Dimenzování vodičů

Základní informace o postupu a vlivech.

1) podle procházejícího proudu I = koef. * Ip (proud podle průřezu vodiče)

Tabulka odporu vodiče délky 1 kilometr při provozní teplotě 70 ^oC

průřez [mm2 ]	Odpor Cu [Ohm/km]	Odpor Al [Ohm/km]
1,5	14,0	-
2,5	8,4	13,7
4	5,3	8,5
6	3,5	5,7
10	2,2	3,4
16	1,4	2,1
25	0,8	1,4

2) podle vzdálenosti = délky vodiče

Informativní tabulka délky vodiče v domovním rozvodu s ohledem na zatížení a jisticí prvek – pro ochranu před dotykem v síti TN 230 V – pro max rychlost vypínací odezvy 0,2 sec – a s ohledem na oteplení zatíženého vodiče

obvod / vedení	průřez Cu [mm2 ]	průřez Al [mm2 ]	Odpor 100 metrů délky [Ohm]	pojistka [A]	max. délka [m]
světelný nebo zásuvkový do 6 kW	1,5	2,5	1,17	10	50 až 150
světelný nebo zásuvkový do 10 kW	2,5	4	0,72	16	30 až 160
hlavní domovní přívod	10	16	0,18	63	50 až 160
hlavní domovní přívod	16	25	0,12	80	140

3) podle hodnoty povoleného úbytku napětí – není-li předepsáno, bere se max. 5 %,

4) podle požadavků na čas vypnutí (vzhledem k druhu ochrany a vzdálenosti o jisticího prvku),

5) podle časového zatížení (trvalý chod, cyklické zatěžování, přerušovaný chod,….),

6) podle stále (převládající) okolní teploty – oteplení po zapnutí narůstá (1- exp) je na cca 63%, max povolené teploty za 35 (samostatný vodič 1,5) až 3200 sec u Cu a 56 (samostatný vodič 2,5) až 2700 sec u Al = maxima (95 %) pak bývá dosaženo za další cca 3 až 5 násobek této doby – oteplení jádra kabelu cca 35 ^oC a pro vodiče 45 ^oC – ale max se bere 60 ^oC až 70 ^oC (spec. isolace i přes 80 ^oC – pro pece existují kabely, které snesou i přes 130 ^oC) – překračování znamená zhoršení životnosti,

7) podle polohy kabelu – svislé (0,95 až 0,8) * vodorovné * šikmé – upevněné * volně zavěšené,

8) podle způsobu uložení – v zemi se bere teplota okolí 0 až 20 ^oC při hl. přes 70 cm – ve vodě lze oteplení zvýšit až na cca 1,4 - kabelový kanál (zhoršení – 0,85 až 0,5 podle rozměru kanálu a počtu vodičů),

9) podle počtu kabelů či volných vodičů (pro 20 kusů a více klesá až na 0,2) uložených vedle sebe (těsně * volně) – ohled se bere i na počet žil v kabelu a případně i jejich vytížení (není –li dlouhodobě shodné).

Vodiče a kabely mohou být dlouhodobě zatěžovány jen takovým proudem, aby byla zajištěna dostatečná životnost jader a izolací. Nejvyšší dovolená provozní teplota jader vodičů a kabelů v závislosti na druhu izolace je stanovena v tabulkách. Pro kabely AYKY, CYKY je to 70 °C. Dovolené proudové zatížení (dovolený proud)

I = k1 x k2 ...... ki x IN

IN -  jmenovitý proud - jsou stanoveny v tabulkách:

 INV - ve vzduchu, při 30 °C, uložení E, G2

 INZ - v zemi, při 20 °C, uložení D

k1 , k2 , ... ki - přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti pro podmínky a způsob uložení, jsou uvedeny v tabulkách

Čl. 523.2 - 523.7 Okolní teplota

Jest-li že se teplota liší od 30 °C ve vzduchu, 20 °C v zemi. Korekce není nutná, překračuje-li teplota půdy 23 °C jen po dobu několika týdnů v roce a teplota vzduchu přesahuje 30 °C jen několik hodin denně a jen na několik týdnů v roce.

Tepelný odpor půdy

Jmenovité a dovelené proudy stanovené v tabulkách jsou stanoveny za předpokladu, že teplený odpor půdy je 0,7 K x m/W, což je průměrná hodnota pro půdu v našem státě. Korekce je nutná jen v případech uložení kabelů na velmi suchých pozemcích.

Seskupení několika obvodů (detailně viz ČSN)

Hodnoty dovolených proudů platí pro jednoduché obvody:

2 jednožilové kabely nebo 2 žilový kabel

3 jednožilové kabely nebo 3 žilový kabel

Je-li v jednom seskupení větší počet kabelů musí se použít přepočítací činitelé.

Uložení u stěny, nebo v zemi, A, B, C, D, E, F, G.

Uložení na kabelové lávce H, J, K, M, N, P.

Uložení na hácích nebo kabelovém roštu L, Q.

Další přepočítací činitelé se uvažují:

Pro vodiče se 4. zatíženou žilou

Při krátkodobém přerušovaném chodu, nebo zatížení kabely uložené v omítce, v korýtkách, kanálcích a dalších - uvedeno v normě.

Jestliže se na trase kabelů střídají podmínky, musí být dovolené proudy stanovené pro tu část, která vykazuje nejnepříznivější podmínky. Je-li délka tohoto úseku do 10 m, může se pro tento úsek připustit provozní teplota až o 10 °C vyšší.

Čl. 523.N52 Dimenzování vedení podle úbytku napětí

Vodiče a kabely jednotlivých částí elektrického rozvodu musí být dimenzovány tak, aby při předpokládaném zatížení nezpůsobily nedovolený pokles napětí na svorkách spotřebičů. Konkrétní požadavky jsou obsaženy v různých technických normách.l

ČSN 332130 - vnitřní rozvody občanské a zemědělské výstavby.

Mezi přípojkovou skříní a rozváděčem za elektroměrem je dovolený úbytek:

- u světelného a smíšeného odběru  2 %

- u jiného než světelného  3 %

Mezi rozváděčem za elektroměrem a spotřebičem:

- u světelných obvodů  2 % (nejvýše 4 %)

- u tepelných obvodů 3 % (nejvýše 6 %)

- u ostatních obvodů 5 % (nejvýše 8%)

ČSN 341610 - průmyslové rozvody.

- motory  (mimo jeřáby, při normálním zatížení) 5 %

- světelné zdroje 3 %

- venkovní osvětlení a kabelové kanály 8 %

- tepelné spotřebiče  5 %

ČSN 332190 - všeobecně stroje a pohony s elektromotory:

- elektromotory na krátko při spouštění  7 %

- elektromotory při ustáleném chodu 7 %

Není-li dovolený pokles předepsán, platí zásada, že v místě spotřebiče nemá být pokles napětí větší než 5 %. V pevných instalacích v budovách 4 %.

Čl. 523.N54 Dimenzování vedení podle hospodárnosti.

Vodiče a kabely mají být dimenzovány tak, aby nebyly zatěžovány více než hospodárným proudem, aby celkové roční náklady na jejich pořízení, provoz a údržbu byly optimální.

S = k x Ip x ÖT

k - součinitel podle druhu vedení

Ip - výpočtový proud

T - doba plných ztrát (podle počtu provozních hodin za rok)

Čl. 523.N55 Dimenzování vedení podle mechanického namáhání.

Vodiče a kabely musí být dimenzovány tak, aby odolaly mechanickým namáháním, kterým mohou být vystaveny při běžném provozu. Jsou to zejména venkovní vedení, pohyblivé přívody, na pracovních strojích a pod. Proto pro ně příslušné předpisy stanoví minimální průřezy.

ČSN 341015 - Vedení z holých vodičů do 1000 V uvnitř budov:

rozpětí do  2 m 4 mm2 Cu  6 mm2 Al

 2 - 10 m 4 mm2 Cu 10 mm2 Al

u vnějších rozvodů 6 mm2 Cu 16 mm2 Al

Vedení z jednožilových izolovaných vodičů na podpěrách uvnitř budov do 1000 V:

rozpětí do 0,8 m 1, 5 mm2 Cu  2,5 mm2 Al

 0,8 - 3 m 2, 5 mm2 Cu  4 mm2 Al

 3 - 5 m 4 mm2 Cu  6 mm2 Al

 5 - 8 m 6 mm2 Cu 10 mm2 Al

u vnějších rozvodů 6 mm2 Cu 16 mm2 Al

ČSN 332200 - Vedení na pracovních strojích.

Vně rozváděčů  1 mm2 Cu (slaněné), 1, 5mm2 Cu (plné)  - jednožilové

 0,75 mm2 Cu - vícežilové

Uvnitř rozváděčů 0,75mm2 Cu (slaněné), 0,75 mm2 Cu (plné)

Spojení mezi pohyblivými částmi 1 mm2 Cu.

ČSN 340350 - Pohyblivé přívody.

Prodlužovací přívod do 6 A - 1 mm2, do 10 A - 1,5 mm2.

Spotřebiče pro domácnost do 10 A - 1 mm2.

Příklad RYCHLÉHO dimenzování vodičů:

teplota vzduch je 25 ^oC

dovolené oteplení je 35 ^oC

= dovolená provozní teplota jádra vodiče či kabelu je pak 25 + 35 = 60 ^oC

Dodržení povoleného max. úbytku napětí na konci u spotřebiče:  Δu = 2 * l * I * cos j / g * s

a tedy potřebný průřez je : s = 2 * l * I cos j / g * u = 2 * l * P / g * u *U_f

úbytek je definován jako procentní : p = Δu / U_s * 100

kde : U_f  je fázové napětí mezi dvěma vodiči [V]

 U_s  je sdružené napětí trojfázové soustavy [V]

 l je délka vedení [m]

 I je proud protékající jedním vodičem [A]

 g je měrná vodivost CU = 56, Al = 34 [S / m]

 P je přenášený výkon [W]

Jištění

Vznik nadproudu = přetížením sítě, přetížením spotřebiče (motoru), zvýšením napětí, poruchou v isolaci, úderem blesku apod.

K jištění nadproudů se používají jistící prvky:

 - pro omezení nadproudu (použití proudových regulátorů)

 - signalizační ( použití speciálních nadproudových signalizačních relé)

 - pro odpojení místa poruchy.

Nadproudové jištění nesmí zhoršit mechanické a elektrické vlastnosti ani nesmí snížit spolehlivost zařízení.

Veškeré použité prostředky musí naprosto bezpečně odolávat účinkům a působení nadproudu - zejména jeho dynamickým a tepelným projevům.

Volba jistících prvků - jádro se nesmí nebezpečně zahřát (poškození isolace) + při normálním provozu nesmí docházet k nežádoucímu působení ochran a jistících prvků + jistící prvky musí odpojit pouze (pokud možno) postiženou nebo ohroženou část

Počet a umístění jisticích prvků

- musí být ve všech krajních a fázových vodičích

- musí být vždy na začátku chráněného úseku a v místě, kde se mění (zmenšuje) průřez vodičů a v místě kde se snižuje odběr (dovolené zatížení)

- vynechání jistícího prvku přesně vymezuje ČSN - např. tam, kde by jejich funkce mohla způsobit ohrožení lidských životů - v sekundárních obvodech měřicích a jisticích transformátorů - u speciálních zařízení, kde na sekundární straně jsou vysoké proudy (svářečky,...) - spojovací vedení mezi generátorem a rozvaděčem s ochranami a odbuzovacím zařízením - atd.

ČSN 332000-4-43 /únor 1994/ čl. 431, 436 Všeobecně

Pracovní vodiče musí být chráněny proti přetížení a proti zkratovým proudům jedním nebo více prvky pro samočinné přerušení napájení, kromě případů, kde nadproudy jsou omezeny. Nadproudy jsou omezeny při napájení ze zdroje, jehož impedance je taková, že max. proud, který může dodávat, není větší než dovolený proud vodičů (určité zvonkové transformátory, termoelektrické generátory).

Poznámka:

Ochrana vodičů nezajišťuje ochranu zařízení připojených k vodičům

Prostředky k jištění proti nadproudům:

 odpojení - pojistky, jističe, jistící relé pro stykače

 signalizace - relé

 omezení - proudové regulátory

čl. 4.32 Povaha jistících prvků

Prvky ochrany proti přetížení i zkratům. Musí přerušovat jakýkoliv nadproud, který je nižší, nebo se rovná zkratovému proudu v místě, kde je instalován. Mohou to být:

- jističe s nadproudovými relé

- jističe ve spojení s pojistkami

- pojistky

Prvky ochrany pouze proti přetížení. Obvykle jsou to jistící prvky s inverzní charakteristikou, jejíž vypínací schopnost může být pod hodnotou předpokládaného zkratového proudu v místě, kde jsou prvky instalovány.

Prvky ochrany pouze proti zkratovým proudům. Musí být schopny přerušit každý zkratový proud nižší, nebo rovný předpokládanému zkratového proudu. Mohou to být:

 - jističe se zkratovou spouští

 - pojistky

Jistící přístroje

Pojistky - jsou v podstatě kusem zeslabeného vedení. Označení:

1. písmeno g - pojistky jistící v celé oblasti působení

 a - pojistka začíná jistit od 4 násobku použití

2. písmeno G - všeobecné použití

 M - umožňuje rozběhy motorů

 F, F1 - jištění PVC kabelů

 Tr - transformátorová

 R - polovodičová

Příklady: g G - vedení, kabely

 a M - "motorická", ale nejistí proti přetížení

Jističe - mívají dva prvky - elektromagnetický a tepelný.

Opakované použití, vyšší cena, delší vypínání velkých nadproudů, menší zkratová odolnost.

Nadproudová relé - vypínají nepřímo, prostřednictvím stykačů. Vypínací schopnost je malá (asi 8-mi násobek In) a proto je v praxi nutné předřadit jim pojistky.

Selektivita mezi jistícími prvky znamená iniciování toho ochranného prvku, který je nejblíže chybě.

Jištění proti přetížení a proti zkratu pojistkami:

 I ³ I_np / K_p  (dovol. proud, jmenovitý proud pojistky, součinitel přiřazení pojistky vodiči)

Jištění proti přetížení a proti zkratu jističi

 I = I_Nj  ( dovolený proud , nastavení proudu jističe)

Čl. 433 Ochrana proti přetížení

Jistící prvky souží k tomu, aby přerušily každé přetížení ve vodiči dříve, než by mohlo vyvolat škodlivé oteplení izolace, spojů, koncovek nebo okolí vedení. Teplota jádra jištěného vodiče nemá překročit teplotu stanovenou v tabulkách. Pro kabely AYKY, CYKY je to 120 °C. Pro přiřazení jistícího prvku platí:

1. IB £ In £ IZ 

IB - proud vedením

In - jmenovitý proud jistícího prvku

IZ - dovolené zatížení

2. In £ K x IZ   

K - součinitel přiřazení prvků proti přetížení k vedení, hodnoty jsou v národní příloze 332000-5-53

Poznámka:

Podle IEC je 2. rovnice, kterou naše norma nepřevzala:

2. I2 £ 1,45 x IZ a z ní se dá vypočítat

 In £ 0,9 IZ ... pojistky g I (asi do 100 A)

 In £ IZ  ... pojistky g II a jističe (nad 100 A)

čl. 434 Ochrana proti zkratových proudům 

Jistící prvky musí být schopny přerušit každý zkratový proud ve vodičích dříve, než by se takový proud mohl stát nebezpečným v důsledku tepelných a mechanických účinků vznikajících ve vodičích a spojích. Nejvyšší dovolená teplota jader vodičů nemá překročit teplotu stanovenou v tabulkách. Pro kabely AYKY, CYKY je to 170 °C. Doba, za kterou se teplota ve vodiči zvýší na mezní teplotu se vypočte

 ?t = k * ( S / Ike  )

t - doba trvání zkratu v s

S - průřez v mm2

Ike - ekvivalentní oteplovací proud

k = 115 Cu vodiče s PVC

 75 Al vodiče s PVC

U zkratových proudů se uvádí zejména tyto hodnoty:

Ik"  ... počáteční rázový zkratový proud

Ikm  ... nárazový (dynamický) zkratový proud

Ike (Ith) ... ekvivalentní oteplovací zkratový proud

* (ČSN 332000-4.45)

ČSN 332000 - 4-46 / červen 1995/ HD 384.4.46 S1/ Z1-12/95 

Bezpečnost - Odpojování a spínání.

Podmínky a požadavky na vypnutí ČSN 332000-4-46. 

V síti TN-C nesmí být vodič PEN ani odpojován, ani spínán.

V síti TN-S nemusí být střední vodič ani odpojován ani spínán.

Požadavky pro ovládání přívodu el. energie za účelem zabránění neočekávaného nebezpečí:

Příklady instalací ve kterých se užívá zařízení nouzového vypnutí:

- čerpání hořlavých kapalin,

- ventilační systémy,

- velké počítače,

- výbojkové osvětlení na vn,

- určité velké budovy (např. obchodní domy),

- el. zařízení sloužící pro zkoušky nebo výzkum,

- kotelny,

- velkokuchyně.

Příklady instalací, kde se el. vyvolané pohyby mohou stát příčinou nebezpečí, musí se instalovat zařízení nouzového vypnutí:

- eskalátory,

- výtahy,

- zdvihací zařízení,

- dopravníky,

- elektrické dveře,

- obráběcí stroje,

- linky na mytí automobilů.

Zásuvková spojení 

ČSN 332000-4-46 je doplněna o ustanovení z ČSN 341010 - schémata připojení spotřebičů zásuvkami.

Požadavky : 

Pevné zásuvky v rozvodech nn musí mít vždy ochranný kontakt. Tento kontakt musí být spojen s ochrannou soustavou, předepsanou pro použití způsob ochrany.

U pevných zásuvek, kde není při ochraně samočinným odpojení TN-C (nulováním) použít samostatný ochranný vodič PE, se musí vodič PEN připojit nejdříve na svorku ochranného kontaktu (kolíku).

Do pevných zásuvek musí být možno zasunout kromě vidlic s ochrannými kontakty, určenými pro připojení předmětů třídy ochrany I, i vidlice bez ochranných kontaktů určené pro připojení předmětů třídy ochrany II. Zásuvky pro předměty třídy ochrany III nesmějí být záměnné s jinými zásuvkami.

Prodlužovací přívod, sloužící pro prodloužení rozvodu z pevné zásuvky, musí mít vždy ochranný vodič a vidlici i prodlužovací zásuvku s ochranným kontaktem. Je zakázáno prodlužovat rozvod dvoužilovým prodlužovacím přívodem.

Poloha připojení středního a fázového vodiče vůči ochrannému kontaktu (kolíku). U domovních zásuvek není stanovena. Doporučuje se však jednotné provedení vývodu. 

Tam, kde v důsledku cestovního ruchu používají osoby při cestách el. spotřebiče, připojované zásuvkovým spojením jiných vzorů (např. americké, britské, švýcarské) lze použít adaptorů, které musí odpovídat požadavkům norem.

* (332000-4-471)

ČSN 332000-4-473/únor 1994 - 21. 12. 95  Opatření k ochraně proti nadproudům.

Norma určuje, kdy se umísťují jistící prvky a případy, kdy se jistící prvky nemusejí nebo nedoporučují používat.

Čl. 473.1 Ochrana proti proudovým přetížením

Prvek zajišťují ochranu proti přetížení musí být umístěn v místě, kde změna způsobuje snížení hodnot dovoleného proudu vodičů, jako např. změna průřezu, způsobu uložení.

Výjimky v umístění

Prvek jistící vedení proti přetížení může být umístěn kdekoliv na trase vedení, jestliže část vedení mezi místem, kde dochází ke změně a místem, kde je jistící prvek, nemá odbočku, ani zásuvku a splňuje podmínky:

a) je chráněno před zkratem, nebo

b) dálka nepřesahuje 3 m

 ve venkovním, vnějším, průmyslovém rozvodu,

 v el. provozovnách 10 m

 v sítích nn - konec 1. rozpětí, nebo vstup do budovy, nebo domovní skříně

Vedení mezi trafem a jeho jistícím prvkem v téže budově je chráněno před zkratem bez omezení délky.

Vynechávání ochrany

a) na vedení za změnou, chránění proti přetížení na straně přívodu

b) na vedení, u něhož není pravděpodobné, že by bylo přetíženo

c) na vedení pro telekomunikace, ovládání, signalizaci

Z bezpečnostních důvodů se doporučuje vynechávání ochrany proti přetížení v obvodech, jejichž nečekané rozpojení by mohlo vyvolat nebezpečí:

- budící obvody rotačních strojů

- napájecí obvody zvedacích magnetů

- sekundární obvody proudových transformátorů

- napájení hasících přístrojů

Čl. 473.2 Ochrana proti zkratovým proudům

Prvek zajišťující ochranu proti zkratovým proudům musí být umístěn v místě, kde změna způsobuje snížení hodnot dovoleného proudu vodičů, jako např. změna průřezu, způsobu uložení.

Výjimky v umístění:

- délka vedení max. 3 m u domovních přípojek 35 m nebo

- ochranný prvek na straně napájení, chrání proti zkratu i vedení za změnou

Vynechávaní ochrany:

- u vodičů od generátorů, traf, usměrňovačů, akubaterií k rozváděčům, kde jsou ochranné prvky

- u obvodů, kde rozpojení by mohlo být nebezpečné (obdobně jako u ochrana proti přetížení)

- u měřících obvodů

- u zařízení s velkými proudy (el. chemické, svářecí)

Poznámka:

Výjimky se povolují za předpokladu, že nebezpečí zkratu, ohně a ohrožení osob je minimální.