Dobór przekroju przewodu ochronnego — formuła adiabatyczna kontra uproszczona tabela
Dobór przekroju przewodu ochronnego — formuła adiabatyczna kontra uproszczona tabela
W przewodniku o przerwaniu przewodu PEN w układzie TN-C-S omówiono, co dzieje się przy przerwaniu połączonego przewodu PEN w instalacji TN-C-S. Ten artykuł cofa się o krok: jak w ogóle określa się przekrój oddzielnego przewodu ochronnego (PE) — lub części PEN przewodu łączonego — zanim jeszcze wystąpi jakiekolwiek uszkodzenie?
Dwie dopuszczalne metody obliczeniowe
IEC 60364-5-54 §543.1 dopuszcza dwie metody określania minimalnego przekroju przewodu ochronnego, pozostawiając wybór projektantowi/ instalatorowi:
- Formuła adiabatyczna (§543.1.2): S = √(I²t) / k, gdzie I to skuteczna wartość prądu uszkodzenia płynącego przez przewód ochronny przy uszkodzeniu o pomijalnej impedancji, t to czas wyłączenia urządzenia zabezpieczającego, a k to stała zależna od materiału przewodu/izolacji, z tabel A.54.2–A.54.6 normy. Ta metoda oblicza przekrój dokładnie dla konkretnej instalacji i konkretnego zabezpieczenia i często daje mniejszy, dokładniej uzasadniony przekrój niż uproszczona metoda tabelaryczna.
- Uproszczona metoda tabelaryczna (§543.1.1, tabela 54.2): przekrój PE
wyprowadza się bezpośrednio z przekroju przewodu fazowego S, bez
konieczności obliczania rzeczywistego prądu uszkodzenia czy czasu
wyłączenia:
- S ≤ 16 mm² (Cu): przekrój PE = S (równy przewodowi fazowemu).
- 16 mm² < S ≤ 35 mm²: przekrój PE = 16 mm² (stały).
- S > 35 mm²: przekrój PE = S/2 (połowa przekroju przewodu fazowego).
Uwaga: to dwie równoważne, lecz niewymienne metody — dla danego obwodu wybiera się jedną metodę i obliczenia prowadzi się w całości według niej. Uproszczona metoda tabelaryczna jest szybsza, ale często prowadzi do większego niż ściśle konieczny przekroju PE, ponieważ nie uwzględnia rzeczywistego czasu wyłączenia konkretnego zabezpieczenia.
Minima obowiązujące zawsze
Niezależnie od zastosowanej metody obowiązują minimalne przekroje, których nie wolno zaniżać:
- Oddzielny przewód PE, niebędący częścią tego samego kabla lub obudowy co przewody fazowe, musi mieć co najmniej 2,5 mm² Cu przy ochronie mechanicznej, lub 4 mm² Cu bez ochrony mechanicznej.
- Przewód uziemiający podłączony do systemu ochrony odgromowej (zob. przewodnik o ochronie odgromowej szklarni dla zastosowania w szklarniach) musi mieć co najmniej 16 mm² Cu, niezależnie od wyniku metody adiabatycznej lub tabelarycznej dla zwykłej ochrony instalacji.
Dlaczego nie jest to związane z obciążalnością prądową kabla
Przewodnik o przekroju kabla i obciążalności prądowej określa przekrój przewodów fazowych na podstawie prądu roboczego, temperatury otoczenia i współczynnika korekcyjnego grupowania (f2). Przewód ochronny dobiera się inaczej: normalnie nie przewodzi on prądu, a jego przekrój jest określany wyłącznie zdolnością do wytrzymania krótkotrwałego prądu uszkodzenia do momentu zadziałania zabezpieczenia, bez uszkodzenia samego przewodu (granica termiczna, a nie granica obciążalności). Prawidłowo dobrany pod względem obciążalności przewód fazowy nie mówi więc nic o wymaganym przekroju PE — to odrębne obliczenie.
Znaczenie praktyczne
Przy projektowaniu obwodu lub linii głównej należy jednoznacznie ustalić, którą z dwóch metod stosuje się do obliczenia przekroju PE, i stosować ten wybór konsekwentnie oraz z dokumentacją — instalację, w której dla jednego obwodu zastosowano metodę tabelaryczną, a dla innego formułę adiabatyczną bez uzasadnienia, trudno jest inspektorowi zweryfikować pod kątem poprawności.
Częste błędy
- Stosowanie zasady S/2 do każdego przekroju, także poniżej 35 mm² — zasada S/2 obowiązuje tylko powyżej 35 mm²; przy 16–35 mm² przekrój PE jest stały i wynosi 16 mm², a poniżej 16 mm² jest równy przewodowi fazowemu.
- Stosowanie formuły adiabatycznej z błędną wartością k — stała k różni się w zależności od materiału przewodu (miedź/aluminium) oraz materiału izolacji i sposobu ułożenia; błędny wybór tabeli daje zaniżony lub zawyżony minimalny przekrój.
- Zapominanie, że minimum 16 mm² dla uziemienia ochrony odgromowej nie jest związane ze zwykłym obliczeniem PE — instalacja może mieć prawidłowo obliczony, mniejszy przekrój PE dla zwykłej ochrony, a mimo to wymagać odrębnego, mocniejszego przewodu uziemiającego tam, gdzie podłączony jest system ochrony odgromowej.