Zabezpieczenie przewodów połączonych równolegle Julian Wiatr Redaktor Prowadzący Miesięcznika Elektro.info W niektórych przypadkach zachodzi konieczność prowadzenia przewodów układanych równolegle przeznaczonych do zasilania jednego odbiornika lub rozdzielnicy. Najczęściej z takim przypadkiem można się spotkać gdy wymagany przekrój pojedynczej żyły przewodu zasilającego jest większy od przekroju przewodu dostępnego w handlu lub gdy promień gięcia jest zbyt duży. Często ten problem występuje przy projektowaniu i budowie układów zasilania awaryjnego i gwarantowanego gdzie zastosowano źródła o dużych mocach. W niektórych przypadkach pomocne mogą być przewody szynowe, ale te z kolei mają ograniczone możliwości zastosowania ze względu na sztywną konstrukcję. Do równolegle połączonych przewodów stosuje się ogólne zasady zabezpieczania przewodów przed skutkami zwarć. Jeżeli stosuje się zabezpieczenia przeciążeniowe przewodów o obciążeniu skupionym na końcu to dobiera się je przy założeniu, że wszystkie połączone równolegle przewody są sprawne i biorą udział w przewodzeniu prądu (rys. 1a). Z tego powodu obciążalność zwarciową należy określać dla najbardziej niekorzystnej sytuacji, która wystąpi przy zwarciu symetrycznym na początku dowolnego przewodu wchodzącego w skład przewodów połączonych równolegle (rys. 1b). Natomiast sprawdzenie skuteczności samoczynnego wyłączenia dla celów ochrony przeciwporażeniowej należy wykonać przy założeniu zwarcia jednego z przewodów połączonych równolegle z uziemionym przewodem ochronnym PE lub ochronno-neutralnym PEN na końcu. a) b) Rys. 1: Zdarzenie stanowiące podstawę doboru obciążalności roboczej i zwarciowej oraz zabezpieczania przewodów połączonych równolegle: a) proporcjonalne obciążenia każdego przewodu b) zwarcie na początku jednego z przewodów W praktyce mogą wystąpić dwa przypadki zabezpieczania przewodów układanych równolegle: a) zabezpieczenie wspólne dobrane do obciążenia skupionego na końcu, b) zabezpieczenie poszczególnych żył przewodów. Sposoby umieszczania zabezpieczeń w przewodach układanych równolegle przedstawia rysunek 2
16
Embed
Zabezpieczenie przewodów połączonych równolegle Julian Wiatr … · a) b) Rys 2: Sposoby umieszczania zabezpieczeń w przewodach połączonych równolegle a) zabezpieczenie wspólne
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Zabezpieczenie przewodów połączonych równolegle
Julian Wiatr
Redaktor Prowadzący Miesięcznika Elektro.info
W niektórych przypadkach zachodzi konieczność prowadzenia przewodów układanych równolegle
przeznaczonych do zasilania jednego odbiornika lub rozdzielnicy.
Najczęściej z takim przypadkiem można się spotkać gdy wymagany przekrój pojedynczej żyły przewodu
zasilającego jest większy od przekroju przewodu dostępnego w handlu lub gdy promień gięcia jest zbyt duży.
Często ten problem występuje przy projektowaniu i budowie układów zasilania awaryjnego i gwarantowanego
gdzie zastosowano źródła o dużych mocach.
W niektórych przypadkach pomocne mogą być przewody szynowe, ale te z kolei mają ograniczone możliwości
zastosowania ze względu na sztywną konstrukcję.
Do równolegle połączonych przewodów stosuje się ogólne zasady zabezpieczania przewodów
przed skutkami zwarć.
Jeżeli stosuje się zabezpieczenia przeciążeniowe przewodów o obciążeniu skupionym na
końcu to dobiera się je przy założeniu, że wszystkie połączone równolegle przewody są
sprawne i biorą udział w przewodzeniu prądu (rys. 1a).
Z tego powodu obciążalność zwarciową należy określać dla najbardziej niekorzystnej
sytuacji, która wystąpi przy zwarciu symetrycznym na początku dowolnego przewodu
wchodzącego w skład przewodów połączonych równolegle (rys. 1b).
Natomiast sprawdzenie skuteczności samoczynnego wyłączenia dla celów ochrony
przeciwporażeniowej należy wykonać przy założeniu zwarcia jednego z przewodów
połączonych równolegle z uziemionym przewodem ochronnym PE lub ochronno-neutralnym
PEN na końcu.
a) b)
Rys. 1: Zdarzenie stanowiące podstawę doboru obciążalności roboczej i zwarciowej oraz
zabezpieczania przewodów połączonych równolegle:
a) proporcjonalne obciążenia każdego przewodu
b) zwarcie na początku jednego z przewodów
W praktyce mogą wystąpić dwa przypadki zabezpieczania przewodów układanych
równolegle:
a) zabezpieczenie wspólne dobrane do obciążenia skupionego na końcu,
b) zabezpieczenie poszczególnych żył przewodów.
Sposoby umieszczania zabezpieczeń w przewodach układanych równolegle przedstawia
rysunek 2
a) b)
Rys 2: Sposoby umieszczania zabezpieczeń w przewodach połączonych równolegle
a) zabezpieczenie wspólne wszystkich przewodów
b) zabezpieczenie indywidualne poszczególnych przewodów
W przypadku wspólnego zabezpieczenia wszystkich przewodów (rys. 2a) przewody nie mogą
mieć żadnego odgałęzienia ani żadnych łączników umożliwiających przerwanie ciągłości
jednego z przewodów.
W takim przypadku dobierane zabezpieczenie przeciążeniowe dotyczy całej linii, natomiast
wymagania dotyczące obciążalności zwarciowej dotyczą każdego z przewodów osobno.
Wspólne zabezpieczenie nadprądowe można stosować w przypadku przewodów układanych
równolegle w instalacjach o wymaganej dużej niezawodności zasilania z uwagi na to, że po
przerwaniu jednego z nich pozostałe mogą być przeciążone, a zabezpieczenie nadprądowe
może tego nie wykryć.
Jeżeli poszczególne przewody składowe mają być zabezpieczone osobno (rys. 2b) to
wymagania dotyczące długotrwałej obciążalności i przeciążalności oraz odporności
zwarciowej dotyczą każdego przewodu osobno.
Ponadto po zwarciu w jednym z równolegle łączonych przewodów zostanie wyłączony
zasilany obwód.
Oprócz tych wymagań pojawia się problem wybiórczości. W celu wybiórczego wyłączenia
przewodu objętego zwarciem zabezpieczenia w takim przypadku należy instalować na
początku oraz końcu przewodów połączonych równolegle. Zastosowane na początku i końcu
zabezpieczenie zwarciowe musi gwarantować wybiórcze obustronne wyłączenie zasilania w
przewodzie objętym zwarciem.
Do tego celu najbardziej nadają bezpieczniki topikowe. W przypadku zastosowania
wyłączników, na końcu konieczne będą wyłączniki z przekaźnikami kierunkowo-mocowymi,
które działają bezzwłocznie po odwróceniu kierunku przepływu prądu zwarciowego.
W praktyce przy zabezpieczaniu indywidualnym przewodów niskiego napięcia połączonych
równolegle stosuje się wyłącznie bezpieczniki topikowe z uwagi kn ich niski koszt.
Zastosowane bezpieczniki na początku i końcu przewodu każdej łączonej równolegle żyły
przewodu muszą być takie same (dot. wartości znamionowej prądu, klasy i kategorii
bezpiecznika).
Wybiórczość przy zwarciu w takim przypadku można będzie uzyskać dzięki temu, że przez
bezpiecznik który ma wyłączyć zwarcie płynie prąd (n-1) razy większy niż przez bezpiecznik,
który ma zwarcie przetrzymać.
Wynika z tego, że jest to możliwe do spełnienia przy równoległym połączeniu co najmniej
trzech przewodów, czyli n 3 (indywidualne zabezpieczanie dwóch równolegle połączonych
przewodów nie zapewnia spełnienia tej reguły i nie powinno być stosowane; można natomiast
zabezpieczać je wspólnie – rys. 2a).
Zabezpieczenie indywidualne z wykorzystaniem wyłączników z przekaźnikami kierunkowo-
mocowymi może być stosowane również przy połączeniu dwóch przewodów.
W przypadku łączenia równolegle kilku przewodów należy stosować jednakowe przekroje
wszystkich żył.
Łączone równolegle przewody powinny posiadać jednakową długość, gdyż nawet nieznaczne
różnice ich długości spowodują zmniejszenie ich dopuszczalnej obciążalności prądowej w
stosunku do wartości wynikającej z sumy algebraicznej każdego z nich.
Ponieważ w praktyce zdarzają się przypadki, że połączone równolegle przewody o
jednakowym przekroju posiadają różne długości (przebudowa lub modernizacja wewnątrz
zakładowych sieci elektroenergetycznych) pomimo iż praktyka ta jest niezgodna ze sztuką.
W takim przypadku ich dopuszczalną obciążalność prądowa należy wyznaczyć z
następującego wzoru:
)1(2
1'
Z
ZII ZZ (1)
gdzie:
ZI - dopuszczalna obciążalność każdego z przewodów połączonych równolegle o
jednakowym przekroju, w [A]
1Z - impedancja przewodu krótszego, w []
2Z - impedancja przewodu dłuższego, w []
Uwaga
W przypadku przewodów o przekrojach 250mmSCu lub 270mmSAl , można przyjmować
upraszające założenie: 11 RZ oraz 22 RZ .
Przykład 1
Obliczyć długotrwała dopuszczalna obciążalność prądowa przewodów dwóch połączonych
równolegle kabli YKY 16 o długościach mlml 110;100 21 oraz dobrać ich
zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe.
113,01655
100111
S
lRZ
125,01655
110222
S
lRZ
Ak
II
AZ
ZII
AI
Zn
ZZ
Z
33,1176,1
47,12945,145,1
47,129)125,0
113,01(68)1(
68
2
'
2
1'
Warunki spełni bezpiecznik WTN00gG100.
Uwaga!
W przypadku takiej samej długość obydwu przewodów długotrwała obciążalność wynosi:
AZ
ZII ZZ 136)
113,0
113,01(68)1(
2
1'
Wymagany przekrój każdego z przewodów ze względu na warunki zwarciowe:
222
1642,31
64000
74
1
1
1mmmm
tI
kS w
W przypadku zastosowania przewodów o różnych przekrojach należy mieć świadomość, że
przy zwiększaniu prądu obciążenia szybciej uzyskuje granicę obciążalności długotrwałej
przewód o większym przekroju.
Obciążalność długotrwała linii złożonej z dwóch połączonych przewodów można wyznaczyć
z zależności, która bezpośrednio wynika z dzielnika prądowego utworzonego przez dwa
przewody ułożone równolegle:
)3(
)2(
21
2
112
ZZZ
ZZ
III
Z
ZII
W przypadku przewodów o przekrojach 250mmSCu lub 270mmSAl , gdzie reaktancja
jest pomijalna, można wartość ZI obliczyć z poniższego wzoru:
)1(1
21
S
SII ZZ (4)
gdzie:
1ZI - dopuszczalna obciążalność długotrwała przewodu o większym przekroju, w [A]
2ZI - dopuszczalna obciążalność długotrwała przewodu o mniejszym przekroju, w [A]
ZI - wypadkowa dopuszczalna obciążalność długotrwała przewodów ułożonych równolegle, w [A]
1S - przekrój przewodu większego, w [mm2]
2S - przekrój przewodu mniejszego, [mm2]
2
1
2
11 XRZ - impedancja przewodu o przekroju 1S , w []
2
2
2
22 XRZ - impedancja przewodu o przekroju 2S , w []
Przykład 2
Dobrać bezpieczniki topikowe do zabezpieczenia dwóch równolegle ułożonych kabli
YAKY 4 x 120. Bezpieczniki będą stanowiły zabezpieczenie od przeciążeń i zwarć.
Kable są ułożone w ziemi i stykają się. Długość linii wynosi 50 m.
Na podstawie normy PN-IEC 60364 - 5 – 523 [72], obciążalność długotrwałą każdego z
nich wynosi (przy uwzględnieniu współczynników poprawkowych uwzględniających
rezystywność gruntu dla warunków krajowych, sposób ich ułożenia oraz obciążenie
czwartej żyły – patrz rozdział 6):
Zatem należy przyjąć bezpieczniki WTN1gG200, dla których całka Joule’a wyłączenia
wynosi sAtI w 22 302000 .
222
12043,71
302000
74
1
1
1mmmm
tI
kS w
Przykład 3
Dobrać bezpieczniki topikowe do zabezpieczenia dwóch równolegle ułożonych kabli
YAKY 4 x 70 oraz YAKY 4 x 35. Bezpieczniki będą stanowiły zabezpieczenie od
przeciążeń i zwarć.
Kable są ułożone w ziemi i stykają się. Długość linii wynosi 100 m.
AI
I
AIII
AII
Zn
ZZZ
ZZ
37,2286,1
25245,1
6,1
45,1
252126126
12675,091,018,1157
21
21
AI
I
AS
SII
AI
Zn
ZZ
Z
08,1286,1
33,14145,1
6,1
45,1
33,141)70
351(22,94)1(
22,9475,091,018,1117
1
21
1
Wyniki obliczeń pozwalają na przyjęcie bezpieczników WTN1gG125, dla których całka
Joule’a wyłączenia wynosi sAtI w 22 104000 .
222
3536,41
104000
74
1
1
1mmmm
tI
kS w
Przy równoległym układaniu więcej niż dwóch przewodów dla zwiększenia
niezawodności zasilania zaleca się zabezpieczanie każdego z równolegle układanych
przewodów indywidualnie, na początku i na końcu bezpiecznikami o takim samym
prądzie znamionowym.
W przypadku indywidualnego zabezpieczania każdej żyły przewodów łączonych
równolegle takimi samymi bezpiecznikami instalowanymi na początku i końcu przewodu,
wybiórczość zostanie zachowana podczas zwarć jeżeli przez bezpiecznik, który ma