Przekrój przewodu a moc odbiornika łączy się przez prąd obciążenia, ale nie działa według zasady „mm² = kW”. Najpierw trzeba wyznaczyć prąd z mocy i napięcia, a potem porównać go z obciążalnością długotrwałą przewodu w konkretnej instalacji. Znaczenie mają między innymi sposób ułożenia, temperatura, liczba żył, izolacja, spadek napięcia i zabezpieczenie.
Od mocy do prądu — pierwszy krok doboru przewodu
Moc odbiornika jest punktem wyjścia, ponieważ pozwala określić prąd płynący w obwodzie. Sama moc nie odpowiada jednak bezpośrednio na pytanie, jaki kabel do mocy zastosować. Ten sam odbiornik może pracować w obwodzie o innym napięciu, w układzie jednofazowym albo w układzie wielofazowym, a uzyskany prąd będzie różny.
W praktyce najpierw ustala się prąd obciążenia, a następnie sprawdza, czy przewód może przewodzić go długotrwale w rzeczywistych warunkach. Dopiero później ocenia się dobór zabezpieczenia, spadek napięcia oraz warunki zwarciowe. Dlatego warto rozdzielić dwa pytania:
- jaki prąd wynika z mocy odbiornika,
- jaką obciążalność ma przewód w danym miejscu i przy danym sposobie instalacji.
Jeżeli pomiędzy źródłem zasilania a odbiornikiem znajduje się długa trasa, sam prąd obciążenia nadal nie wystarcza do doboru. Trzeba sprawdzić także spadek napięcia. Przewód może mieć przekrój wystarczający pod względem nagrzewania, ale nie spełniać wymagań dla konkretnej długości obwodu. Znaczenie ma również sposób rozdzielenia odbiorników, dlatego planując podział instalacji elektrycznej na obwody, nie należy łączyć wielu obciążeń bez sprawdzenia ich pracy jednocześnie.
Norma PN-HD 60364-5-52:2011 obejmuje między innymi dobór i montaż oprzewodowania, obciążalność prądową, przekroje przewodów oraz spadek napięcia. Jej rozdział 523 dotyczy długotrwałej obciążalności prądowej. To ważne, ponieważ dobór przewodu nie jest wyłącznie przeliczeniem mocy odbiornika na przekrój żyły.
Obciążalność długotrwała przewodu i sposób ułożenia
Obciążalność długotrwała oznacza prąd, który przewód może przewodzić w określonych warunkach bez przekroczenia dopuszczalnej temperatury żyły. W obliczeniach często oznacza się ją symbolem Iz. Nie jest to jedna stała cecha przypisana wyłącznie do materiału i przekroju. Iz zależy od tego, jak przewód oddaje ciepło do otoczenia.
Przykładowe wartości normowe dotyczą przewodów i kabli miedzianych w izolacji PVC, przy obciążeniu dwóch żył, temperaturze żyły 70°C, temperaturze otoczenia 30°C w powietrzu oraz 20°C w ziemi. Zmiana któregokolwiek z tych warunków może zmienić wynik. Właśnie dlatego dwa przewody o przekroju 1,5 mm² nie muszą mieć takiej samej obciążalności.
W uproszczeniu przewód umieszczony w rurze w ścianie izolowanej cieplnie ma gorsze warunki oddawania ciepła niż przewód zamocowany na ścianie. Kabel w ziemi może mieć jeszcze inne warunki cieplne, zależne między innymi od rodzaju osłony i właściwości gruntu. Sama informacja „miedź 1,5 mm²” nie opisuje więc kompletnego przypadku.
Obciążalność przewodów Cu w izolacji PVC dla różnych sposobów ułożenia
| Przekrój żyły Cu | A1 | A2 | B1 | B2 | C | D1 | D2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1,5 mm² | 14,5 A | 14 A | 17,5 A | 16,5 A | 19,5 A | 22 A | 22 A |
| 6 mm² | 34 A | 32 A | 41 A | 38 A | 46 A | 46 A | 48 A |
| 70 mm² | 151 A | 139 A | 192 A | 168 A | 213 A | 173 A | 192 A |
| 240 mm² | 321 A | 291 A | 400 A | 344 A | 461 A | 336 A | 382 A |
Wartości dotyczą przewodów i kabli miedzianych w izolacji PVC, przy obciążeniu dwóch żył, temperaturze żyły 70°C, temperaturze otoczenia 30°C w powietrzu i 20°C w ziemi; są to wartości tabelaryczne, a nie gotowy dobór zabezpieczenia.
Różnica dla przewodu 1,5 mm² jest wyraźna: w metodzie A2 obciążalność wynosi 14 A, w metodzie C 19,5 A, a w metodach D1 i D2 po 22 A. Ten sam przekrój może więc mieć wynik różniący się o 8 A zależnie od sposobu ułożenia. Dla 6 mm² zakres w tej tablicy wynosi od 32 A w A2 do 48 A w D2.
Oznaczenia metod opisują warunki instalacji: A1 dotyczy przewodów izolowanych lub jednożyłowych w rurze w ścianie izolowanej cieplnie, A2 przewodu wielożyłowego w rurze w takiej ścianie, B1 przewodów izolowanych w rurze na ścianie, a B2 przewodu wielożyłowego w rurze na ścianie. C oznacza przewód zamocowany na ścianie, D1 kabel w osłonie w ziemi, a D2 kabel ułożony bezpośrednio w ziemi.
Liczba obciążonych żył i izolacja
Tablica obciążalności nie opisuje wyłącznie przekroju. Trzeba jeszcze ustalić, ile żył w przewodzie lub kablu jest jednocześnie obciążonych. Każda żyła, przez którą płynie prąd, wytwarza ciepło. Jeżeli kilka żył pracuje jednocześnie, warunki cieplne całego przewodu mogą być mniej korzystne niż przy obciążeniu jednej żyły.
Przyjęcie dwóch obciążonych żył jest konkretnym założeniem tabeli, a nie regułą obowiązującą w każdej instalacji. Jeżeli liczba obciążonych żył jest inna, należy skorzystać z właściwej wartości albo zastosować współczynnik korekcyjny. Pominięcie tego kroku może prowadzić do przyjęcia zbyt wysokiej obciążalności.
Znaczenie ma również materiał izolacji. Dla przewodu Cu 2,5 mm² wartości w uproszczonej tablicy wynoszą od 17,5 A do 36 A, zależnie od metody ułożenia, liczby obciążonych żył oraz rodzaju izolacji PVC lub XLPE. Tak szeroki zakres pokazuje, dlaczego określenie „kabel 2,5 mm²” nie wystarcza do oceny konkretnego obwodu.
Izolacja wpływa na dopuszczalną temperaturę pracy przewodu, a ta wiąże się z możliwością odprowadzania ciepła. Nie można więc automatycznie przenosić wartości z tabeli dla PVC na przewód z izolacją XLPE ani odwrotnie. Właściwa wartość musi odpowiadać konstrukcji przewodu, metodzie ułożenia i liczbie żył obciążonych.
Temperatura, grupowanie i współczynniki korekcyjne
Wartość odczytana z tabeli jest punktem wyjścia dla określonych warunków, a nie zawsze końcowym wynikiem. Jeżeli temperatura otoczenia jest inna, przewody są ułożone razem albo grunt ma inne właściwości cieplne, trzeba uwzględnić współczynniki korekcyjne. W praktyce wartość tabelaryczną koryguje się zgodnie z warunkami występującymi na trasie.
Grupowanie ma znaczenie, ponieważ sąsiednie przewody wzajemnie ograniczają możliwość oddawania ciepła. Podobny problem pojawia się w przestrzeni zamkniętej, w rurze oraz w ścianie izolowanej cieplnie. W takich miejscach nie należy przyjmować najwyższej wartości tylko dlatego, że dotyczy tego samego przekroju.
Dla kabli w ziemi przykładowe współczynniki zależne od rezystywności cieplnej gruntu wynoszą dla kabla w osłonie od 0,96 do 1,28, a dla kabla ułożonego bezpośrednio w gruncie od 0,90 do 1,88. Nie są to wartości do użycia bez rozpoznania warunków. Pokazują natomiast, że grunt i sposób zabezpieczenia kabla mogą istotnie zmienić wynik obliczeń.
Dobór powinien uwzględniać cały przebieg trasy, a nie tylko jej najłatwiejszy fragment. Jeżeli kabel częściowo biegnie w ziemi, a częściowo w rurze lub w ścianie, trzeba rozpatrzyć warunki występujące na poszczególnych odcinkach. O dopuszczalności obciążenia może decydować odcinek o najmniej korzystnym chłodzeniu.
Przed odczytaniem wartości Iz należy zatem ustalić:
- materiał żyły i rodzaj izolacji,
- metodę ułożenia oraz długość trasy,
- liczbę obciążonych żył i przewodów ułożonych obok siebie,
- temperaturę otoczenia oraz ewentualne współczynniki korekcyjne.
Jaki przekrój przewodu do 3 kW?
Na pytanie „jaki przekrój przewodu do 3 kW?” nie ma jednej poprawnej odpowiedzi bez danych instalacji. Sama moc 3 kW nie wystarcza do bezpiecznego wskazania przekroju, ponieważ trzeba uwzględnić napięcie i rodzaj obwodu, długość przewodu, materiał żyły, izolację, sposób ułożenia, liczbę obciążonych żył, temperaturę, spadek napięcia oraz dobór zabezpieczenia.
Najpierw moc służy do wyznaczenia prądu obciążenia dla danego napięcia i rodzaju odbiornika. Następnie wynik porównuje się z obciążalnością długotrwałą przewodu po uwzględnieniu warunków instalacyjnych. Dopiero wtedy można ocenić, czy przewód oraz zabezpieczenie tworzą poprawnie dobrany obwód.
Przykładowe wartości pokazują, dlaczego podanie samego przekroju byłoby mylące. Dla Cu 1,5 mm² tabela podaje 14 A w metodzie A2, 19,5 A w metodzie C i 22 A w metodach D1 oraz D2. Nie można wybrać jednej z tych wartości bez ustalenia, jak przewód jest ułożony.
Trzeba też sprawdzić spadek napięcia na całej trasie. Długi przewód może wymagać innego przekroju niż krótki obwód z tym samym odbiornikiem, nawet jeśli w obu przypadkach prąd nie przekracza obciążalności cieplnej. Ostateczny dobór dotyczy więc nie tylko mocy, lecz całego obwodu od zabezpieczenia do zacisków odbiornika.
Czy grubszy przewód zawsze rozwiązuje problem?
Większy przekrój zwykle zwiększa możliwą obciążalność, ale nie zastępuje pełnego sprawdzenia instalacji. W tabeli przewód Cu 6 mm² ma obciążalność od 32 A w metodzie A2 do 48 A w metodzie D2, jednak sama różnica przekroju nie mówi, czy konkretny obwód jest prawidłowo zabezpieczony.
Nadal trzeba sprawdzić sposób ułożenia, temperaturę, grupowanie przewodów, spadek napięcia, ochronę przeciwporażeniową, prąd zwarciowy oraz zgodność przewodu z aparaturą i zaciskami. Większy przekrój nie usuwa problemu niewłaściwego zabezpieczenia ani nie poprawia automatycznie każdego parametru obwodu.
Znaczenie mają także połączenia. Zacisk, aparat lub końcówka przewodu muszą być odpowiednie dla zastosowanej żyły i przekroju. Nawet przewód o dużej obciążalności nie zapewni poprawnej pracy, jeżeli połączenie ma niewłaściwe warunki termiczne albo aparatura nie jest dopasowana do obwodu.
Dobór przewodu, zabezpieczenia i całego obwodu elektrycznego jest zadaniem projektanta lub uprawnionego elektryka; prace przy instalacji należy wykonywać zgodnie z obowiązującymi przepisami, dokumentacją i zasadami ochrony przeciwporażeniowej.
Najczęstsze pytania
Jaki przekrój przewodu do 3 kW?
Nie ma jednej poprawnej odpowiedzi bez danych instalacji. Trzeba uwzględnić napięcie i rodzaj obwodu, długość przewodu, materiał żyły, izolację, sposób ułożenia, liczbę obciążonych żył, temperaturę, spadek napięcia oraz dobór zabezpieczenia.
Dlaczego sposób ułożenia zmienia obciążalność?
Przewód nagrzewa się od przepływającego prądu, a warunki oddawania ciepła zależą od otoczenia. W tablicy dla Cu 1,5 mm² i dwóch obciążonych żył obciążalność wynosi 14 A w metodzie A2, 19,5 A w metodzie C oraz 22 A w metodach D1 i D2.
Czy grubszy przewód zawsze rozwiązuje problem?
Nie. Większy przekrój może zwiększyć obciążalność, ale nadal trzeba sprawdzić sposób ułożenia, temperaturę, grupowanie przewodów, spadek napięcia, ochronę przeciwporażeniową, prąd zwarciowy i kompatybilność z aparaturą oraz zaciskami.
Źródła
- Wymagania dotyczące oprzewodowania zawarte w PN-HD 60364-5-52:2011 — Portal Elektryka, 2011, PN-HD 60364-5-52:2011; tablice B.52.2, B.52.5, B.52.16 i C.52.1
- PN-HD 60364-5-52:2011 — Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Oprzewodowanie — Polski Komitet Normalizacyjny, 2011, PN-HD 60364-5-52:2011
Tekst został utworzony przy pomocy sztucznej inteligencji (modeli językowych).
