Obciążalność prądowa długotrwała obwodów złożonych z grup przewodów

Często w instalacjach elektrycznych przewody na pewnej długości są ułożone bezpośrednio obok siebie (stykają się ze sobą). Wówczas ciepło wytworzone w jednym z przewodów powoduje wzrost wartości temperatury w przewodach sąsiednich. Może to doprowadzić do wystąpienia w nich temperatury wyższej od dopuszczalnej długotrwale, a to z kolei może prowadzić do zmiany właściwości materiałów wykorzystanych do budowy przewodu, a co za tym idzie – do skrócenia rzeczywistego czasu jego eksploatacji. Dlatego w przypadku, gdy przewody ułożone są bezpośrednio obok siebie, istnieje konieczność zmniejszenia ich obciążalności prądowej długotrwałej, a przez to ograniczenie ciepła wytwarzanego w obciążonych żyłach poszczególnych przewodów.

W praktyce występują dwa sposoby ułożenia przewodów bezpośrednio obok siebie. Po pierwsze, przewody mogą być ułożone tak, że przekrój poprzeczny powstałej wiązki ma kształt zbliżony do prostokąta (układ wielowarstwowy). Drugim sposobem ułożenia przewodów jest układ, którego przekrój poprzeczny zbliżony jest do koła. W artykule przedstawiona zostanie analiza porównawcza obciążalności prądowej długotrwałej przewodów, w zależności od budowy utworzonego przez nie układu.

Obciążalność prądowa długotrwała przewodu odosobnionego

Wartość prądu dopuszczalnego długotrwale przewodu dobiera się najczęściej na podstawie dostępnych normatywów (norm, przepisów, katalogów producentów). Najnowszą normą określającą dobór przewodów ze względów na ich obciążalność prądową długotrwałą jest norma PN-IEC 60364-5-523 2001: „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów”. Podawana jest w niej obciążalność prądowa długotrwała przewodów w zależności od ich budowy oraz sposobu ułożenia. Rozróżnia się przy tym trzy podstawowe sposoby ułożenia przewodów: w ścianie, na ścianie oraz w powietrzu.

Przewody tworzą układy wielowarstwowe lub wiązki okrągłe najczęściej, gdy są układane na podporach, drabinkach lub w korytkach instalacyjnych, co odpowiada (wg normy [1]) ułożeniu przewodów w powietrzu. Dlatego w dalszej części artykułu zostaną pominięte pozostałe sposoby układania przewodów. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów ułożonych w powietrzu zależy przede wszystkim od materiału, z jakiego wykonana została izolacja i osłona przewodu, budowy przewodu (przewód jednożyłowy lub wielożyłowy) oraz od liczby obciążonych żył.

W dalszej części artykułu analizie zostaną poddane obciążalności prądowe długotrwałe przewodów typu YDYżo (przewodów wielożyłowych o żyłach miedzianych w izolacji i osłonie polwinitowej), jako przewodów najczęściej występujących w układach rzeczywistych.

Obciążalność prądową długotrwałą przewodów można również określić na podstawie powszechnie dostępnej literatury z zakresu instalacji elektrycznych. Wartości prądów dopuszczalnych długotrwale przewodów elektrycznych przedstawione w najnowszych publikacjach (które ukazały się po 2001 r.) podane zostały najczęściej na podstawie normy PN-IEC 60364-5-523. Ponadto przedstawione w PN-IEC 60364-5-523 wartości prądów dopuszczalnych długotrwale, w zależności od sposobu ułożenia przewodów, pokrywają się z wartościami podanymi w dokumencie harmonizacyjnym CENELEC [6] dotyczącym normy IEC 364-5-523 oraz w projektach normy IEC 60364-5-52 [4, 5]. W starszej literaturze wartości obciążalności prądowej długotrwałej podawano na podstawie zarządzenia ministra górnictwa i energetyki z 1974 r., publikowanego m.in. w Przepisach budowy urządzeń elektroenergetycznych (PBUE) [2]. Często jednak autorzy sięgali po zagraniczne normy dotyczące obciążalności prądowej długotrwałej przewodów, przy czym najczęściej wykorzystywano normę niemiecką DIN VDE 0298 [3].

Przykładowe wartości prądów dopuszczalnych długotrwale przewodów wielożyłowych ułożonych w powietrzu, określone na podstawie literatury, przedstawiono w tabeli I.

TABELA I. Obciążalność prądowa długotrwała [A] przewodów wielożyłowych o izolacji polwinitowej ułożonych pojedynczo w powietrzu, o temperaturze obliczeniowej 30°C

Analizując wartości przedstawione w tabeli można zauważyć, że obciążalności prądowe przewodów podawanych w najnowszej polskiej normie oraz normie niemieckiej są jednakowe. Wartości te są w dwóch przypadkach większe od wartości podawanych w PBUE [2] na podstawie rozporządzenia ministra z 1974 r. w sprawie doboru przewodów i kabli elektroenergetycznych do obciążeń prądem elektrycznym. Różnica ta wynika przede wszystkim ze zmian właściwości materiałów izolacyjnych, jakie dokonały się od lat 70. ub.w. do chwili obecnej.