 1,08 1,05 1,03 1,00 0,97 0,94 0,91 0, ,22 1,17 1,12 1,06 1,00 0,94 0,87 0,79 0,71

12 str. 12 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti mostíkových vodičov uložených v omietke Značka vodiča Počet žíl, prierez jadra (mm 2 ) Prepočítavací koeficient H05VV-H H05VV-H2 2 x 1 0,84 3 x 1 0,79 2 x 1,5 0,84 Pri krátkodobom alebo prerušovanom chode alebo zaťažení môžeme dočasne (krátkodobo) vodič preťažovať, lebo ten sa nestačí nebezpečne zohriať. Priebeh prúdov a teplôt názorne vystihuje obrázok. Krátkodobý chod (vľavo hore), krátkodobé zaťaženie (vpravo hore), prerušovaný chod (vľavo dole), prerušované zaťaženie (vpravo dole)

13 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 str. 13 Pri prerušovanom zaťažení sa vodič cyklicky zaťažuje prúdmi I 1 (čas trvania t 1 ) a I 2 (čas trvania t2) s periódou cyklu t p = t 1 + t 2. Ak by sme v tomto prípade dimenzovali vedenie na prúd I 2, prierez by bol nehospodárny a vedenie by nebolo plne využité. Vedenie budeme preto dimenzovať na menovitý prúd I n, ktorého hodnota bude ležať medzi prúdmi I 1 a I 2. Typický príklad: distribučná sieť obytného súboru, kde prúd I 1 predstavuje tzv. večerné maximum. Priebeh zaťaženia sa tu periodicky každodenne opakuje. Potrebné veľkosti prúdov môžeme odčítať z denného diagramu zaťaženia. Pomer časov s nízkym a vysokým zaťažením určuje veličina nazvaná zaťažovateľ a definuje sa ako Prerušované zaťaženie VZOREC t 2 ξ =. 100 (%) t 1 t 1 čas trvania zaťaženia prúdom I 1 t 2 čas trvania zaťaženia prúdom I 2 Pri prerušovanom chode je na rozdiel od prerušovaného zaťaženia prúd I 1 rovný nule, teda periodicky sa opakujú stavy bez zaťaženia a so zaťažením. Ak je čas pokoja t 2 menší ako čas chodu t 1, vedenie počas stavu pokoja nestačí vychladnúť na teplotu okolia. Avšak ochladenie vodiča umožňuje takisto dimenzovať na prúd menší ako je prúd I 1. Ak je čas pokoja t 2 väčší ako čas chodu t 1, jedná sa o prípad krátkodobého chodu. Typický príklad: priemyselná technológia (výrobné linky). Pri krátkodobom chode a zaťažení sa jedná o jednorazový prípad, ktorý sa periodicky neopakuje, resp. sa opakuje s periódou väčšou ako čas potrebný na úplné vychladnutie vodiča (ochladenie na teplotu okolia). Typický príklad: : výťahový motor v panelovom dome. Prerušovaný chod Krátkodobý chod a zaťaženie PRAKTICKÉ PRÍKLADY DIMENZOVANIA VODIČOV Príklad 1: Jednožilový vodič H07V-U s PVC izoláciou je uložený vo vzduchu s teplotou prostredia 15 C a bude ním pretekať prúd I = 25 A. Určite jeho prierez. Vodič má dovolenú prevádzkovú teplotu jadra 70 C. Riešenie: Prepočítavací koeficient prúdovej zaťažiteľnosti pre teplotu prostredia 15 C určíme z tabuľky pre prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti podľa teploty prostredia odlišnej od základnej teploty tak, že ho odčítame v riadku podľa dovolenej prevádzkovej teploty 70 C: k 1 = 1,17 Menovitý prúd bude l 25 l n = = = 21,4A k 1 1,17 Z tabuľky pre menovitý prúd silových vodičov pri teplote okolia 30 C vyberieme pre príslušný vodič najbližší vyšší menovitý prúd (t. j. 24A) a v ľavom stĺpci odčítame zodpovedajúci prierez: S = 1,5 mm 2.

14 str. 14 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Príklad 2: Jednožilový vysokonapäťový kábel 22-AXEKCY 70 mm 2 je uložený vo vlhkej piesočnatej pôde s merným tepelným odporom 0,4 K.m.W -1 a s teplotou 10 C. Určite jeho dovolený prúd. Kábel AXEKCY má dovolenú prevádzkovú teplotu jadra 90 C. Riešenie: Prepočítavací koeficient prúdovej zaťažiteľnosti pre teplotu prostredia 10 C určíme z tabuľky pre prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti podľa teploty prostredia odlišnej od základnej teploty tak, že ho odčítame v riadku pre káble uložené v zemi a prevádzkovú teplotu 90 C: k 1 = 1,07. Prepočítavací koeficient pre merný tepelný odpor pôdy určíme z tabuľky pre prepočítavacie koeficienty prúdovej zaťažiteľnosti pre pôdu s odlišným merným tepelným odporom v riadku pre jednožilové káble 22 a 35 kv: k 2 = 1,14. Menovitý prúd kábla určíme z tabuľky pre menovitý prúd silových káblov pri uložení vo vzduchu s teplotou okolia 30 C a pri uložení v zemi s teplotou okolia 20 C a merným tepelným odporom 0,7 K.m/W pre uloženie v zemi, prierez 1 x 70 mm 2 a v príslušnom stĺpci pre kábel 22-AXEKCY odčítame hodnotu I NZ = 326 A. Dovolený prúd vypočítame: l dov = l nz k 1 k 2 = 326.1,07.1,14 = 397,6A Za daných podmienok môže teda káblom pretekať prúd najviac 397,6 A.