3Nr 160

Instalacje elektryczne

Prof. dr hab. inż. Henryk MARKIEWICZInstytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej

KRYTERIA WYMIAROWANIA INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH

1. Wstęp

Instalacje elektryczne, tak jak każdy obiekt inżynierski, powinny być zaprojekto-wane i zrealizowane zgodnie z wymogami właściwych przepisów i norm oraz stanem wiedzy technicznej, w sposób zapewniający wieloletnią i bezpieczną ich eksploatację.

Prawo budowlane wymaga, aby każdy obiekt budowlany, w tym budynki wraz z różnorodnymi instalacjami i urządzeniami były zaprojektowane, zbudowane i utrzy-mane zgodnie z odpowiednimi:

·przepisami techniczno-budowlanymi,·polskimi normami,·zasadami wiedzy technicznej, zapewniającymi między innymi:

-bezpieczeństwo ludzi i mienia,-warunki użytkowe zgodne z przeznaczeniem obiektu,-racjonalne wykorzystanie energii,-warunki zdrowotne,-ochronę środowiska.

Spośród wielu przepisów techniczno-budowlanych oraz różnorodnych norm naj-bardziej istotnymi aktualnie aktami dotyczącymi instalacji elektrycznych w budyn-kach o różnorodnym przeznaczeniu są:

·Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 IV 2002 r. wraz z późniejszymi uzupełnieniami w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowia-dać budynki i ich usytuowanie,

·wieloarkuszowa norma PN-EN 60364 Instalacje elektryczne w obiektach bu-dowlanych,

·norma N-SEP-E-002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Insta-lacje elektryczne w budynkach mieszkalnych. Podstawy planowania.

W „Warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuo-wanie” w części dotyczącej instalacji elektrycznej podaje się m.in. następujące wy-magania:

§ 183. 1. W instalacjach elektrycznych należy stosować:·złącza instalacji elektrycznej budynku, umożliwiające odłączenie od sieci zasi-

lającej i usytuowane w miejscu dostępnym dla dozoru i obsługi oraz zabez-pieczone przed uszkodzeniami, wpływami atmosferycznymi, a także ingerencją osób niepowołanych,

·oddzielny przewód ochronny i neutralny, w obwodach rozdzielczych i odbior-czych,

·urządzenia ochronne różnicowoprądowe lub odpowiednie do rodzaju i przez-naczenia budynku bądź jego części, inne środki ochrony przeciwporażeniowej,

4

Instalacje elektryczne

·wyłączniki nadprądowe w obwodach odbiorczych,·zasadę selektywności (wybiórczości) zabezpieczeń,·przeciwpożarowe wyłączniki prądu,·połączenia wyrównawcze główne i miejscowe, łączące przewody ochronne

z częściami przewodzącymi innych instalacji i konstrukcji budynku,·zasadę prowadzenia tras przewodów elektrycznych w liniach prostych, równo-

ległych do krawędzi ścian i stropów,·przewody elektryczne z żyłami wykonanymi wyłącznie z miedzi, jeżeli ich

2przekrój nie przekracza 10 mm ,·urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej.Instalacje elektryczne w budynkach wybudowanych do roku 1990 zostały zreali-

zowane przy następujących ustaleniach wynikających z wymogów ustalonych w Prze-pisach Budowy Urządzeń Elektrycznych:

·moc zapotrzebowana przyjmowana na jedno mieszkanie wieloizbowe wyno-siła:-500 W na izbę, lecz nie mniej niż 2 kW na mieszkanie w budynkach

wzniesionych przed rokiem 1977, -1 kW na izbę, lecz nie mniej niż 4 kW na mieszkanie w budynkach

*)wzniesionych w roku 1977 i później. ·powszechne stosowanie przewodów o żyłach aluminiowych,·niewielkie przekroje przewodów, wynoszące na ogół:

2-1,5 mm w obwodach oświetleniowych, a w niektórych mieszkaniach również w obwodach gniazd wtyczkowych,

-2,5 mm w obwodach gniazd wtyczkowych, w mieszkaniu projektowano tylko jeden taki obwód,

-w budynkach 11-kondygnacyjnych WLZ wykonane często przewodami 3×ADY10 + ADY6; po roku 1977 zwiększono przekroje WLZ, stosując przewody 4×ALY16 lub nawet w sporadycznych przypadkach 4×ALY25,

-w budynkach 5-kondygnacyjnych WLZ wykonane jest najczęściej prze-wodami 4×ADY10 lub 3×ADY10 + ADY6, rzadziej przewodami 4×DY6.

Instalacje elektryczne wykonane zgodnie z podanymi tu ustaleniami z trudem wykonywały swoje zadania już w chwili ich realizacji, pomimo bardzo skromnego wyposażenia ówczesnych mieszkań w urządzenia i sprzęt elektryczny. Obecnie suma mocy znamionowych urządzeń elektrycznych w wielu mieszkaniach wynosi 30 i wię-cej kilowatów. Praktycznie nigdy nie są one wszystkie jednocześnie włączone, a mimo to często dochodzi do przeciążeń i działania zabezpieczeń przeciążeniowych. Zaradni użytkownicy wymieniają wtedy wkładki bezpiecznikowe na większe lub je „watują”. Skutkuje to tym, że instalacje takie nie mają żadnych zabezpieczeń przeciążeniowych i przez to może dochodzić do ich przeciążeń, co powoduje z kolei szybkie zużywanie się instalacji, a niekiedy i pożary. Stan techniczny instalacji elektrycznych w więk-szości budynków wybudowanych do roku 1990 jest z reguły niezadowalający i insta-lacje te powinny być stopniowo modernizowane.

*)

2

*) w budynkach zgazyfikowanych

5

Instalacje elektryczne

Nr 160

2. Jakość energii elektrycznej i pewność zasilania

Jakość energii elektrycznej to zbiór warunków, które umożliwiają funkcjono-wanie urządzeń i systemów elektrycznych zgodnie z przeznaczeniem bez widocznej utraty cech funkcjonalnych i trwałości. Jakość energii elektrycznej jest charaktery-zowana wieloma parametrami, takimi jak: wartość napięcia znamionowego, zmianami i szybkimi zmianami napięcia, zapadami napięcia, zawartością wyższych harmonicz-nych w napięciu, niesymetrią napięcia, przepięciami o częstotliwości bliskiej przemysło-wej i udarowymi, krótkimi i długimi przerwami zasilania. Dopuszczalne odstępstwa od wartości znamionowych napięcia w odniesieniu do przeciętnych odbiorców określa norma PN-EN 50160.

Rys. 1. Graficzna ilustracja parametrów napięcia zasilającego

100%

+10%

-10%

Na

pię

cie z

asila

jące

UR

MS

Na

pię

cie

zna

mio

no

we

(de

kla

row

an

e)

Zm

ian

y n

ap

ięci

aza

sila

jące

go

Szy

bki

e zm

ian

yn

ap

ięci

a

Mig

ota

nie

świa

tła

Za

pa

d na

pię

cia

Prz

ep

ięci

a prz

ejś

cio

we

< ±

10

%p

rze

z 9

5%

tyg

od

nia

<±

5%

,a

kilk

ara

zy

Plt <

= 1

prz

ez 9

5%

tyg

od

nia

1%

U RMS <1%

UR

MS >

1%

i < 9

0 %

> 3 m i n

< 3

min

do

kilk

use

kun

d

od

1 m

s d

oki

lku

seku

nd

do w artościnapię ci a

pr z ew odow ego

do 6 kVK

rótk

a p

rze

rwa

w z

asi

lan

iu

Dłu

ga

prz

erw

aw

za

sila

niu

Prz

ep

ięci

a d

ory

wcz

eo

czę

sto

tliw

ośc

i sie

cio

we

j

ci

ąg

u d

nia

< ±

10

%w

U A

1,1 U A

0,9 U A

U

U n

zapad napięci a, Dt > 10 m s

krótkaprzerw a

w zas il aniuDt < 3 m in

t

z a k r e s d o p u s z c z a l n y c h z m i a n n a p i ę c i az a s i l a j ą c e g o , 9 5 % s p o ś r ó d 1 0 - m i n u t o w y c h

p r ó b e k t y g o d n i o w e g o p o m i a r u

6

Instalacje elektryczne

2.1. Potrzeba rezerwowego zasilania i klasyfikacja odbiorców z punktu widzenia nie-zawodności zasilania

Rezerwowe zasilanie odbiorców nabiera coraz większego znaczenia w eksploa-tacji urządzeń i instalacji elektrycznych, co jest spowodowane głównie przez:

a) wymóg ciągłości zasilania wielu urządzeń elektrycznych, warunkujący bez-pieczeństwo ludzi oraz poprawną pracę urządzeń i poprawny przebieg procesu technologicznego,

b) wysokie koszty przerw produkcyjnych.Właściwa ocena potrzeb w zakresie rezerwowego zasilania wymaga rozpoznania

potrzeb w tym zakresie, co jest związane z odpowiednią klasyfikacją odbiorców. W literaturze można wyróżnić dwie odrębne grupy odbiorców z punktu widzenia niezawodności zasilania:

·odbiorcy przemysłowi,·odbiorcy komunalni, czyli zasilani z publicznych sieci rozdzielczych, zwykle

na napięciu nie wyższym od 1 kV.

Odbiorcy zasilani z publicznych sieci rozdzielczych, nazywani powszechnie od-biorcami komunalnymi, to oprócz budynków mieszkalnych większość budynków i obiektów użyteczności publicznej, takich jak szpitale, banki, urzędy administracji państwowej i samorządowej, kina, teatry, obiekty sakralne, stadiony sportowe, dworce kolejowe i lotnicze, obiekty handlowe. W dotychczasowej literaturze krajowej w za-sadzie brak było jednoznacznej klasyfikacji tej grupy odbiorców w zależności od wy-maganej pewności zasilania. W tabeli 1 zamieszczono taki podział, ustalony częściowo w oparciu o dane podawane w literaturze europejskiej.

Tabela 1. Podział odbiorców ze względu na niezawodność zasilania

Kat

egor

ie o

db

iorc

ów e

ner

gii

elek

tryc

znej

w

zale

żnoś

ci o

d s

top

nia

nie

zaw

odn

ości

zas

ilan

ia

Dopuszczalne stosunkowo długie przerwy w zasilaniu, rzędu wielu minut.

Zasilanie pojedynczą linią promieniową z sieci elek-troenergetycznej.Brak wymogu zasilania re-zerwowego.

Domy jednorodzinne na te-renach wiejskich i w rzad-kiej zabudowie miejskiej, nieduże bloki mieszkalne.

Przerwy w zasilaniu nie po-winny przekraczać kilku dziesiątek sekund.

Agregat prądotwórczy.Oświetlenie awaryjne.

Wysokie budynki mieszkalne.

Przerwy w zasilaniu nie po-winny przekraczać 1 sekun-dy.

Dwie niezależne linie za-silające z systemu elektro-energetycznego i system za-silania rezerwowego z pełną automatyką sterowania za-silania rezerwowego.

Duże hotele, szpitale, stacje radiowe i telewizyjne, dwor-ce kolejowe i porty lotnicze.

Zasilanie bezprzerwowe.Niedopuszczalna jest przer-wa w zasilaniu wybranych urządzeń.

Zasilanie bezprzerwowe ze źródła rezerwowego.Agregat prądotwórczy przy-stosowany do długotrwałe-go zasilania.

Wybrane odbiory w obiek-tach wymienionych w kate-gorii III, np. sale operacyjne szpitali, systemy kompute-rowe banków, giełdy.

Kategoria Wymaganiadotycząceniezawodności

Możliwerozwiązanie

Przykładowiodbiorcy

I – podstawowa

II – średnia

III – wysoka

IV – najwyższa

7

Instalacje elektryczne

Nr 160

2.2. Metody i środki poprawy niezawodności zasilania

Do istotnych parametrów urządzeń zasilania rezerwowego zalicza się:·moc źródła i maksymalny czas, w jakim jest ono zdolne dostarczać energię,·czas przełączenia, czyli czas upływający od chwili zaniku napięcia na źródle

zasilania podstawowego do chwili zasilenia odbiorów ze źródła rezerwowego,·sprawność,Do powszechnie spotykanych źródeł konwencjonalnych zalicza się (tablica 3):a) rezerwową linię zasilającą,b) agregaty prądotwórcze,c) układy bezprzerwowego zasilania (UPS ),d) baterie akumulatorów.

Tabela 2. Najczęściej stosowane źródła zasilania rezerwowego i ich podstawowe właściwości

rezerwowa, niezależna linia zasilająca z sieci elektroenergetycznej

nieograniczony

Rodzaj metody/urządzenia Zasób mocy Czas przełączenia Koszt instalacji

średni do wysokiego

od pojedynczych milisekund do kilkunastu sekund

bardzo wysoki

agregat prądotwórczy praktycznie nieograniczony

od bezprzerwowegodo kilku minut

średni do wysokiego

niskibaterie akumulatorów średni, zwykle 3-6 h od bezprzerwowegodo pojedynczych sekund

układy zasiania bezprzerwowego (UPS)

średni, zwykle 3-6 h od bezprzerwowegodo ułamków sekund

Przełączenie zasilania z linii podstawowej na rezerwową wymaga krótkiego czasu, zwykle rzędu pojedynczych sekund, niezbędnego na dokonanie czynności łączeniowych. Tam, gdzie taka przerwa w zasilaniu nie jest dopuszczalna, przełącze-nie realizowane jest przez specjalne elektroniczne układy przełączające STS, które umożliwiają niemal bezprzerwowe przełączenie zasilania na linię rezerwową.

Tabela 3. Porównanie podstawowych właściwości urządzeń rezerwowego zasilania

rezerwowa, niezależna linia zasilająca z sieci elektroenergetycznej

nieograniczony

Rodzaj metody/urządzenia Zasób mocy Czas przełączenia Koszt instalacji

średni do wysokiego

od pojedynczych milisekund do kilkunastu sekund

bardzo wysoki

agregat prądotwórczy praktycznie nieograniczony

od bezprzerwowegodo kilku minut

średni do wysokiego

niskibaterie akumulatorów średni od bezprzerwowegodo pojedynczych sekund

układy zasiania bezprzerwowego (UPS)

średni od bezprzerwowegodo ułamków sekund

Agregaty prądotwórcze mogą posiadać różne rozwiązania, oznaczone w artykule umownie jako grupa I i grupa II.

8

Instalacje elektryczne

Grupa I to agregaty, których uruchomienie następuje w chwili wystąpienia awarii (rys. 2a, b). Czas przełączenia ma w tym rozwiązaniu znaczne wartości i jest równy czasowi upływającemu od chwili wystąpienia przerwy w zasilaniu do chwili osiąg-nięcia przez generator pełnej gotowości do obciążenia. W najprostszym rozwiązaniu agregaty są załączane ręcznie.

Grupa II to agregaty o znacznie krótszych czasach przełączania: od ok. 2 s (rys. 2c) do przełączenia bezprzerwowego (rys. 2d). Układy te są wyposażone w koła zamachowe o znacznej masie, połączone z jednej strony na stałe z wirnikiem gene-ratora, a z drugiej strony ze sprzęgłem elektromagnetycznym oddzielającym je od sil-nika. W normalnych warunkach zasilania generator i koło zamachowe są stale na-pędzane.

Rys. 2. Graficzna ilustracja różnych rozwiązań agregatów prądotwórczych;1 – silnik spalinowy z rozrusznikiem, 2 – sprzęgło, 3 – generator, 4 – rozdzielnica,5 – koło zamachowe, 6 – silnik elektryczny do napędu generatora i koła zamachowego

odbiory

Zasilanie podstawowe z siecielektroenergetycznej

1

2 3

a)

odbiory

Zasilanie podstawowez sieci elektroenergetycznej

b)

4

c)

odbiory

Zasilanie podstawowez sieci elektroenergetycznej

5

6

odbiory

Zasilanie podstawowez sieci elektroenergetycznej

5

d)

6

9

Instalacje elektryczne

Nr 160

2.3. Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)

Układy UPS są obecnie powszechnie stosowane jako źródła zasilania rezerwo-wego przede wszystkim tam, gdzie czas przełączania powinien być bardzo krótki bądź zerowy. Statyczne układy UPS są obecnie produkowane w szerokim zakresie mocy znamionowych od 200 VA do 50 kVA (układy jednofazowe) i od 10 kVA do około 4000 kVA (układy trójfazowe). Chociaż podstawowym zadaniem UPS jest rezerwo-we zasilanie, niektóre z tych układów są również stosowane do lokalnej poprawy jakości energii elektrycznej. Sprawność układów UPS jest bardzo wysoka i zawiera się w zakresie od ok. 91% do ok. 97%.

Podstawowa klasyfikacja układów UPS rozróżnia trzy klasy :a) układy VFD (output Voltage and Frequency Dependent from mains supply),

w których zarówno napięcie wyjściowe, jak i częstotliwość są zależne od napięcia zasilającego,

b) układy VI (output Voltage Independent), w których wartość napięcia wyjścio-wego jest zależna od parametrów napięcia zasilającego,

c) układy VFI (output Voltage and Frequency Independent), w których wartość i częstotliwość napięcia wyjściowego są niezależne od parametrów napięcia zasilającego.

Tabela 4. Podstawowe właściwości znormalizowanych klas układów UPS

Klasyfikacjawg EN 50091-3

VFD VI VFI

Układy UPS z bierną rezerwą

Układy UPS do pracy w układzie sieci

o działaniu zwrotnym

Układy UPS z podwójnym

przetwarzaniem

Koszt niski średni wysoki

Regulacja napięcia brak ograniczona tak

Regulacja częstotliwości brak brak tak

Czas przełączenia krótki zero zero

Rys. 3. Schemat blokowy ilustrują-cy budowę i zasadę działania układu UPS z bierną rezerwą (VFD);S – łącznik, B – bateria akumulatorów,1 – tryb pracy w normalnych warunkach zasilania,2 – ładowanie baterii akumulatorów w normalnych warunkach pracy,3 – tryb zasilania rezerwowego

Sieć

Odbio

ry

S

1

B

2 3

10

Instalacje elektryczne

Ogólna topologia UPS z podwójnym przetwarzaniem jest przedstawiona na rys. 4. Podwójna konwersja polega na zamianie prądu pobieranego z sieci zasilającej na prąd stały, po czym przekształcenie go ponownie na prąd przemienny i zasilenie odbior-nika. Zaletami układów z podwójnym przetwarzaniem są: separacja odbiorów od sieci zasilającej, dogodna możliwość regulacji napięcia, możliwość regulacji częstotliwoś-ci (o ile to pożądane) oraz zerowy czas przełączenia.

Rys. 4. Schemat ideowy układu UPS pracującego w układzie sieci o działaniu zwrotnym (VI);TR – transformator, P – falownik/prostownik, B – bateria akumula-torów; 1 – droga zasilania odbiorów z sieci w normalnych warun-kach zasilania, 2 – droga ładowania baterii akumulatorów, 3 – dro-ga zasilania rezerwowego oraz interaktywnej poprawy wartości napięcia sieci w warunkach pracy normalnej

Siećzasilająca

Odbiory

1

Po

łącz

en

ieo

be

jści

ow

e

2 2

33

B

Tr P

Rys. 5. Podstawowa struktura układu UPS z podwójnym przetwarzaniem

S

Sieć

Odbi

ory

B

F

Połączenie obejściowe (by-pass)

pa

ss)

by-

)

P r z e k a ź n i ks a m o c z y n n e g o

z a łą c z e n iar e z e r w y ( S Z R )

U k ła d k o n t r o l in a p ię ć

w e j ś c i o w y ch

O d b io r yk a t e g o r i i I

O d b io r yk a t e g o r i i I I

EGS

BCB

RCB

B R

S1 S2

BCB

RCB

U B U R

UB

U R

EGS

0101010101 t 1

t 2

tG1

t3

t4

tG2

t

11

Instalacje elektryczne

Nr 160

3. Kryteria doboru przewodów i ich zabezpieczeń przetężeniowych

O doborze i wymiarowaniu przewodów decydują:·Warunki związane głównie ze środowiskiem wyznaczają one wymagany typ

przewodu lub kabla i sposób ochrony przed szkodliwymi oddziaływaniami śro-dowiska, warunki techniczne zaś ustalają napięcie znamionowe i przekroje przewodów.

·Kolejność postępowania przy wyznaczaniu przekrojów przewodów jest zaz-wyczaj następująca:-wyznacza się przekrój ze względu na obciążalność prądową długotrwałą,-sprawdza się, czy dobrany przekrój jest wystarczający ze względów mecha-

nicznych,-sprawdza się, czy spadki napięcia nie będą większe niż wartości graniczne

dopuszczalne,

Rys. 6. Schemat blokowy układu samoczynnego załączenia rezerwowego zasilania niskiego napięcia z niezależnej linii zasilającej wraz z diagramem czasowym jego działania; B – źródło zasilania podstawowego, R – źródło zasilania rezerwowego, BCB, RCB – wyłączniki, odpo-wiednio podstawowego i rezerwowego źródła zasilania, S1, S2 – łączniki załączające od-powiednio odbiory o wyższej i niższej kategorii zasilania, EGS – agregat prądotwórczy, UB, UR – zmierzone wartości napięć, odpowiednio źródła podstawowego i rezerwowego; diagram ilu-struje cykl pracy w sytuacji wyłączenia zasilania podstawowego i w chwili powrotu tego za-silania

12

Instalacje elektryczne

-sprawdza się, czy dobrane przekroje przewodów są wystarczające ze wzglę-du na cieplne działanie prądów przeciążeniowych.

Warunkiem niezbędnym, chociaż nie w każdych warunkach wystarczającym, jest, aby obciążalność prądowa długotrwała przewodów była nie mniejsza od prą-du obciążenia:

I ≥ I (1)z B

Tabela 5. Obciążalność prądowa długotrwała I przewodów o izolacji PVC ułożonych w różny Z

sposób według normy niemieckiej DIN VDE 0298-4 oraz zalecane (największe) prądy znamionowe bezpieczników I jako zabezpieczeń przetężeniowych; obliczeniowa temperatura NF

otoczenia υ = 25 °C0

13

Instalacje elektryczne

Nr 160

Prąd obciążenia z uwzględnieniem wyższych harmonicznych można obliczyć przy pomocy współczynników korekcyjnych.

Jeżeli prądy trzeciej harmonicznej I = (0,15-0,33)·I , to należy skorygować war3f

tość prądu obciążenia przez wprowadzenie współczynnika k = 0,86

i na tę wartość prądu należy dobrać przewody (I > I ).z Bk

Przy udziale trzeciej harmonicznej prądu zakresie (0,33-0,45)· , dobór prze-B

wodów dokonuje się na podstawie wartości prądu w przewodzie neutralnym = 3·

a skorygowane obciążenie

Jeżeli natomiast wartość trzeciej harmonicznej prądu > 0,45· , to prąd w przewodzie N wynosi = 3 i dla tej wartości prądu należy wyznaczyć wymaganą obciążalność przewodów ( > )

Ochronę przetężeniową przewodów wykonuje się przez zastosowanie bezpiecz-ników lub łączników z odpowiednimi wyzwalaczami lub przekaźnikami. Ochronę przetężeniową uważa się za skuteczną, jeżeli są spełnione warunki:

≤ I 1,452

-B

3f

I = I / k = 1,16I (2)Bk B 3f B

I I3f

I I ,N 3f

I = I / k = I / 0,86. (3)Bk N 3f N

I I3f B

I IN 3f

I I .z N

I I ≤IB N z

≤ Iz

Rys 7. Wartości obliczeniowych mocy szczytowych i prądy znamionowe wkładek bez-piecznikowych I wewnętrznych linii zasilających budynków o liczbie mieszkań n bez ogrze-NF

wania elektrycznego.krzywa A – dla mieszkań nie posiadających zaopatrzenia w ciepłą wodę z zewnętrznej, centralnej sieci grzewczej,krzywa B – dla mieszkań posiadających zaopatrzenie w ciepłą wodę z zewnętrznej, centralnej sieci grzewczej,krzywa C – dla mieszkań o obniżonym standardzie.*) – zalecany minimalny prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej zabezpieczenia przed-licznikowego i wewnętrznej linii zasilającej, ze względu na selektywność działania zabezpie-czeń nadprądowych

(4)

14

Instalacje elektryczne

w których:– prąd obliczeniowy lub prąd znamionowy odbiornika, jeżeli z danego obwodu

jest zasilany tylko jeden odbiornik,– prąd znamionowy lub prąd nastawienia urządzenia zabezpieczającego,– prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego. Jako prąd zadziałania bez-

pieczników można przyjmować wartości prądów probierczych górnych .

IB

IN

I2

If

Rys. 8. Relacja między różnymi prądami w obwodach zabezpieczonych przed skutkami prze-ciążeń. S – przekrój przewodów, F – bezpiecznik, PT (WT) – przekaźnik lub wyzwalacz prze-ciążeniowy.

W przypadku bezpiecznika:

1,6 < 1,45

skąd otrzymuje się zależność

< 0,9

I IN z

I I (5)N z

4. Spadki napięć w instalacjach: dopuszczalnych (rys. 9.) i zalecanych (tabela 6.)

Tabela 6. Zalecane spadki napięć w liniach elek-troenergetycznych

1234

< 100100 < S <250250 < S < 400

< 400

0,51,0

1,251,50

Lp. Moc przesyłana linią wlzw kVA

ΔU w %lzd

Rys. 9. Graniczne dopuszczalne spadki napięcia w instalacji elektrycznej w budynku mieszkal-nym wg [1, 11]; ΔU – dopuszczalny spadek na-lzd

pięcia w linii zasilającej wlz

Instalacje elektryczne

15Nr 160

5. Zabezpieczenia przewodów przed cieplnymi skutkami przetężeń i zwarć

Maksymalny czas trwania zwarcia:

2s – przekrój przewodu, mm ;k – współczynnik zależny od właściwości materiałów przewodowych i izolacyj-

nych

Tabela 7. Wartości współczynnika k dla różnych rodzajów przewodów

2

úû

ùêë

é=

I

sktkm

(6)

Wartość współczynnika k1/2 2[As /mm ]

Rodzaj przewodu

Przewody o izolacji z gumy powszechnego użytku, z butyle-nu, z polietylenu usieciowanego lub z gumy etylenowo-pro-pylenowej:

– z żyłami miedzianymi– z żyłami aluminiowymi

135 87

Przewody o izolacji z PVC:

– z żyłami miedzianymi– z żyłami aluminiowymi

115 74

Przekrój przewodu nie powinien być mniejszy od minimalnego s wyliczonego min

z zależności:

ktIs kk /min = (7)

6. Selektywność działania zabezpieczeń przetężeniowych

Selektywność jest zachowana, jeżeli całka Joule’a przedłukowa zabezpieczenia dalszego od miejsca zwarcia jest większa od całki Joule’a wyłączenia zabezpieczenia bliższego od miejsca zwarcia (tabela 8).

Zabezpieczenie przewodów przed skutkami zwarć: całka Joule'a òk

0

2

t

t

k dti

Tabela 8. Dopuszczalne wartości energii 2A = k ·s , jaka może być skumulowana K

w przewodzie miedzianym o izolacji z PVC i przekroju s w czasie trwania zwarcia t .

2

K

Tabela 9. Wartości przedłukowe (A ) oraz pr

wyłączania (A ) bezpieczników typu gL.w

Przekrój s [mm ]2 2Energia A [A s]K

13 20029 80082 700

212 000476 000

1 320 000

1016202535506380

100

78,4291640

1 2103 0305 7509 000

13 70021 200

6401 2102 5004 0006 750

13 70021 20036 00064 000

Prąd wkładki bez-piecznikowej [A] przedłukowej Apr wyłączania Aw

òdti2Wartości2[A s]

11,52,54610

WK AA > ò=w

0

2K

t

dtiA

òdti2

16

Instalacje elektryczne

Aby zachować selektywność działania bezpieczników powinny one różnić się co najmniej o dwa stopnie.

Rys. 10. Szkice układów połączeń i charakterystyki czasowo-prądowe zabezpieczeń przetęże-niowych, przy których są spełnione wymagania dotyczące selektywności działania:l – wartości prądów zwarciowych,k

I , I – prądy zadziałania wyzwalaczy zwarciowych bezzwłocznych (l ) i z krótką zwłoką wb wz wb

czasową (l )wz

Znacznie trudniejsze są warunki zachowania selektywności działania zabezpie-czeń, jeżeli w obwodach odbiorczych są wyłączniki, a kolejne zabezpieczenie sta-nowią bezpieczniki.

Nawet przy umiarkowanych wartościach prądów zwarciowych, przy wyłączni-kach 16 A bezpieczniki powinny być nie mniejsze niż 63 A.

Największe wartości prądów zwarciowych, przy których spełnione są jeszcze wa-runki selektywnego działania zabezpieczeń zwarciowych w układzie bezpiecznik – wyłącznik instalacyjny typu S190B podano w tabeli 10.

17

Instalacje elektryczne

Nr 160

Tabeli 10. Selekcja w układzie bezpiecznik – wyłącznik instalacyjny typu S190B

Rys. 11. Przebiegi prądu zwarciowego i wartości całki Joule’a w wyłącznikach 16 A różnych klas (1-3) oraz wyłącznikach N-LS firmy Siemens o charakterystyce typu B przerywających prąd zwarciowy IK

I w ANwI w ANF

Układ połączeń25 35 50 63 80 100 125 160

6

10

13

16

20

25

32

40

50

63

1,0

0,78

0,74

0,68

0,65

1,7

1,4

1,4

1,4

1,28

1,23

3,0

2,7

2,2

2,1

1,9

1,84

2,2

3,5

3,3

3,1

3,1

2,9

2,9

2,85

2,7

6

6

5,5

4,5

3,8

3,2

2,8

2,4

6

6

6

6

6

6

5

4

4

4

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6Prąd zwarcia w kA

I – prąd znamionowy ciągły wyłącznikaNWI – prąd znamionowy bezpiecznika; wg PN-87/E93100/01, charakterystyka gGNF

18

Instalacje elektryczne

7. Zalecane wyposażenie instalacji elektrycznych w mieszkaniach

Tabela 11. Zalecana minimalna liczba obwodów gniazd wtyczkowych ogólnego przeznaczenia i obwodów oświetleniowych w obwodach odbiorczych mieszkaniowych w zależności od powierz-chni mieszkania

Rys. 12. Pożądane charakterystyki czasowo-prądowe wyzwalaczy nadprądowych wyłączników w sieci rozdzielczej promieniowej wielostopniowej

2Powierzchnia mieszkania w mZalecana, minimalna liczba obwodów gniazd wtyczkowych

ogólnego przeznaczenia i oświetlenia

do 50 2

od 50 do 75 3

od 75 do 100 4

od 100 do 125 5

powyżej 125 6

Tabela 12. Zalecane wyposażenie instalacji mieszkaniowej w zależności od pożądanego stan-dardu mieszkania

Wyszczególnienie izby mieszkalnej

Kategoria I Kategoria II Kategoria III

liczbagniazd

wtyczko-wych

liczbagniazd

wtyczko-wych

liczbagniazd

wtyczko-wych

liczbapunktówoświetle-niowych

liczbapunktówoświetle-niowych

liczbapunktówoświetle-niowych

Sypialnia / pokój dzienny2≤ 12 m2≤ 20 m2> 20 m

345

112

579

223

7911

334

Nisza kuchennaKuchnia

4 1 7 2 9 3

57

22

79

23

811

23

Pracownia

Łazienka 3 2 4 3 5 3

19

Instalacje elektryczne

Nr 160

Wyszczególnienie izby mieszkalnej

Kategoria I Kategoria II Kategoria III

liczbagniazd

wtyczko-wych

liczbagniazd

wtyczko-wych

liczbagniazd

wtyczko-wych

liczbapunktówoświetle-niowych

liczbapunktówoświetle-niowych

liczbapunktówoświetle-niowych

1 1 2 1 2 2WC

Przedpokój o długości:

≤ 2,5 m> 2,5 m

11

11

12

22

13

33

Balkon, loggia o szerokości:

≤ 3 m> 3 m

11

11

12

11

23

12

1 1 2 1 2 1Piwnica, przyziemie

Pokój zainteresowań(hobby) 3 1 5 2 7 2

Łączna liczba obwodów:kuchenka elektryczna

zmywarkapralka

suszarka bieliznypodgrzewacz wody

piekarnikinne

11111––

1111211

1111212

Źródło: Markiewicz H., Referat na seminarium Oddziału Gliwickiego SEP, 2011 r. (do druku w Miesięczniku INPE przygotował T. Malinowski).

Rys. 13. Przykład wykonania tablicy roz-dzielczej i obwodów odbiorczych w domku jednorodzinnym lub w mieszkaniu wielo-izbowym, spełniających współczesne wy-magania techniczne1 – wyłącznik różnicowoprądowy,2 – wyłącznik instalacyjny jednobiegu-

nowy 16 A,3 – wyłącznik instalacyjny trójbieguno-

wy B 25 A: instalację należy wyko-nać przewodami miedzianymi o prze-

2kroju 1,5 mm , z wyjątkiem obwodu kuchenki elektrycznej