5/2.3 Dimenzovanie podľa dovolenej prúdovej zaťažiteľnosti

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 33 2000-5-523 a sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

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

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.

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 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 MEĎ HLINÍK 1 10,5 11 12 13,5 14,5 17 18 19 1,5 13 14,5 15,5 17 18,5 22 23 24 2,5 18 19,5 21 23 25 30 32 33 4 24 26 28 31 34 40 42 45 6 31 34 36 40 43 52 54 58 10 42 46 50 54 60 71 75 80 16 56 61 68 73 80 96 100 107 25 73 80 89 95 101 119 127 138 35 117 126 147 157 171 50 141 153 179 192 210 70 179 196 229 246 269 95 216 238 278 298 328 120 249 276 322 346 382 150 285 318 371 399 441 185 324 362 424 456 506 240 380 424 500 538 599 1 8 8,5 9,5 11 11 13 13,5 15 1,5 10 11 12 14 14 16,5 17,5 19 2,5 16,5 19 19,5 23 24 25 4 19 20 22 25 26 31 32 34 6 24 26 28 32 33 39 42 44 10 32 36 39 43 45 54 58 61 16 43 48 53 58 61 73 77 82 25 57 63 69 76 78 89 97 101 35 94 96 111 120 126 50 113 117 135 147 154 70 142 150 173 187 198 95 171 182 210 227 241 120 197 212 244 263 280 150 226 245 282 302 324 185 256 280 322 346 371 240 300 330 380 409 439 Poznámky: 1) Spôsob uloženia 2) PVC = polyvinylchlorid, PRC = zosietený polyetylén

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 22 34 18 28 26 22 2,5 29 45 24 38 34 29 4 38 59 31 48 44 37 6 47 73 39 61 56 46 10 63 98 52 81 73 61 16 81 125 67 105 95 79 25 104 161 86 134 121 101 35 125 195 103 161 146 122 50 148 231 122 191 173 144 70 183 286 151 236 213 178 95 216 338 179 280 252 211 120 246 384 203 317 287 240 150 278 438 230 359 324 271 185 312 488 257 401 363 304 240 360 563 297 464 419 351 300 407 636 336 525 474 396 1,5 17 27 14 22 20 16,5 2,5 22 34 19 30 26 22 4 29 45 24 38 34 29 6 36 56 30 47 42 36 10 48 75 40 63 56 47 16 62 97 52 81 73 61 25 80 125 66 103 93 78 35 96 150 80 125 112 94 50 113 177 94 147 132 112 70 140 219 117 183 163 138 95 166 259 138 216 193 164 120 189 295 157 245 220 186 150 213 333 178 278 249 210 185 240 375 200 313 279 236 240 277 432 230 359 321 272 300 313 489 260 406 364 308 MEĎ HLINÍK Poznámka: 1) PVC = polyvinylchlorid, PRC = zosietený polyetylén

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 12,5 15 19 0,75 16 19 24 1 19 22 19 28 1,5 24 28 24 35 2,5 33 25 39 33 48 4 45 34 52 43 66 6 58 44 67 54 85 10 81 61 74 120 16 109 82 101 162 25 146 112 130 215 35 181 139 165 272 50 219 169 214 356 70 281 217 258 431 95 341 265 313 527 120 396 308 368 522 150 456 356 424 723 185 521 407 499 240 615 482 572 300 709 557 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

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 ) 2 2+1 AYKY / 1-AYKY 3 3+1 3+2 Počet žíl 2 2+1 CYKY / 1-CYKY 3 3+1 3+2 1,5 22 18,5 2,5 23 19,5 30 25 4 31 26 40 34 6 39 33 51 43 10 54 45 70 60 16 73 61 80 25 78 101 35 96 126 50 117 153 70 150 196 95 182 238 120 212 276 150 245 319 185 280 364 240 330 430 300 381 497

str. 8 ČASŤ 5 DIEL 2 KAPITOLA 3 Uloženie V zemi Menovitý prierez (mm 2 ) 2 2+1 AYKY / 1-AYKY 3 3+1 3+2 Počet žíl 2 2+1 CYKY / 1-CYKY 3 3+1 3+2 1,5 34 28 2,5 34 30 45 38 4 45 38 59 48 6 56 47 73 61 10 75 63 98 81 16 97 81 127 105 25 125 103 163 134 35 150 125 195 161 50 177 147 231 191 70 219 183 286 236 95 259 216 338 280 120 295 245 384 317 150 333 278 434 359 185 375 313 488 401 240 432 359 563 464 300 489 406 636 525 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 16 79 103 1 x 25 103 135 1 x 35 126 165 1 x 50 159 205 1 x 70 195 252 270 354 1 x 95 231 299 1 x 120 267 345 377 493 376 492 1 x 150 307 397 434 569 1 x 185 350 453 1 x 240 413 532 572 746 568 741 3 x 16 72 93 3 x 25 87 113 91 117 117 3 x 35 104 136 109 141 141

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 50 127 167 133 172 172 3 x 70 155 160 206 3 x 95 168 191 246 3x 120 195 217 276 3 x 150 224 244 314 3 x 185 259 275 353 3 x 240 306 319 405 1 x 16 102 133 1 x 25 133 174 1 x 35 163 213 1 x 50 204 264 1 x 70 250 324 326 427 1 x 95 295 382 1 x 120 339 438 454 593 438 572 1 x 150 388 501 518 678 1 x 185 441 569 1 x 240 517 665 673 876 650 846 3 x 16 89 114 3 x 25 109 135 111 143 137 3 x 35 129 161 132 170 163 3 x 50 156 194 158 204 196 3 x 70 186 188 242 3 x 95 204 221 285 3x 120 235 249 320 3 x 150 268 279 358 3 x 185 306 310 398 3 x 240 357 355 453

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 8 16 83 25 111 35 155 150 50 194 214 177 70 246 252 70/1 225 70/7 225 95 304 291 95/1 289 95/7 284 120 364 341 357 150 394 397 387 185 462 465 459 210 542 512 492 240 597 548 535 300 640 654 627 350 747 705 723 450 852 823 500 905 670 1 128 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

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) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Holé vodiče 30 70 1,26 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 30 20 120 1,11 1,08 1,06 1,03 1,00 0,97 0,94 0,91 0,88 90 1,15 1,12 1,08 1,04 1,00 0,96 0,91 0,87 0,82 85 1,17 1,13 1,09 1,04 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 80 1,18 1,14 1,10 1,05 1,00 0,95 0,89 0,84 0,77 75 1,20 1,15 1,11 1,05 1,00 0,94 0,88 0,82 0,74 70 1,22 1,17 1,12 1,06 1,00 0,94 0,87 0,79 0,71 65 1,25 1,20 1,13 1,07 1,00 0,93 0,85 0,76 0,65 60 1,29 1,22 1,15 1,08 1,00 0,91 0,82 0,71 0,58 90 1,07 1,04 1,00 0,96 0,93 0,89 0,85 0,80 0,76 80 1,08 1,04 1,00 0,96 0,91 0,87 0,82 0,76 0,71 75 1,09 1,04 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,74 0,67 70 1,10 1,05 1,00 0,95 0,89 0,84 0,77 0,71 0,63 65 1,11 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) 70 75 80 85 90 95 100 105 110 Izolované vodiče a káble 90 200 1,09 1,07 1,04 1,02 1,00 0,98 0,95 0,93 0,90 180 1,11 1,08 1,05 1,03 1,00 0,97 0,94 0,91 0,88 130 1,22 1,17 1,12 1,06 1,00 0,94 0,87 0,79 0,71

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)

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.

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.