Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Prądy zwarciowe w przewodach i kablach elektroenergetycznych połączonych równolegle (część 1.)

Short circuit currents in parallel electrical wires and cables (part 1)
Schemat ideowy równoległego połączenia przewodów oraz dwóch sposobów zamontowania zabezpieczeń przetężeniowych
Schemat ideowy równoległego połączenia przewodów oraz dwóch sposobów zamontowania zabezpieczeń przetężeniowych
Rys. A. Książkiewicz, R. Batura

Wzrost mocy: zapotrzebowanej rozdzielnic niskiego napięcia (nn), pojedynczych odbiorników (najczęściej napędzających linię technologiczną), transformatorów SN/nn oraz wymagania Prawa energetycznego [1] związane z jakością energii elektrycznej sprawiają, że wymagany przekrój pojedynczego przewodu zasilającego często jest większy od przekroju oferowanych w handlu przewodów. W takiej sytuacji jedynym rozwiązaniem jest stosowanie, prowadzonych tą samą trasą, równolegle układanych przewodów.

W artykule:

• Sposoby instalowania zabezpieczeń przetężeniowych
• Trójfazowe zwarcie symetryczne w równoległym układzie połączeń
• Analiza prądów zwarć trójfazowych

Innymi powodami, wymuszającymi stosowanie równolegle ułożonych przewodów, jest dopuszczalny promień gięcia pojedynczego przewodu (dotyczy to przede wszystkim kabli elektroenergetycznych), masa, koszt ułożenia, itd. Sposób ułożenia przewodów istotnie wpływa na obciążalność dopuszczalną długotrwałą przewodów, w tym między innymi na współczynnik asymetrii [5]. Wpływ na symetryzację obciążenia poszczególnych kabli ma ich rezystancja. Przy zwiększaniu udziały reaktancji w wypadkowej impedancji kabli następuje wzrost asymetrii obciążenia poszczególnych kabli [6]. Nie symetryzacja obciążeń w poszczególnych kablach jest problematyczna w zakresie projektowym, jak i eksploatacyjnym [10]. Dla kabli ekranowanych sposób ułożenia wpływa także na straty mocy generowanej w ekranie [7]. Sugeruje i zaleca się, by w celu uzyskania jak najmniejszego współczynnika asymetrii należy układać kable w układzie trójkąta równobocznego [8, 9].

W rzeczywistych warunkach eksploatacji połączone równolegle przewody lub kable elektroenergetyczne mogą różnić się od siebie typem, izolacją, przekrojem i materiałem żyły roboczej, impedancją jednostkową, długością oraz posiadać przewód PEN lub PE o takim samych przekroju jak żyła robocza lub połowie jej przekroju.

Wymienione parametry mają jednak istotny wpływ na dopuszczalną obciążalność długotrwałą prądową przewodów lub kabli elektroenergetycznych połączonych równolegle oraz rozpływ i wartość prądów podczas zwarcia trój- bądź jednofazowego. W przypadku gdy równolegle połączone przewody lub kable elektroenergetyczne mają[1]:

  • taki sam przekrój żył roboczych, ale różną długość – występuje zmniejszenie ich dopuszczalnej obciążalności prądowej w stosunku do wartości wynikającej z sumy algebraicznej dopuszczalnych długotrwale prądów każdego z nich (przez dłuższy przepływa prąd mniejszy od dopuszczalnego),
  • taką samą długość, ale różne przekroje – występuje szybszy wzrost prądu do wartości dopuszczalnej długotrwale w przewodzie o większym przekroju,
  • żyły robocze wykonane są z różnych materiałów i mają taką samą długość – szybszy wzrost prądu do dopuszczalnego prądu długotrwałego wystąpi żyle o większej przewodności elektrycznej (skutek – niepełne wykorzystanie możliwości przesyłowej połączenia równoległego),
  • żyły PEN i PE o przekroju równym połowie przekroju żyły roboczej, wówczas prądy zwarcia jednofazowego są mniejsze od prądów zwarciowych z żyłami PEN i PE o takim samych przekroju jak żyły robocze.

Czytaj też: Energetyka wiatrowa. Jaką rolę ma do odegrania miedź? >>

Wymienione skutki sprawiły, że:

  • przewody lub kable elektroenergetyczne pracujące w układzie równoległym powinny posiadać takie same przekroje i długości, a żyły robocze i przewody PEN i PE powinny być wykonane z takiego samego materiału. Podane wymagania wymienione są również w normie PN-HD 60364-5-52 [2],
  • w przypadku zwarcia z jednym z przewodów lub kablu elektroenergetycznym układu równoległego, przez pozostałe połączone równolegle przewody lub kable elektroenergetyczne przepływa taki sam prąd zwarciowy. Dotyczy to jednakowo zwarcia trój oraz jednofazowego.

Dlatego też w przedstawionej poniżej analizie prądów zwarć trój i jednofazowych przyjęto, że połączone równolegle przewody lub kable elektroenergetyczne są tego samego typu, posiadają taki sam przekrój żyły roboczej i przewodu PEN lub PE, mają jednakową długość oraz taką samą impedancję jednostkową.

W przypadku równoległego ułożenia przewodów istotnym problemem jest poprawny dobór i wykonanie (tj. umieszczenie) zabezpieczeń przed skutkami przepływu prądu przetężeniowego oraz ochrony przeciwporażeniowej. W pracy [3] podano zasady doboru zabezpieczeń dla zwarć występujących na początku i końcu jednego z przewodów. Nie analizowano sytuacji, gdy zwarcie będzie miało miejsce w innym miejscu przewodu. W znanej literaturze [3, 4] nie analizowano również wpływu miejsca zwarcia na skuteczność ochrony przeciwporażeniowej realizowanej przy pomocy urządzeń przetężeniowych (głównie wkładek topikowych).

Sposoby instalowania zabezpieczeń przetężeniowych w równoległym układzie połączeń przewodów i kabli elektroenergetycznych

Przyjęty do analizy prądów zwarciowych schemat ideowy równoległe połączonych przewodów lub kabli elektroenergetycznych przedstawiono na rysunku 1. Pokazane na rysunku 1. równolegle połączone przewody lub kable mogą być zabezpieczone w dwojaki sposób od skutków przepływu prądu zwarciowego:

  • jednym wspólnym zabezpieczeniem przetężeniowym zamontowanym w układzie zasilania (rys. 1a),
  • dwoma zabezpieczeniami przetężeniowymi zainstalowanym na początku i końcu każdego z przewodów (rys. 1b).
 Schemat ideowy równoległego połączenia przewodów
Rys. 1. Schemat ideowy równoległego połączenia przewodów oraz dwóch sposobów zamontowania zabezpieczeń przetężeniowych: a) wspólne dla wszystkich przewodów, b) niezależnie dla każdego przewodu (Rys. A. Książkiewicz, R. Batura)

Zastosowanie wspólnego zabezpieczenia przetężeniowego nie pozwala na zamontowanie w żadnym z przewodów jakiekolwiek łączników mogących spowodować przerwanie ich ciągłości oraz wymusza konieczność przeprowadzenia weryfikacji wytrzymałości zwarciowej dla każdego przewodu.

W drugim przypadku poprawnie dobrane zabezpieczenia przetężeniowe wyłączają spod napięcia tylko i wyłącznie przewód, w którym wystąpiło zwarcie.

Przyjęcie jednego z dwóch podanych sposobów zainstalowania zabezpieczeń przetężeniowych ma także istotny wpływ na niezawodność zasilania odbiorcy. W pierwszym przypadku zwarcie w którykolwiek przewodzie równoległym całkowicie pozbawia odbiorcę możliwości jego zasilania, tak w drugim – nie pozbawia możliwości zasilania.

Bazą wyjściową do analizy wielkości prądów zwarciowych płynących w równoległe połączonych (n+1) przewodach lub kablach elektroenergetycznych, jest założenie, że w przypadku zwarcia w którymkolwiek przewodzie[2]:

  • prąd zwarciowy przepływa ­również przez „n” pozostałych ­połączonych równolegle przewodów,
  • liczba połączonych równolegle przewodów ochronnych PE lub ochronno-neutralnych PEN jest taka sama jak liczba przewodów roboczych,
  • wartość prądu zwarciowego zależy nie tylko od rodzaju zwarcia (trójfazowe symetryczne, jednofazowe), ale również miejsca jego wystąpienia,

Przedmiotem analizy jest określenie:

  • wpływu miejsca zwarcia w jednym z równolegle połączonych przewodów na wartość oraz rozpływ prądu zwarciowego,
  • jak liczba połączonych równolegle przewodów wpływa na wartość oraz rozpływ prądu zwarciowego,
  • kiedy i przy jakich uwarunkowaniach wystąpi maksymalna lub minimalna wartość prądu zwarciowego w zwartym przewodzie.

Odpowiedź na postawione pytania ma istotne znaczenie dla poprawnego doboru zabezpieczeń przetężeniowych zainstalowanych na początku i końcu każdego przewodu (rys. 1b) w celu określenia kolejności i selektywnego ich działania oraz oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej realizowanej przy ich pomocy.

Analizę taką przeprowadzono dla trójfazowego oraz jednofazowego zwarcia. Dla uproszczenia rozważań przyjęto, że połączone równolegle przewody, w liczbie „n+1” (gdzie: n – jest liczbą pozostałych równolegle połączonych przewodów, przez które przepływa prąd zwarciowy zasilający zwarcie w przewodzie „n+1”) są tego samego typu, posiadają taki sam przekrój żyły roboczej i przewodu PEN lub PE, mają jednakową długość (l) oraz taką samą impedancję jednostkową (Z0).

[1] Szczegółową analizę opisywanych skutków można przeprowadzić w oparciu o regułę dzielnika prądowego, gdzie rezystancję każdej z połączonych równolegle żył wyznacza się za pomocą wzoru na rezystancję odcinka przewodu (R=l/(γ·S)).

[2] Od redakcji – szczegółowy opis zjawiska oraz ilustracja rozpływu pradów zwarciowych zostały zamieszczone w  „Poradniku Projektanta Elektryka”, wyd. V Grupa MEDIUM, 2012 oraz zeszycie 8 serii zeszyty dla elektryków Grupa MEDIUM 2017.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[zabezpieczenia przetężeniowe, prądy zwarciowe, zwarcia, przewody, kable]

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Lasery, grawerki, materiały grawerskie do produkcji oznaczników w energetyce »

Oznakowania w energetyce

Jak stworzyć: tabliczki znamionowe, oznaczenia bezpieczeństwa, panele sterownicze, opisy szaf sterowniczych, rozdzielnic, schematy technologiczne etc. ... czytam dalej »

 


Gdzie szukać pomocy przy doborze właściwego źródła zasilania »

Dobór źródła zasilania

Optymalne rozwiązania na każdym etapie, zarówno dystrybucji, jak i tworzenia dedykowanych pakietów zasilania. Wszystko po to, aby zapewnić jak najwyższą jakość ... czytam dalej »

 


Jak zmniejszyć swój rachunek za prąd »

koszt prądu

Oszczędzanie na rachunkach za prąd w domu lub firmie jest możliwe. Wystarczy dokładnie sprawdzić (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Jednoobwodowy licznik energii - jaki wybrać?»

Zobacz co nowego poznamy na targach Energetab 2019 »

Licznik energii jaki wybrać Energetab 2019 logo
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » ENERGETAB – największe w Polsce targi nowoczesnych urządzeń, aparatury i technologii dla przemysłu energetycznego, to miejsce jednych z najważniejszych spotkań czołowych przedstawicieli branży elektrotechnicznej w Polsce.(...) czytam dalej »

 


Łączniki i gniazda instalacyjne - jakie wybrać?

Kamery termowizyjne Perfekcyjne dopełnienie nowoczesnego wnętrza.
Prosta, ponadczasowa forma, jakość wykonania, niezawodny system, to tylko niektóre (...)
czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

automatyka przemysłowa elektronika
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Oznaczniki mobilne na przewody i osprzęt - które wybrać »

Kamery termowizyjne Technika laminowania taśm, zapewnia trwałe nadruki poprzez całkowitą ochronę tekstu przed czynnikami niszczącymi, takimi jak: zdrapywanie, ścieranie, zmywanie, promieniowanie UV a nawet substancj (...) czytam dalej »

 


Dobór ograniczników przepięć typu 1 »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

ograniczniki bezpanelowa energia słoneczna
Kombinowane ograniczniki przepięć jako urządzenia do ograniczania przepięć mają za zadanie zmniejszenie do bezpiecznych poziomów napięcia w instalacji elektrycznej oraz na wejściu zasilanych urządzeń: podczas operacji łączeniowych ń (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

zasilanie gwarantowane Badania przeprowadzone przez Computer Business Review wykazały, że od 2013 roku mamy do czynienia z dynamicznym wzrostem przenoszenia przez przedsiębiorców zasobów danych do tzw. chmury obliczeniowej (cloud computing). W związku z tym stale wzrastają wydatki przeznaczan ... czytam dalej »


Bramka IoT chmury do integracji nowych i istniejących systemów bez konieczności programowania.»

Zobacz jak robot testuje bankomaty?

bramka iot Robot testuje bankomaty
Dzięki prostemu połączeniu z procesem za pomocą protokołów, np. Modbus/TCP, dane czujników i dane procesowe są zbierane, przetwarzane i monitorowane ... czytam więcej » Około 30 sekund zajmuje średnio wypłacenie pieniędzy z wielofunkcyjnego bankomatu ATM. Urządzenia, które są dostępne „za rogiem” w większości miast, zmieniły nasze podejście ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Przewdonik "Eliminuj błędy
i usprawnij instalacje przewodów" »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - przewodnik
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Poznaj najskuteczniejsze sposoby oznaczania kabli i komponentów wykorzystywanych w branżach elektrycznych i telekomunikacyjnych... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... czytam dalej »

dr inż. Ryszard Batura
dr inż. Ryszard Batura
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej. Od ukończenia studiów pracuje w Instytucie Elektroenergetyki wyżej podanej uczelni. Specjalizuje się w analizie i badaniach zjawisk łączeni... więcej »
mgr inż. Andrzej Książkiewicz
mgr inż. Andrzej Książkiewicz
Mgr inż. Andrzej Książkiewicz - Politechnika Poznańska więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
9/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Metody badania funkcji zabezpieczeń nadprądowych przekaźników elektroenergetycznych
  • - Fotowoltaika szansą rozwoju dla komunikacji miejskiej
Zobacz szczegóły

SEP świętuje 100 lat!

Jak co roku targom ENERGETAB towarzyszą konferencje organizowane przez izby i stowarzyszenia patronujące. Z okazji obchodzonego w tym roku 100-lecia Stowarzyszenia Elektryków Polskich...

Przekaźnik instalacyjny o wysokiej odporności na prąd udarowy

RPI-1ZI-U24A firmy Relpol, to nowy przekaźnik instalacyjny, który wytrzymuje prąd załączania 120 A w czasie 20 ms. Przekaźnik ten przeznaczony jest do załączania obwodów o wysokim...
.steute Polska .steute Polska
steute jest międzynarodowym przedsiębiorstwem specjalizującym się w projektowaniu oraz produkcji bezpiecznej, niezawodnej aparatury...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl