ELEKTRICKÝCH VEDENÍ. 10/2007 Václav Vrána

Transkript

1 DIMENZOVÁNÍ A JIŠTĚNÍ ELEKTRICKÝCH VEDENÍ 10/2007 Václav Vrána

2 1. Úvod OBSAH 2. Dimenzování vedení podle přípustnp pustného oteplení 3. Dimenzování vedení s ohledem na hospodárnost 4. Dimenzování vedení s ohledem na mechanické namáhání 5. Dimenzování vedení podle dovoleného úbytku napětí. 6. Dimenzování vedení s ohledem na účinky zkratových proudů 7. Dimenzování vedení s ohledem na správnou funkci ochrany před p úrazem elektrickým proudem 8. Postup při p i návrhu n vedení 9. Jištění

3 1. ÚVOD - elektrick lektrické vedení Druhy elektrických vedení: a) vedení z holých vodičů čů - převážně venkovní,, uvnitř objektů omezeně jako např.. trolejová vedení, přípojnicové rozvody, b) vedení v trubkách a lištách c) vedení z můstkových vodičů d) vedení kabelová

4 Průř ůřez vodiče e musí splňovat tyto 1) přípustnp pustné oteplení požadavky: 2) hospodárnost provozu 3) mechanickou pevnost 4) odolnost vůčv ůči účinkům m zkratového proudu 5) dovolené úbytky napětí 6) spolehlivou funkci ochrany před p úrazem elektrickým proudem

5 P v = β P i Určen ení výpočtov tového zatížen ení vedení a) výpočtov tové zatížen ení (P v ) : P v = β Pi β- je činitel náročnosti dané skupiny spotřebičů P i - P v - jsou výkony jednotlivých instalovaných spotřebičů výpočtový výkon

6 I V = P V 3 U cosϕ Určen ení výpočtov tového zatížen ení vedení b) Výpočtový proud : I V = P V 3 U cosϕ U...sdružené napětí P v..výpočtový výkon cosϕ.. střední účiník

7 2. Dimenzování vedení podle přípustného oteplení vodičů Teplota vodiče nesmí dlouhodobě překročit určitou hodnotu, při p i které by se zkracovala životnost jeho izolace. Nejvyšší dovolená teplota vodiče e je dána druhem izolace (u izolovaných vodičů čů). Na oteplení vodiče e mám vliv: - velikosti protékan kaného proudu - teplota okolí - možnosti odvodu tepla z povrchu vodiče, které jsou dány d uložen ením m vodiče.

8 dovolené proudové zatížen ení vodiče kde I NV (s ohledem na jeho dovolené oteplení) I DOV = I NV *k 1 * k 2 *...*k i NV jmenovitá proudová zatížitelnost udaná výrobcem pro okolní teplotu vzduchu 30 0 C k 1, k 2,..., k i přepo epočítací součinitele, respektující snížen ení zatížen ení v závislosti na způsobu uložen ení vodiče, jeho seskupení, okolní teplotu,, atd.

9 Příklady způsob sobů uložen ení dle normy ZPŮSOBY ULOŽEN ENÍ OZNAČEN ENÍ A B C D E Izolované vodiče e v trubkách zapuštěných v izolačních stěnách Izolované vodiče e uložen ené v trubkách nebo lištách na stěně Kabely vícežilové uložen ené na zdi., ve zdivu, na podlaze Kabely vícežilové uložen ené v trubkách v zemi, nebo přímo p v zemi Kabely 2 3 žilové uložen ené na vzduchu POPIS

10 Výběr z normy pro měděné (Cu) vodiče s PVC izolací Jmen. průř ůřez vodičů Při i dvou zatížených vodičích Dovolené zatěž ěžovací proudy [A] pro jednotlivé způsoby uložen ení Při i třech t zatížených vodičich ich mm 2 A B C D E A B C D E

11 3. Dimenzování vedení s ohledem na hospodárnost Toto kritérium rium mám zajistit aby celkové investiční a provozní náklady na vedení byly co nejmenší ší. Zjednodušen eněřečeno, eno, čím m většív průř ůřez vodičů použijeme, tím t m bude vedení dražší ší,, ale na druhé straně bude mít m t menší odpor a menší ztráty ty za provozu. Účelem návrhu n podle tohoto kritéria ria je nalézt hospodárný průř ůřez vedení jemuž odpovídá minimum celkových nákladn kladů,, při p i určit ité předpokládané životnosti vedení a předpoklp edpokládaném m zatížen ení. Podrobněji se tímto t kritériem riem nebudeme zabývat.

12 4. Dimenzování vedení s ohledem na mechanické namáhání Vodiče e musí být schopny odolávat mechanickému mu namáhání,, které může e nastat: - při i montáži, - nebo během b provozu (pohyblivé přívody, v pohyblivých prostředc edcích, ch, vedení na pracovních ch strojích apod.) - při i zkratových proudech. Průř ůřezy vodičů musíme me navrhnout tak, aby z hlediska mechanické pevnosti snesly nejvyšší namáhání které může e v provozu nastat.

13 Minimáln lní průř ůřezy s ohledem na mechanické namáhání Normy udávaj vají minimáln lní průř ůřezy pro jednotlivé druhy vedení,, místo m jejich použit ití,, způsob uložen ení. Např.. pro pohyblivé prodlužovac ovací přívody o zatížen ení do 6, (10) A je to průř ůřez 1, (2,5) mm 2 Pro venkovní vedení se většinou v požívaj vají tzv. Al-Fe lana, což jsou lana s jádrem z ocelových drátů,, které zajišťuj ují mechanickou pevnost lana. Jádro J je opleteno hliníkovými dráty, které mají lepší elektrickou vodivost. Pro tato vedení je minimáln lní průř ůřez 16 mm 2. Podrobněji je návrh n mechanické pevnosti vodičů popsán n v odborné literatuře

14 5. Dimenzování vedení podle dovoleného úbytku napětí Průchodem proudu vodičem vzniká na něm n úbytek (ztráta) ta) napětí U,, dle vztahu = V V kde R V.. odpor vodiče e (vodičů čů) proud tekoucí vodičem I V Úbytek napětí může e způsobovat nefunkčnost nost zařízen zení včetně následných poruch a havarií

15 a) pro jednofázový rozvod : 2 ρ l P ÚBYTEK NAPĚTÍ : U = S U f (úbytek je na fázovém i nulovém vodiči) kde: U [V] - je úbytek fázového napětí ρ [ Ω mm 2 /m ] - je rezistivita (měrný odpor) vodiče S [ mm 2 ] - je průřez vodiče P [W] - je výkon přenášený po vedení U f, U S [V] - je fázové a sdružené napětí

16 b) pro trojfázový rozvod : U = ρ S l P U S Poznámka: (úbytek je pouze na fázovém vodiči ) kde: U [V] - je úbytek fázového napětí ρ [ W mm 2 /m ] - S - je průřez vodiče (mm 2 ) je rezistivita (měrný odpor) vodiče P [W] - je výkon přenášený po vedení U f, U S [V] - je fázové a sdružené napětí

17 Vyhodnocení úbytku napětí Musí platit DOV kde U DOV DOV dovolená hodnota dle normy pro daný druh rozvodu např: u DOV [%] : 5 pro některn které průmyslov myslové rozvody 10 pro rozvod

18 6. Dimenzování vedení s ohledem na účinky zkratových proudů a) Mechanické účinky (zejména u holých vedení) Síla působp sobící mezi dvěma rovnoběž ěžnými vodiči i protékanými proudem je dána d vztahem: F = I 2 10 l l (N; A, m, m) I kde: I... proud protékající vodiči, a... vzájemná vzdálenost vodičů l... délka souběhu vodičů

19 Dimenzování vedení s ohledem na účinky zkratových proudů b) Tepelné účinky (zejména u izolovaných vedení) Při i zkratu můžm ůže e v důsledku d velkých zkratových proudů dosáhnout teplota vodičů vysokých hodnot (i přes p 200 C), Nadměrn rné ohřátí vodiče e (by mohlo způsobit u izolovaných vodičů poškozen kození izolace popř. i požár Důležitou veličinou je znalost zkratového výkonu, nebo počátečního zkratového proudu (proud, který teče v daném místě rozvodu v prvním okamžiku po zkratu než zareagují ochrany).

20 7. Dimenzování vedení s ohledem na správnou funkci ochrany před p úrazem elektrickým proudem Při poruše (zkratu) musí dojít k automatickému odpojení od napájecí sítě v čase kratším než je smluvní vypínacíčas uvedený v následující tabulce Druh zařízen zení Držen ená v ruce Pevná 0.8 s SMLUVNÍ VYPÍNAC NACÍ 0.4 s 0.4 s 5 s 0.2 s ČAS 120 V 230 V 277 V 400 V 580 V 0.1 s Velikost poruchového proudu a tím i doba vypnutí jistícím prvkem jsou závislé na impedanci (ptůřezu) vedení

21 Filosofie jištění : 8. Jištění Účel jištění - je zabránit škodám m nebo ohrožen ení lidí, zařízen zení,, výroby a to: preventivně zabránit vzniku nenormáln lních stavů nebo možnost ností vzniků následných poruch omezit následky n poruch na nejmenší míru. Nenormáln lní stavy a poruchy u elektrického rozvodu (vedení) Mohou být např.. přetp etížení, zkraty, zemní spojení, přerušení obvodu

22 Rozdělen lení jištěných jevů dle časové následnosti : 1. Skupina : Obsahuje poruchy vyžaduj adující okamžitý,na napětí sítě nezávislý zásah ochrany. Jedná se předevp edevším m o zkraty 2. Skupina : Např. přetížení, zemní spojení, zmenšení izolačních odporů, nárůst teploty. Poté dochází k vyhodnocení nebezpečného stavu, jeho signalizaci a k následnému (opožděnému) vypnutí obvodu.

23 8.2 ZákladnZ kladní požadavky kladené na jistící přístroje 1. Ochrana elektrického zařízen zení před nadproudy : t v [s] Přetěžovací charakteristika EZ [ ] I 2 t k 2 S 2 Vypínací charakteristika JP I [ka] Obr. Charakteristiky při jištění kde : [I 2.t] Joulův integrál charakterizující energii propuštěnou JP k...činitel zohledňující vlastnosti jádra a izolace vodiče EZ elektrické zařízení JP jistící přístroje

24 8.2 ZákladnZ kladní požadavky kladené na jistící přístroje 2. Selektivní působení JP : t v [s] JP2 JP2 JP 1 JP 1 Obr. Selektivita při jištění I [ka]

25 3. Kaskádov dování předřazený JP (nejčast astěji pojistka) omezí zkratový proud pro podřazený JP, který můžm ůže e mít m t nižší vypínac nací schopnost (snížen ení investičních nákladn kladů). Použit ití v případech, padech, kdy není důležitá selektivita např.. pro jištění vývodů v rozváděč ěčích

26 4. Ochrana samočinným odpojením od zdroje L1 L2 L3 I NJP K I Z PEN I ZK neživá část EZ Obr. Princip ochrany samočinným odpojením Kde : I NJP jmenovitý proud jistícího přístroje I z... dovolený proud vodiče K... součinitel pro přiřazení zohledňující typ, uložení, seskupení vodičů včetně teploty okolí.

27 Jmen. průř ůřez Jmenovité proudy jistícího prvku I njp [A] pro jednotlivé způsoby uložen ení Při i dvou zatížených vodičích Při i třech t zatížených vodičich ich mm 2 A B C E A B C E