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


Zapisz się do Ligi Specjalistów i zdobywaj nagrody!

Liga Specjalistów 2.0

Jesteś profesjonalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Jesteś uczniem lub studentem kierunku technicznego?
czytam dalej »

 


Kompleksowe inspekcje termowizyjne - gdzie szukać pomocy? »

Termowizja inspekcja

Przez ostatnie stulecie zbudowano wiele urządzeń pomiarowych w zakresie podczerwieni, ale największe możliwości i popularność zyskały rozwiązania... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... 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?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... 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 »
10/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania pompowni pożarowej
  • - Przekładniki niekonwencjonalne wykorzystywane w automatyce elektroenergetycznej
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

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