OBLICZENIA INSTALACJI ELEKTRYCZNEJ

(w odniesieniu do napędów rolet)

- dobór przekrojów przewodów, instalacyjne wyłączniki nadprądowe, impedancja pętli zwarciowej, rezystancja izolacji -

Menu START Strona ta dedykowana jest Osobom chcącym uzyskać - na przykładzie instalacji roletowej - rozeznanie i praktyczną umiejętność w doborze przewodów i zabezpieczeń . Omawiany przypadek jest stosunkowo prosty, jednak pozwala zapoznać się z trybem projektowania instalacji elektrycznej.
Obowiązuje tu zawsze zgodność z normą:  PN-IEC 60364.  Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Przywołując jej zapisy w odniesieniu do instalacji zasilająco-sterującej roletami, należy brać pod uwagę dobór przekroju przewodów stosownie do:
  1. ich dopuszczalnej maksymalnej temperatury (trwałość izolacji przewodów i osprzętu),
  2. dopuszczalnego spadku napięcia (poprawność działania odbiorników),
  3. maksymalnej impedancji ze względu na zabezpieczenie od zwarć (bezpieczeństwo porażeniowe i pożarowe).
Poniżej podano, w dostosowanej do tematu strony formie, procedurę doboru przewodów i zabezpieczeń.

krok I

Przekrój przewodu zależy od wartości maksymalnego prądu, jaki w warunkach normalnej pracy mogą pobierać razem podłączone do niego napędy. Producenci napędów podają z zasady moc P [W] i prąd I [A] silnika. Ponieważ silniki te można zaliczyć do kategorii użytkowania AC1 z cosφ=0,95 (jak urządzenia grzewcze- kto sprawdził, to wie jak się grzeją), to sumaryczny  obliczeniowy prąd szczytowy  IB [A] pobierany przez grupę silników o mocach P1...Pn [W] wynosi:

IB=1,05⋅(P1+P2+P3+...+Pn)/230

Jeżeli wszystkie te napędy zasilane są jednym przewodem, to powinien on cechować się odpowiednią  długotrwałą obciążalnością  Iz [A]. Dla przewodów miedzianych, wielożyłowych układanych wewnątrz ocieplonych ścian - sposób A1 bezpośrednio, sposób A2 w rurkach - w zależności od przekroju żyły s [mm2] wynosi ona (PN-IEC 60364-5-523:2001 dla izolacji PVC, dwie żyły obciążone, max.temperatura żyły 70°C, max.temp.powietrza otoczenia  30°C ):

 s  [mm2]  1,0  1,5  2,5  4,0
 Iz  [A] → A1  11,0  14,5  19,5  26,0
 Iz  [A] → A2  11,0  14,0  18,5  25,0

Obciążalność długotrwała przewodu Iz powinna być niemniejsza niż In - prąd znamionowy bezpiecznika  (wyłącznika nadprądowego). Ten z kolei, by zapobiec zbędnym zadziałaniom bezpiecznika powinien być niemniejszy niż obliczeniowy prąd szczytowy obwodu  IB.

IzInIB

Z powyższych danych określamy sumaryczną moc, a więc i ilość napędów możliwych do zamontowania w instalacji wykonanej przewodami o zadanym przekroju. Skoro np. przewód 1,5mm2 umożliwia przepływ prądu Iz=14,5A, do czego dobieramy bezpiecznik - wyłącznik nadprądowy - zabezpieczający przewód o In=10A, to P1+P2+..Pn ≤ 230V⋅10A⋅0,95=2,2kW. W takiej instalacji możemy zatem zamontować 22 silniki 100-watowe albo 9 napędów o mocy 240W.

Nie jest przy tym ważne, jak prowadzone są połączenia: posobnie - jedną szyną 5-przewodową czy też rozgałęźnie - paroma szynami wyprowadzonymi z rozdzielnicy instalacyjnej. Ważne jest natomiast, by  żaden odcinek instalacji nie był wykonany przewodem o mniejszym przekroju  (większy może być i jest zalecany na długich odcinkach odległych doprowadzeń). Dotyczy to również żył sterowniczych, w których normalnie płyną jedynie znikome prądy wzbudzenia przekaźników.
Jeżeli jednak zmniejszenie przekroju ma miejsce, to odcinki takie muszą być zabezpieczone dodatkowo bezpiecznikami o niższym nominale. Przykładem są silniki napędów rolet posiadające fabryczne wyprowadzenia o przekroju s=0,75mm2. Bezpiecznik dobrany do przekroju szyny 5-przewodowej może nie wyłączyć prądu awaryjnego takiego silnika, uszkadzając izolację jego przewodów. Aby temu zapobiec każdy RCS (łącznik zdalnie sterowany) został wyposażony w  dodatkowy bezpiecznik In=3,15A .

krok II

To jednak jeszcze nie wszystko, co musimy wiedzieć. Tak jak przewód nie ulegnie uszkodzeniu po nikłym wzroście prądu ponad wartość Iz , tak i bezpiecznik nie przepali się od razu po wzroście prądu ponad In. Wartości graniczne wynoszą tu odpowiednio: 1,45⋅Iz dla uszkodzenia przewodu na skutek 1-godzinnego przeciążenia oraz kIn dla skutecznego przepalenia bezpiecznika po charakterystycznym dla niego czasie. Wartość tego czasu jak i stała k, są ustalone normami dla danego rodzaju bezpiecznika. W przypadku  nadprądowego wyłącznika instalacyjnego , będącego obecnie typowym zabezpieczeniem w instalacjach budynków mieszkalnych k=1,45, zaś charakterystyczny  czas wyłączenia prądu o wartości ≥ 1,45⋅In jest mniejszy od 1 godziny .
Przy prawidłowo dobranym bezpieczniku (wyłączniku nadprądowym) powinien być spełniony następujący warunek:

n=In /Iz ≤ 1,45/k

gdzie przez n oznaczamy  stopień wyzyskania przewodu .
Odnosząc tę zależność do przewodów o żyłach 1,0mm2 i 1,5mm2 zabezpieczanych wyłącznikiem nadprądowym In=10A, mamy odpowiednio n=10/11=0,91< 1,45/1,45=1 oraz n=10/14,5=0,69< 1. Oznacza to, iż oba przewody mogą być zabezpieczone tym samym wyłącznikiem. Zastosowanie w tym przypadku następnego w szeregu wyłącznika In=16A będzie natomiast błędem (choć według niektórych "źródeł" jest to poprawne), gdyż n>1!

krok III

Poprzednio pominęliśmy problem spadków napięcia na obciążonym przewodzie. Przyjmuje się, iż spadek napięcia na obu żyłach kabla zasilającego odbiornik jednofazowy nie może być większy niż 3% napięcia zasilającego. Wiedząc, iż w linii ma być zainstalowanych "" jednakowych napędów o prądzie znamionowym I oraz znając długość [m] przewodu:

L1 od przyłącza do pierwszego napędu w linii,
L2 od pierwszego do drugiego napędu w linii,
.........
Li od przedostatniego do ostatniego napędu w linii, musimy sprawdzić, czy graniczny spadek napięcia nie będzie większy niż wymagane przepisami  ΔU≤3% .
Z poniższej tabeli odczytujemy właściwą dla przekroju kabla wartość oporności odcinka o długości 1km (IEC 60228).

 s  [mm2 0,75  1,0  1,5  2,5  4,0
 R1km  [Ω]   24,5  18,1  12,1  7,41  4,61
i wstawiamy do wzoru:

ΔU [%]=2⋅{iL1+(i-1)⋅L2+(i-2)⋅L3+...+Li}⋅R1kmI /2300

Stosując różne średnice przewodów czy moce napędów, wzór powyższy należy odpowiednio przekształcić, co prowadzi do usunięcia nawiasów.

Dokonajmy przykładowego przeliczenia dla linii wykonanej przewodem 1,5mm2, zasilającej 5 napędów 100W/ 0,45A każdy, z których pierwszy oddalony jest o 25m od początku linii, a 4 następne montowane są w odstępie 7 m od siebie:
     ΔU%= 2⋅(5⋅25+4⋅7+3⋅7+2⋅7+1⋅7)⋅12,1⋅0,45/2300= 0,92%<3%
Przy zachowaniu takich samych założeń i zwiększeniu ilości napędów do 10 otrzymamy ΔU=2,7% , co należy uznać za przypadek graniczny dla jednej linii o przekroju i z napędami jw. Gdyby próbować zastosować tu przewód 1,0mm2, to przekroczymy normatywną granicę, gdyż ΔU=4%, zaś dopuszczalna w linii ilość napędów to 8 szt.(2,8%).

krok IV

Krok ten polegający na sprawdzeniu zdolności wyłączania prądów zwarciowych został już praktycznie dokonany. Obowiązuje bowiem zasada, że jeżeli bezpiecznik pełni rolę zabezpieczenia przeciążeniowego przewodów (krok II), to nie trzeba sprawdzać, czy zabezpiecza on je również przy dużym prądzie zwarciowym.
Ponieważ z założenia w instalacjach roletowych stosowane są nadprądowe wyłączniki instalacyjne, to chroniąc przed przeciążeniem chronią one również przed zwarciami. Trzeba tylko wiedzieć, że kategoria obciążenia AC1, do której zaliczamy napędy rolet, pozwala na stosowanie nadprądowych wyłączników instalacyjnych o typie "B" charakterystyki członu zwarciowego. Przy gwarantowanym wyłączeniu prądu przeciążenia I2 =1,45In w czasie krótszym od godziny, wyłączają one również w czasie poniżej 0,1 sek. prąd zwarciowy niemniejszy niż 5In.

W zależności od bezzwłocznego zakresu zadziałania wyzwalacza elektromagnesowego, czasowo-prądowe charakterystyki wyłącznika dzieli się na 3 typy: B, C oraz D. Dla wszystkich typów "długoczasowa" granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych zawiera się od 1,13 (prąd I1) do 1,45 (prąd I2) krotności prądu znamionowego wyłącznika In (temperatura odniesienia 30°C). Trzeba tu dodać, iż dla danego czasu wyłączenia prąd I1 to najmniejsza, a prąd I2 to największa wartość obciążenia, przy której zadziała wyłącznik nadprądowy w zarówno w przeciążeniowej jak i zwarciowej części swej charakterystyki.

     

krok V

Ostatni już etap działań ma charakter praktyczny, gdyż dotyczy sprawdzenia czy prawidłowo zaprojektowana instalacja została także poprawnie wykonana. Cóż bowiem z tego, że przewody będą miały właściwe przekroje zaś zabezpieczenia wartości, gdy na skutek zwarcia będzie mógł popłynąć prąd nie większy np. od wartości 3In zamiast prądu większego od 5In, co jak już wiemy gwarantuje zadziałanie zabezpieczenia typu B w czasie poniżej 0,1 sekundy?
Dla takiego "kiepskiego zwarcia" przy zabezpieczeniu In=10A moc wydzielana w instalacji (nie mylić z mocą pobieraną przez napędy) wyniesie ok. 7kW. Zgodnie z zamieszczoną wyżej charakterystyką stan ten może trwać do 10 sekund, co prawdopodobnie w niesprzyjających okolicznościach wystarczy do zainicjowania pożaru albo przynajmniej trwałego uszkodzenia części instalacji.

Czym "kiepskie zwarcia" są powodowane - przyczyn może być wiele i mogą pojawiać się w trakcie eksploatacji. Z reguły w instalacji z rozgałęzieniami problemem jest jakość zestyku na łączówkach czy płytkach rozgałęźnych. Punkty te, gdzie ciągłość żyły oraz jej izolacji została drastycznie naruszona przez przecięcie i odizolowanie przewodu, są podatne na narażenia środowiskowe i błędy montażowe. Inną występującą często przyczyną jest uszkodzenie izolacji przewodów przez np. wbicie gwoździa między żyły przewodu niewidocznego pod tynkiem, co zamyka obwód w sposób niejednoznaczny z elektrycznego punktu widzenia.

Rozwiązaniem tego problemu są  badania odbiorcze i eksploatacyjne instalacji . Nie wchodząc w szczegóły w omawianym typie instalacji istotne jest zachowanie dwóch parametrów:

Impedancję pętli zwarciowej mierzy się - dla kompletnie wyposażonego i zasilanego odgałęzienia instalacji - w punkcie najbardziej odległym od rozdzielnicy. Jest ona wyznaczana normatywnie z uwagi na  sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej , co z uwagi na charakter środowiska pracy napędów kwalifikuje je do wyłączenia w czasie krótszym od 0,2 sekundy.
Jednak z podanych wyżej powodów pomiar ten warto również przeprowadzić między żyłami L1, A, B a żyłą N szyny 5-przewodowej, co zwiększy stopień bezpieczeństwa oraz kontroli nad jakością wykonania instalacji.
Z kolei pomiaru rezystancji izolacji dokonuje się zewnętrznym źródłem napięcia po wcześniejszym odłączeniu zasilania oraz odbiorników (zdemontowane RCS-y). Z tego względu jest to pomiar trudniejszy od wyznaczenia impedancji pętli zwarciowej. Izolację bada się w każdym punkcie nieciągłości połączeń. Przykładowo po zdemontowaniu separatora sterowania strefy (RCS3), należy zbadać oporność izolacji przewodów sterujących A i B z obu stron, tj. na gnieździe wejściowym i wyjściowym układu.

Pomiary muszą być prowadzone w trakcie badań odbiorczych jak i okresowych. Te ostatnie należy w warunkach normalnej eksploatacji przeprowadzić nie rzadziej niż co  5 lat  , zaś w czasie trwania prac budowlanych minimum 2 razy rocznie, szczególnie w okresach wzrostu narażeń (wilgoć, uszkodzenia izolacji itp.).
Z uwagi na profesjonalny charakter pomiarów elektrycznych przedstawione wyżej dane mają dla inwestora i użytkownika instalacji wyłącznie znaczenie informacyjne. Szczegółowe, obowiązujące w tym względzie wymagania zawiera norma: PN-HD 60364-6:2008. Instalacje elektryczne niskiego napięcia Część 6: Sprawdzanie. ( poprzednio: PN-IEC 60364-6-61:2000 ).

W Unii Europejskiej przyjęto stosowanie docelowo norm europejskich opracowanych przez Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki (CENELEC) opartych, o ile to możliwe, na postanowieniach norm międzynarodowych opracowanych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC). Normy CENELEC są oznaczane literami HD (Dokument Harmonizujący - norma tymczasowa) oraz EN (Norma Europejska).


Więcej informacji:
  np. Kompendium wiedzy - Obciążalność oraz zabezpieczenia przewodów i kabli
  e-mail ... →  Menu START