TABULKY PRO DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ Výběr z norem: [1] ČSN 33 2000-5-523 Elektrická zařízení Část 5 – Výběr a stavba elektrických zařízení Oddíl 523 – Dovolené proudy [2] [3]
ČSN 33 2000-4-473 Elektrická zařízení Část 4 – Bezpečnost. Oddíl 473 – Opatření k ochraně proti nadproudům ČSN 33 2000-4-43 Elektrická zařízení Část 4 – Bezpečnost. Oddíl 43 – Ochrana proti nadproudům
Dimenzování z hlediska provozní teploty
Tab.1 - Dovolené provozní a maximální teploty vodičů pro různé druhy izolace (podle tab.43-NA1 z [3])
Druh izolace vodiče
Základní teplota Zkratka Značka názvu okolního vzduchu
Polyvinylchlorid měkčený PVC guma Elastomery na bázi pryž přírodního nebo syntetického kaučuku kaučuk do 10 kV Etylenpropylenová pryž
EPR
Polyetylén
PE XPE XLPE PRC PTFE FEP
Zesítěný polyetylén Polytetrafluoretylén propylén Napuštěný papír normální nemigrující do 6 kV do 10 kV 22 kV 35 kV Skleněné vlákno Holé vodiče plné nebo slaněné Al nebo Cu mechanicky zatížené mechanicky neztížené Slitina Al Ocel mech. zatížená Ocel mech. nezatížená
Nejvyšší dovolená Nejvyšší teplota dovolená při provozní proudovém při zkratu teplota přetížení 120 140-160 70
Y
30
G
30
60-120
G
30
60
30
90
E
30
70
X
30
90
120
250
90 90
200 200
300 250
300 250
30 30 30 30 30 30 90
80 80 80 75 70 65 130
120 120
180
200 300 200 150 150 150 300
30
80
180
200-300
30 30 30 30 30
80 80 80 80 80
180 180 150 180 180
200 300 170 250 300
N M N N N N
1
120-150
200-250 150
130
250 130-150
Základní uložení a prostředí vodičů a) uložení ve vzduchu, ve vodorovné poloze, teplota okolního vzduchu 30°C (pro speciální vodiče a kabely odolné vyšším teplotám je základní okolní teplota 90°C bez ohledu na způsob uložení ve vzduchu) b) uložení v zemi, půda s měrným tepelným odporem 0,7 Km/W, hloubka asi 70 cm pod povrchem a teplota země 20°C 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. Dovolený proud vodiče (zatížitelnost vodiče) I z = k1.k2 ....ki .I N IN - jmenovitý proud pro daný typ a průřez vodiče a pro základní způsoby uložení, hodnoty jsou uvedeny např. v národní příloze normy ČSN 33 2000-5-523 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 následujících tabulkách: Jestliže se na trase kabelů střídají podmínky, musí být dovolené proudy stanovené pro tu část, která vykazuje nejnepříznivější podmínky. Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti vodičů pro podmínky a způsob uložení jiný než je základní VODIČE ULOŽENÉ VE VZDUCHU (A, B, C, E, F, G) Tab.2 - Přepočítávací součinitelé pro okolní teploty vzduchu odlišné od 30 oC (tab. 52-NF20 z [1]) Nejvyšší dovolená provozní teplota jádra [°C]
Teplota prostředí [°C] 10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
1,29
1,22
1,15
1,08
1
0,91
0,82
0,71
0,58
0,41
65
1,25
1,20
1,13
1,07
1
0,93
0,85
0,76
0,65
0,53
70
1,22
1,17
1,12
1,06
1
0,94
0,87
0,79
0,71
0,61
75
1,20
1,15
1,11
1,05
1
0,94
0,88
0,82
0,74
0,67
80
1,18
1,14
1,10
1,05
1
0,95
0,89
0,84
0,77
0,71
85
1,17
1,13
1,09
1,04
1
0,95
0,90
0,85
0,80
0,74
90
1,15
1,12
1,08
1,04
1
0,96
0,91
0,87
0,82
0,76
120
1,11
1,08
1,06
1,03
1
0,97
0,94
0,91
0,88
0,85
2
Tab.3 - Přepočítávací součinitelé pro seskupení více kabelů (tab. 53-X3 z [1]) Způsob uložení
Uspořádání
A až F
C
E až F
Počet obvodů nebo vícežilových kabelů 1
2
3
4
6
9
12
15
20
Zapuštěné nebo uzavřené
1,00
0,80
0,70
0,70
0,55
0,50
0,45
0,40
0,40
Jednoduchá vrstva na stěnách nebo podlahách nebo na neperforovaných lávkách
1,00
0,85
0,80
0,75
0,70
0,70
-
-
-
Jednoduchá vrstva na stropě
0,95
0,80
0,70
0,70
0,65
0,60
-
-
-
Jednoduchá vrstva na horizontálních perforovaných lávkách nebo na svislých lávkách
1,00
0,90
0,80
0,75
0,75
0,70
-
-
-
Jednoduchá vrstva na roštech, hácích apod.
1,00
0,85
0,80
0,80
0,80
0,80
-
-
-
Tab.4 - Způsoby uložení vodičů
3
Tab.5 - Přepočítávací součinitelé pro seskupení více kabelů (uložení C, E a F)
Počet lávek
Počet kabelů
1
2
3
1 2 3 4 6 9 1 2 3 4 6 9 1 2 3 4 6 9
Součinitel zatížitelnosti kabelů podle uložení Způsob uložení Neperforované Perforované Svislé lávky lávky lávky těsně volně těsně volně těsně volně 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,85 0,95 0,90 1,00 0,90 0,90 0,80 0,95 0,80 1,00 0,80 0,90 0,75 0,95 0,80 0,95 0,75 0,90 0,70 0,90 0,75 0,90 0,75 0,85 0,70 0,75 0,70 0,95 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00 0,85 0,95 0,85 1,00 0,90 0,90 0,75 0,90 0,80 0,95 0,90 0,90 0,75 0,90 0,75 0,90 0,75 0,85 0,70 0,85 0,75 0,85 0,70 0,85 0,65 0,70 0,70 0,95 0,95 1,00 1,00 0,85 0,95 0,85 1,00 0,75 0,90 0,80 0,95 0,70 0,90 0,75 0,90 0,65 0,85 0,70 0,85 0,60 0,65 -
Kabelové rošty, háky apod. těsně volně 1,00 1,00 0,85 1,00 0,80 1,00 0,80 1,00 0,80 1,00 0,80 1,00 1,00 0,85 1,00 0,80 1,00 0,80 0,95 0,75 0,95 0,75 1,00 1,00 0,85 1,00 0,80 0,95 0,75 0,95 0,75 0,95 0,70 -
VODIČE ULOŽENÉ V ZEMI (D) Tab.6 - Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti pro půdu s různým měrným tepelným odporem (tab. 52-NF8 z [1]) Druh kabelu Celoplastové kabely Kabely s papírovou izolací a kovovým pláštěm
do 1 kV
6 kV 10 kV Trojplášťové kabely 22 a 35 kV Jednožilové kabely 22 a 35 kV
0,4 1,11
Měrný tepelný odpor půdy Km/W 0,6 0,7 0,8 1,0 1,5 1,05 1,00 0,96 0,90 0,79
2,0 0,71
1,16
1,05
1,00
0,96
0,89
0,76
0,67
1,14
1,05
1,00
0,96
0,90
0,78
0,69
1,09 1,14
1,04 1,05
1,00 1,00
0,97 0,96
0,92 0,90
0,82 0,78
0,74 0,69
Tab.7 - Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti pro půdu s různým měrným tepelným odporem (pro přepočet jmenovitého proudu vodiče pro uložení D v Tab.12-15) Měrný tepelný odpor půdy Km/W Přepočítací součinitel
0,5
0,7
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1,24
1,22
1,18
1,1
1,05
1,00
0,96
4
Tab.8a - Informativní
hodnoty měrného tepelného odporu podle půdních a povětrnostních podmínek
Měrný tepelný odpor půdy Km/W 0,7 1,0 2,0 3,0 Tab.8b - Informativní
Půdní podmínky
Povětrnostní podmínky
velmi vlhké vlhké suché velmi suché
trvale vlhké pravidelné deště řídké deště málo či žádný déšť
hodnoty měrného tepelného odporu půdy různého složení
Půda nebo jiný materiál Půda mírně zvlhlá jílovitá (8-12% vlhkosti) hlinitá (4-8% vlhkosti) písčitá (2-5% vlhkosti)
Měrný tepelný odpor Km/W 1,10 1,40 0,70
Půda vlhká jílovitá (30-40% vlhkosti) hlinitá (20-30% vlhkosti) písčitá (10-20% vlhkosti)
0,70 0,75 0,50
Černá zem (30-40% vlhkosti) Žula Vápenec Křída Beton Zeď z vlhkých cihel Zeď ze suchých cihel Zeď z kamene
0,45 0,35 0,60 1,00 0,80-1,10 1,10 1,90 0,50
Tab.9 - Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti podle teploty prostředí odlišné od základní teploty 20°C pro vodiče a kabely uložené v zemi (tab. 52-NF22 z [1]) Nejvyšší dovolená provozní teplota jádra [°C] 65 70 75 80 90
10
15
20
1,11 1,10 1,09 1,08 1,07
1,05 1,05 1,04 1,04 1,04
1 1 1 1 1
Teplota prostředí [°C] 25 30 35 40 0,94 0,95 0,95 0,96 0,96
5
0,88 0,89 0,90 0,91 0,93
0,82 0,84 0,85 0,87 0,89
0,75 0,77 0,80 0,82 0,85
45
50
55
0,67 0,71 0,74 0,76 0,80
0,58 0,63 0,67 0,71 0,76
0,47 0,55 0,60 0,65 0,71
Tab.10 - Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti při seskupení několika kabelů uložených přímo v zemi (způsob uložení D) (tab. 52-NF27 z [1]) Počet obvodů
2 3 4 5 6
Nulová (kabely se dotýkají) 0,75 0,65 0,60 0,55 0,50
Vzdálenost mezi kabely Jeden průměr 0,125 m 0,25 m kabelu 0,80 0,85 0,90 0,70 0,75 0,80 0,60 0,70 0,75 0,55 0,65 0,70 0,55 0,60 0,70
0,5 m 0,90 0,85 0,80 0,80 0,80
Tab.11 - Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti při seskupení několika kabelů uložených v trubkách (rourách) zakopaných v zemi (způsob uložení D) (tab. 52-NF28 z [1]) A- Vícežilové kabely v trubkách nebo rourách s jedním kabelem v trubce Počet obvodů Vzdálenost mezi kabely Nulová (kabely se dotýkají 0,25 0,5 m 1,0 m trubky) 2 0,85 0,90 0,95 0,95 3 0,75 0,85 0,90 0,95 4 0,70 0,80 0,85 0,90 5 0,65 0,80 0,85 0,90 6 0,60 0,80 0,80 0,90 B- Jednožilové kabely v trubkách nebo rourách s jedním kabelem v trubce Počet obvodů Vzdálenost mezi kabely Nulová (kabely se dotýkají 0,25 0,5 m 1,0 m trubky) 2 0,80 0,90 0,90 0,95 3 0,70 0,80 0,85 0,90 4 0,65 0,75 0,80 0,90 5 0,60 0,70 0,80 0,90 6 0,60 0,70 0,80 0,90
6
Dimenzování vodičů podle úbytku napětí 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 nakrátko 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 %.
Dimenzování vodičů podle tepelných účinků zkratových proudů Minimální průřez vodiče, který odolá zkratovému proudu po dobu vypnutí tk: I . t Smin = ke k ≤ S K Tab.18 - Koeficient pro dimenzování podle tepelných účinků zkratového proudu Koeficient K materiál vodiče holé vodiče a lana 123
Cu materiál izolace PVC
XLPE
Pryž
114
141
139
holé vodiče a lana 82
Al materiál izolace PVC
XLPE
Pryž
73
91
90
Tab.19 - Koeficient pro určení minimálního průřezu holých vodičů, oteplení při zkratu Provozní teplota °C
70
95
Dovolená teplota při zkratu °C 300 220 200 180 300 220 200 180
koeficient Cu
Al
AlFe3
AlFe4
AlFe6
AlFe8
168 141 133 124 155 127 117 107
108 91 86 80 100 82 76 69
135 114 107 100 123 102 95 86
128 110 103 96 120 98 91 83
124 103 99 92 115 94 87 79
119 100 95 85 110 90 83 75
7
Dimenzování vodičů podle hospodárnosti Hospodárný průřez: S = k .I z T kde k je podle ČSN 34 1610 Iz je výpočtový proud [A] A A2 je doba plných ztrát [s] T = t 0,2 + 0,8 2 2 Pp .t Pp .t je počet provozních hodin zařízení [h] je elektrická energie přenesená vedením za rok [Wh] je výpočtové zatížení [W]
T
t A Pp
Výše uvedeným způsobem se provádí návrh, je-li T více než 1000 hod. Tab.21 – Koeficient pro výpočet hospodárného průřezu vodiče Koeficient k Cu Al holé přípojnice 0,006 0,014 kabely do 10 kV > 25 mm2 0,007 0,0168 kabely do 1 kV > 16 mm2 0,006 0,0129 2 kabely do 1 kV < 10 mm 0,0053 0,009
DIMENZOVÁNÍ A JIŠTĚNÍ VODIČŮ Volba pojistky: Musí platit I B ≤ I n ≤ I z a zároveň I n ≤ K .I z kde IB průchozí proud kabelem, tj. výpočtový proud Ip =155 A In jmenovitý proud pojistky Iz dovolené proudové zatížení, IZ = k*INv K součinitel přiřazení jistícího prvku proti přetížení k vedení v prostředí o teplotě, pro kterou byl stanoven Iz Tab.22 – Orientační hodnoty součinitele přiřazení K (platí pro jištění jednotlivých vodičů malých průřezů): Orientační hodnoty součinitele přiřazení K Pojistky gG Jističe PVC K = 0,7 pro pojistky do 10 K = 1 pro jističe B,C a D A K = 0,95 pro vodiče do 2,5 K = 0,9 pro pojistky od 16 mm2 A PRC, PE, XLPE K = 0,8 K = 0,95
Jmenovité proudy pojistek [A] (podle katalogů) 2; 4; 6; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 225; 250; 300; 315; 350; 400; 500; 630; 800; 1000
8
VÝPOČET ZKRATOVÝCH PROUDŮ ČSN EN 60909-0 Rázový zkratový proud: (3f zkrat)
I K ´´=
U výp Zk
=
c ⋅ Sv 3 ⋅ U n ⋅ zk
Rázový zkratový výkon:
Sk´´
=
3 ⋅U n ⋅ I k´´
c ⋅ U n2 c ⋅ Sv = = Zk zk
→
I k´´
Sk´´ = 3 ⋅U n
Napěťový součinitel c pro výpočet zkratových proudů (ČSN EN 60909-0): Místo zkratu v síti nn vn, 110 kV, 220 kV 400 kV, 750 kV
Napěťový součinitel c pro výpočet zkratových proudů maximální cmax minimální cmin 1,10 0,95 1,10 1,00 1,05 1,00
Výpočet nárazového zkratového proudu i p ( I km ) i p = κ ⋅ 2 ⋅ I K´´ Hodnoty součinitele κ pro výpočet nárazového zkratového proudu i p (ČSN EN 60909-0):
κ = 1, 02 + 0, 98 ⋅ e−3 R / X kde R/X je poměr činné a jalové složky zkratové impedance.
Výpočet ekvivalentního oteplovacího proudu I th ( I ke )
I th = m + n ⋅ I K´´ kde
n je součinitel pro tepelné účinky střídavé složky zkratového proudu m je součinitel pro tepelné účinky stejnosměrné složky zkratového proudu
Dle ČSN EN 60909-0 je možno brát n = 1 pro distribuční sítě (elektricky vzdálené zkraty) Pro vzdálené zkraty s dobou trvání zkratu tk ≥ 0,5 s je dovolené uvažovat m + n = 1 (tzn. pro n = 1 je pak m = 0).
m=
1 4⋅ f ⋅t ⋅ln κ −1 ⋅ e k ( ) −1 2 ⋅ f ⋅ tk ⋅ ln ( κ −1)
κ ... součinitel pro výpočet nárazového zkratového proudu f ... frekvence tk ... doba trvání zkratu
9
ip
PARAMETRY VODIČŮ Kabelová vedení Průřezy a jmenovité proudy kabelů 6 kV a silových kabelů nn uložených ve vzduchu Průřez [mm2]
6 kV trojžilové
AYK...
AXK...
87 104 127 155 168 195 224 259 306
113 136 167
6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240
ANK...
CNK...
133 165 200 232 268 307 363
173 214 259 300 346 396 467
1 kV, počet žil 3, 3+1, 1 kV, počet žil 3, 3+1, 3+2 3+2 ve vzduchu v zemi AYKY CYKY AYKY CYKY 33 43 47 61 45 60 63 81 61 80 81 105 78 101 103 134 96 126 125 161 117 153 147 191 150 196 183 236 182 238 216 280 212 276 245 317 245 319 278 359 280 364 313 401 330 430 359 464
S (mm2) 3x95+70 3x120+70 3x150+70 3x185+95 3x240+120
1-AYKY (uložení v zemi) Id (A) R (Ω.km-1) 216 0,326 245 0,258 278 0,206 313 0,167 359 0,129
L (mH.km-1) 0,254 0,249 0,250 0,251 0,246
S (mm2) 3x35+16 3x50+25 3x70+35 3x95+50 3x120+70 3x150+70 3x185+95 3x240+120
1-CYKY (uložení v zemi) Id (A) R (Ω.km-1) 161 0,537 191 0,376 236 0,269 280 0,198 317 0,157 359 0,125 401 0,102 464 0,078
L (mH.km-1) 0,264 0,264 0,256 0,254 0,249 0,250 0,251 0,246
S (mm2) 25 35 50 70 95 120 150 185 240
INv (A) -vzduch 87 104 127 155 168 195 224 259 306
6-AYKCY INz (A) – v zemi 109 129 156 186 204 235 268 306 357
10
R (Ω.km-1) 1,43 1,02 0,718 0,513 0,378 0,299 0,239 0,194 0,149
X ((Ω.km-1) 0,097 0,094 0,088 0,085 0,082 0,078 0,078 0,078 0,078
22-AXEKVCEY (uložení vedle sebe v zemi) *) Id (A) L (mH.km-1) R (Ω.km-1) 165 0,868 0,70 195 0,641 0,68 237 0,443 0,66 282 0,320 0,64 319 0,253 0,62 352 0,206 0,60 396 0,164 0,59 455 0,125 0,58
S (mm2) 35 50 70 95 120 150 185 240
22-CXEKVCEY (uložení vedle sebe v zemi) *) S (mm2) Id (A) L (mH.km-1) R (Ω.km-1) 35 213 0,524 0,70 50 250 0,387 0,68 70 303 0,268 0,66 95 360 0,193 0,64 120 407 0,153 0,62 150 445 0,124 0,60 185 498 0,099 0,59 240 568 0,075 0,58 ** při školních výpočtech je možné použít kabely 35 kV
C (µF.km-1) 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30
C (µF.km-1) 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30
Venkovní vedení Zatížitelnost AlFe lan AlFe 3 Jmenovitý průřez vodiče mm2 16 25 35 50 70 70/1 70/7 95 95/1 95/7 120 150 185 210 240 300 350 450 500 670
In [A]
143 180 227
280
334 362 423 496 546 584 680
R80 [m Ω /m]
1,021 0,729 0,516
0,364
0,285 0,255 0,205 00,164 0,142 0,129 0,1018
AlFe 4 In [A]
198 233
269
314 365 426 469 502 597 643
AlFe 6
R80 [m Ω /m]
0,6 0,474
In [A]
R80 [m Ω /m]
78 104 140 165
2,31 1,531 0,980 0,774
208 209
0,546 0,547
267 262 329 356 421 451 490 574 660 775
0,38 0,395 0,284 0,253 0,197 0,179 0,158 0,126 0,103 0,0818
AlFe 8 In [A]
R80 [m Ω /m]
750 823 1023
0,0848 0,0744 0,0548
0,384
0,306 0,246 0,196 0,171 0,151 0,122 0,11
11
