§434 — Zabezpieczenie zwarciowe i równanie adiabatyczne

Kabel poprawnie dobrany do swojego normalnego prądu roboczego (§523) nie jest przez to automatycznie odporny również na prąd zwarciowy. §434 wprowadza odrębny, dodatkowy wymóg: kabel musi wytrzymać obciążenie termiczne zwarcia aż do zadziałania zabezpieczenia — jest to inna kontrola niż obliczenie obciążalności prądowej z §523 oraz ocena selektywności z §536.

Równanie adiabatyczne

$$S = \frac{\sqrt{I^2 t}}{k}$$

S — minimalny wymagany przekrój (mm²)
I — prąd zwarciowy (A)
t — czas wyłączenia (s) — równanie obowiązuje dla czasów wyłączenia do 5 sekund; przy krótszych, szybszych zwarciach zakłada się, że wydzielanie ciepła przebiega adiabatycznie (bez odprowadzania ciepła do otoczenia), stąd nazwa.
k — stała zależna od materiału/izolacji

Współczynniki k

Przewód/izolacja	Współczynnik k	Temperatura początkowa → maksymalna temperatura końcowa
Miedź / PVC	115	70°C → 160°C
Miedź / XLPE	143	90°C → 250°C

Wartości te pochodzą z tabeli 43A (IEC 60364-5-54) i są zharmonizowane międzynarodowo — te same współczynniki k stosowane są np. również w BS 7671.

Dwie odrębne kontrole

W praktyce §434 wymaga dwóch niezależnych weryfikacji, z których obie muszą zostać spełnione:

Kontrola termiczna kabla (powyższe równanie adiabatyczne): czy kabel wytrzyma energię I²t zwarcia bez uszkodzenia izolacji?
Zdolność łączeniowa zabezpieczenia: czy znamionowa zdolność łączeniowa (Icu/Icn) wyłącznika nadprądowego lub bezpiecznika jest większa lub równa spodziewanemu prądowi zwarciowemu w punkcie instalacji?

Jedna kontrola nic nie mówi o drugiej: zabezpieczenie o wystarczającej zdolności łączeniowej chroni samo siebie, ale nie gwarantuje, że kabel za nim wytrzyma termicznie energię przepuszczaną — i odwrotnie.

Dlaczego jest to istotne obok §523

Kabel może być w pełni poprawnie dobrany zgodnie z tabelami obciążalności prądowej z §523 (Iz ≥ Ib, patrz przewodnik po współczynnikach korekcyjnych) i mimo to być niedostatecznie dobrany pod względem zwarcia, jeśli zabezpieczenie nadrzędne wyłącza zbyt wolno: energia przepuszczana (I²t) rośnie wraz z wydłużeniem czasu wyłączenia. §434 jest więc kontrolą dodatkową, a nie zastępującą, ponad obliczenie obciążalności prądowej.

Częste błędy

Sprawdzanie wyłącznie §523 (prądu roboczego) i zakładanie, że gwarantuje to również odporność na zwarcie — są to dwa odrębne wymogi doboru.
Stosowanie niewłaściwego współczynnika k — kable izolowane PVC i XLPE mają różną maksymalną temperaturę końcową, a więc inną wartość k; pomylenie ich prowadzi do zbyt małego lub zbyt dużego przekroju.
Sprawdzanie wyłącznie zdolności łączeniowej (Icu/Icn) i pominięcie kontroli termicznej kabla — obie kontrole są wymagane, nie tylko jedna z nich.
Ignorowanie granicy 5 sekund — przy dłuższych czasach wyłączenia założenie adiabatyczne (brak odprowadzania ciepła) przestaje być ważne i należy zastosować inną metodę obliczeniową.

Zabezpieczenie zwarciowe i równanie adiabatyczne — §434