Dělení a jištění vedení

Dimenzování a jištění elektrických vedení:
Problematiku dimenzování a jištění elektrických vedení řeší:

• - ČSN 33 2000-5-523 Dovolené proudy
• - ČSN 33 2000-4-43 Ochrana proti nadproudům
• - ČSN 33 2000-4-473 Opatření k ochraně proti nadproudům

Rozhodujícím hlediskem pro stanovení průřezu vedení a jeho jištění je druh el.vedení a nároky na něj kladené.

Rozdělení elektrických vedení:

• - vedení z holých vodičů se vyskytuje v současné době převážně v rozvodech vysokých napětí (vn, vvn, zvn, uvn), v rozvodech nižšího napětí jen omezeně. Uvnitř objektů se holá vedení vyskytují jen jako trolejová. Tato vedení se dobře ochlazují, ale z hlediska mechanického namáhání jsou stanoveny v závislosti na materiálu dolní meze průřezů těchto vedení, dále je nutno brát zřetel na vzdálenost podpěr vedení
• - vedení z jednožilových izolovaných vodičů na podpěrách se vyskytují dnes již omezeně. Proudová zatížitelnost izolovaných vodičů je menší než u holých vedení, protože izolace zahřívajících se vodičů snižuje odvod tepla do okolí
• - vedení v trubkách umožňují výměnu a dodatečné přidání vodičů, z důvodu mechanického zatížení při zatahování jsou předpisy stanoveny minimální průřezy
• - vedení z můstkových nebo jednožilových vodičů. Tyto vodiče se ukládají pod omítku, do stavebních konstrukcí, lišt apod. Při dimenzování je nutné posoudit stupeň odvodu tepla z vodičů
• - kabelová vedení mají univerzální použití, provedení izolace a konstrukce kabelů umožňuje různé způsoby uložení a využití v prostředích různorodých vlivů. Přípustné zatížení kabelů z hlediska oteplení ovlivňuje počet žil, materiál izolačních obalů, souběžné uložení více kabelů a tepelná vodivost okolí

Při stanovení průřezu je nutné, aby vedení bylo:

• - dostatečně pevné, hospodárné, odolávalo účinkům zkratových proudů, nezpůsobilo nedovolený úbytek napětí, bylo bezpečné z hlediska ochrany před nebezpečným dotykovým napětím a aby se nadměrně neoteplovalo (při běžném provozu, působení nadproudu a zkratu).
• Požadované parametry vodičů (kabelů) stanovují příslušné předmětové normy, případně průvodní dokumentace výrobků.

Nejvyšší dovolená provozní teplota:

V tabulkách 52-A a 52-AN1 (ČSN 33 2000-5-523) jsou uvedeny nejvyšší dovolené provozní teploty pro vodiče a kabely v závislosti na druhu izolace a jmenovitém napětí. Pro izolace PVC je nejvyšší dovolená provozní teplota 70°C.

Jmenovitá proudová zatížitelnost - jmenovitý proud je stanoven pro tyto základní způsoby uložení:

• a) ve vodorovné poloze (klidný vzduch) o základní teplotě dle tab. 52-AN1
• b) v zemi s měrným odporem 0,7 K · m/W v hloubce cca 70cm a teplotě 20°C

Jmenovitý proud pro různé vodiče a kabely je uveden v národní příloze NK

Dovolené proudové zatížení - dovolený proud:
Pro všechny jiné způsoby uložení, než uložení základní se dovolené proudové zatížení stanovuje tak, aby teplota jader vodičů (kabelů) nepřekročila nejvyšší dovolenou provozní teplotu podle tab. 52-AN1.

Iz = k1 · k2 · · · · ki · In
k1, k2 . . . . . ki přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti pro příslušný vodič (kabel), pro danou teplotu a způsob uložení rozdílného od uložení základního. Součinitele jsou uvedeny v 523.N8 až 523.N49 (ČSN 33 2000-5-523)
In... jmenovitý proud příslušného vodiče (kabelu)
Iz ... dovolený proud vodiče (kabelu)

Oteplovací charakteristika a časová oteplovací konstanta vodiče (kabelu):
Závislost oteplení jader vodičů (kabelů) na čase při konstantním proudu (nadproudu) určují oteplovací charakteristiky.

Jejich průběh je dán vztahem:

DJm = Jm - Jo, kde
DJm ... je maximální dovolené oteplení vodiče (kabelu) při jeho normálním provozu v K
Jm ... nejvyšší dovolená teplota vodiče (kabelu) (popřípadě jádra vodiče) ve °C - viz tab. 52-A
Jo ... základní teplota okolního vzduchu (j.prostředí) ve °C … Jo= 30°C okolní prostředí vzduch (= 20°C zemina)

Technické parametry většiny vodičů (kabelů) jsou uvedeny v národní příloze ČSN 33 2000-5-523:

• - jmenovitý proud In [A]
• - časová oteplovací konstanta [s]
• - povrchová teplota při jmenovitém proudu [°C]

Podle výše uvedené normy musí výrobce ve firemní dokumentaci vodičů (kabelů) dále uvést:

• - nejvyšší činný odpor jádra vodiče (W/km)
• - nejvyšší indukční reaktanci (wL) žíly u dvou a vícežilových vodičů a kabelů
• - nejmenší izolační odpor (MW/km) vodiče (kabelu při nejvyšší dovolené provozní teplotě

Příklad výpočtu průřezu kabelového vedení byl uveden zde!

Dimenzování vedení s ohledem na funkci ochrany před nebezpečným dotykovým napětím:
Vodiče (kabely) musí být dimenzovány tak, aby ve smyčce mezi fázovým (krajním) a ochranným vodičem vznikly požadované vypínací proudy, zajišťující samočinné působení ochranného prvku v požadovaném čase a aby průřezy ochranných vodičů odpovídaly požadavkům normy

Dimenzování podle povrchové teploty:
Vodiče (kabely), jejichž část by mohla by mohla být dostupná v dosahu rukou, musí být dimenzovány tak, aby se jejich povrch nemohl nebezpečně zahřát a překročit nejvyšší dovolenou teplotu povrchu pro dané prostředí – viz ČSN 33 2000-4-42

Dimenzování vedení podle úbytku napětí:
Dovolený úbytek napětí stanoví IEC 364-5-52, vodiče (kabely) musí být dimenzovány tak, aby při předpokládaném zatížení nezpůsobily dovolený pokles napětí

Dimenzování vedení podle účinků zkratových proudů:
Vodiče (kabely) musí být dimenzovány tak, aby odolaly dynamickým a tepelným účinkům zkratových proudů. (viz ČSN 33 2000-4-473, ČSN 33 3020, ČSN 33 3015 a ČSN 33 3040)

Dimenzování vedení podle hospodárnosti:
Z hlediska nároků na optimální pořizovací náklady, provoz a údržbu je nutné dimenzovat vedení tak, aby nebylo zatěžováno více, než hospodárným proudem. Normalizace této problematiky je obtížná

Dimenzování podle mechanického namáhání:
Hlavně venkovní vedení, pohyblivé přívody, vedení na pracovních strojích, v pojízdných prostředcích atd. jsou při montáži i při provozu vystaveny mechanickému namáhání. Proto příslušné předpisy stanoví minimální průřezy pro některé druhy rozvodů. Např. ČSN 33 0220, ČSN 34 0350, ČSN 33 2000-5-51 (ČSN33 2310), ČSN 33 2000-5-52 (ČSN 34 1050) apod.

Ochrana proti nadproudům:
Aby vodiče nemohly být dlouhodobě přetěžovány, musí být chráněny proti přetížení a proti zkratovým proudům. Ochrana se provádí jedním nebo více jistícími prvky, které musí v místě instalovaného prvku, přerušit jakékoliv přetížení nebo zkrat ve vodičích dříve, než by se mohlo vyvolat škodlivé oteplení jádra vodiče, izolace, spojů, koncovek nebo okolí vedení.

Jistící prvky zajišťující ochranu před přetížením i zkratem jsou:

• - jističe s nadproudovým relé
• - jističe ve spojení s pojistkami
• - pojistky s tavnými vložkami gF, gF1, gT, gTF (ČSN 35 4715)
• - pojistky s normální a pomalou tavnou vložkou (ČSN 35 4710)
• - pojistky s tavnými vložkami „gG“ (ČSN 35 4701 část 1)
• - pojistky s tavnými vložkami třídy R, gR (ČSN 35 4714 a 35 4701 část 4)

Jistící prvky zajišťující pouze ochranu proti proudovým přetížením jsou obvykle prvky s inverzní charakteristikou. Protože musí být ještě doplněny ochranným prvkem, který zajišťuje ochranu proti zkratu, může být jejich vypínací schopnost pod hodnotou předpokládaného zkratového proudu.

Jistící prvky zajišťující pouze ochranu proti zkratový proudům mohou být použity, když ochrana proti přetížení je provedena jinými prostředky nebo když ochrana proti přetížení může být vynechána (ČSN 33 2000-4-473.1.2)

Koordinace mezi vodiči a jistícími prvky:
Funkční charakteristika prvku, který jistí vedení proti přetížení musí vyhovět těmto podmínkám:

a) IB <= In <= Iz

b) In <= K · Iz

kde:
IB je proud, pro který je vedení navrženo
Iz dovolené proudové zatížení vedení
In jmenovitý proud jistícího prvku - u nastavitelných jistících prvků je jmenovitý proud In proudem zvoleného nastavení
K součinitel přiřazení jistícího prvku (podle jmenovitého proudu) k vedení (podle jeho dovoleného proudového zatížení). Stanoví se dle čl. 433.2N2.1 až 433.2N2.5 (ČSN 33 2000-4-43)

Pro přiřazení jistících prvků k vedení musí být splněn základní požadavek čl. 433.N2.1:

Teplota jádra jištěného vodiče (kabelu) při proudovém zatížení nemá překročit hodnoty dovolené při přetížení (tab. 43-NA1). Splnění tohoto požadavku se kontroluje pomocí vypínací ampérsekundové charakteristiky (tj. závislosti doby vypnutí na velikosti přetížení) použitého jistícího prvku a oteplovacích charakteristik vodiče (kabelu) při různém proudovém zatížení. Zařazený jistící prvek omezuje velikost oteplení způsobenou případným nadproudem tím, že vedení po určité době průchodu nadproudu odpojí.

Ochrana paralelních vodičů:
Jestliže jeden jistící prvek chrání několik paralelně zapojených vodičů , je hodnota Iz součtem dovolených proudů různých vodičů za podmínky, že vodiče jsou vždy uspořádány tak, že jsou jimi přenášeny v podstatě stejné proudy

Iz . . . . . . . . dovolené proudové zatížení

Ochrana vedení s přerušovaným nebo krátkodobým chodem nebo zatížením:
Tento druh zatížení obvykle nejistí pojistky a jističe určené pro jištění vedení, je možno použít motorové jističe nebo nadpoudové nastavitelné relé, které se nastaví individuálně.
Přepočítací součinitelé proudové zatížitelnosti pro přerušovaný chod (přerušované zatížení) jsou uvedeny v tab. 52-NF32 ČSN 33 2000-5-523. Průřez vedení podle těchto podmínek bývá obvykle větší než dovolený proud určený při trvalém zatížení.

Ochrana proti zkratovým proudům:
Pro zajištění ochrany proti zkratovým proudům v každém příslušném místě, musí být chránící prvek volen a nastaven tak, aby vypínal i nejmenší zkratový proud vzniklý při zkratu na konci vedení. Velikost zkratového proudu se zjišťuje výpočtem nebo měřením impedanční smyčky příslušného obvodu.

Opatření k ochraně proti nadproudům:
Umístění jistících prvků:
Jistící prvek je nutno umístit všude, kde z důvodu změny průřezu vodiče, druhu nebo způsobu uložení vedení dochází ke snížení hodnot dovoleného proudu vodičů.

• a) je vedení chráněno před zkratovým proudem
• b) délka vedení nepřesahuje 3m a je je zajištěno tak, aby nebezpečí zkratu bylo minimální a není umístěno v blízkosti hořlavých materiálů

Podle podmínky b) může být u odboček ve venkovním nebo vnějším rozvodu, v průmyslových nebo elektrických provozovnách délka prodloužena na 10m, ve venkovních sítích nn až na konec prvého rozpětí od místa odbočení nebo až na vstup do budovy (domovní skříň apod.)

Vynechání ochrany před přetížením - Ochrana proti přetížením nemusí být provedena:
- na místě za změnou průřezu (uložení, složení) na straně odběru, pokud je vedení dostatečně chráněné jistícím prvkem na straně přívodu
- na vedení, u něhož není pravděpodobné, že by bylo přetíženo, za podmínky, že toto vedení bude chráněno proti zkratu a nemá ani odbočku ani zásuvku
- na instalacích pro telekomunikace, ovládání, signalizaci apod.

Výše uvedené možnosti se nesmějí uplatňovat v instalacích, kde zvláštní předpisy pro určité prostory stanoví odlišné podmínky (nebezpečí požáru, výbuchu)

Ochrana proti zkratovým proudům:

Umístění prvků zajišťujících ochranu proti zkratovým proudům:
Prvek ochrany proti zkratovým proudům musí být umístěn v místě, kde snížení průřezu vodiče nebo jiná změna má za následek snížení dovoleného proudu vodičů

Ochranu pouze proti zkratovým proudům mohou zajišťovat:
- jističe se zkratovou spouští
- pojistky

Vynechání ochrany:

Ochranu lze vynechat u:

• - vodičů spojujících generátory, transformátory, usměrňovače, aku-baterie s příslušnými rozvaděči, přičemž ochranné prvky jsou umístěny na těchto rozvaděčích
• - u obvodů, kde rozpojení by mohlo být nebezpečné pro provoz příslušných obvodů
• - určitých měřících obvodů
• - u ochranných vodičů