Kable równoległe — dlaczego rozdział prądu nie jest automatycznie równy

Przewodnik o przekroju kabla i obciążalności prądowej omawia, jak określić właściwy przekrój dla pojedynczego kabla. Przy wysokim prądzie obciążenia (na przykład duży silnik, klaster stacji ładowania pojazdów elektrycznych czy główna rozdzielnica) pojedynczy kabel bywa niepraktyczny — przekrój stałby się zbyt duży i zbyt sztywny do zainstalowania. Rozwiązanie: ułożyć kilka kabli równolegle na fazę. Ten artykuł omawia warunki, w których te równoległe kable rzeczywiście rozdzielają prąd równomiernie.

Warunki równomiernego rozdziału prądu

Zgodnie z IEC 60364-5-52 równomierny rozdział prądu między kablami równoległymi uznaje się za wystarczająco zagwarantowany, gdy:

• Kable są wykonane z tego samego materiału (miedź z miedzią, aluminium z aluminium — bez mieszania).
• Mają taki sam przekrój.
• Są ułożone na w przybliżeniu tej samej długości, tą samą trasą.
• Na długości zestawu równoległego nie ma odgałęzień.
• Każdy zestaw równoległy (lub grupa) jest skutecznie połączony na obu końcach (ten sam blok zaciskowy, ta sama szyna).

Zastosowanie tej reguły równoległego układania bez dodatkowych szczegółowych obliczeń wymaga również minimalnego przekroju — zwykle 50 mm² dla miedzi i 70 mm² dla aluminium na każdy przewodnik równoległy; poniżej tego przekroju układanie równoległe nie jest automatycznie uznawane za równomiernie rozdzielające prąd.

Dlaczego nierówny układ prowadzi do problemów

Jeśli kable równoległe mają różną długość, trasę lub wzajemne położenie, impedancja między kablami różni się — a silnik, transformator czy kabel zasilający nie „wybiera" równomiernie między dwiema drogami o różnej impedancji. Skutek: kabel o najniższej impedancji (często najkrótszy, lub ten przebiegający bliżej stalowego koryta kablowego czy drabinki) przenosi nieproporcjonalnie dużą część całkowitego prądu, podczas gdy drugi kabel pozostaje niedociążony. Nawet jeśli całkowity obliczony prąd mieści się z zapasem w łącznej obciążalności obu kabli, najbardziej obciążony kabel indywidualnie może i tak zostać przeciążony — z przegrzaniem i przyspieszonym starzeniem izolacji jako skutkiem, co nie ujawnia się w prostym obliczeniu prądu całkowitego.

Uwaga: efekt ten jest wzmacniany przez indukcję wzajemną między przewodnikami równoległymi — wzajemne położenie przewodów fazowych i neutralnego w obrębie i między grupami równoległymi wpływa na rozkład impedancji, oprócz czysto geometrycznej różnicy długości.

Środki praktyczne

• Prowadź kable równoległe tą samą trasą, w tym samym korycie kablowym lub na tej samej drabince, z symetrycznym wzajemnym rozmieszczeniem przewodów fazowych w każdym zestawie równoległym.
• Unikaj sytuacji, w której jeden kabel zestawu przebiega bliżej stalowej konstrukcji lub koryta kablowego niż pozostałe — wpływa to asymetrycznie na impedancję.
• Unikaj odgałęzień w połowie zestawu równoległego; jeśli odgałęzienie jest nieuniknione, potrzebne jest dodatkowe obliczenie w celu zweryfikowania rzeczywistego rozdziału prądu zamiast zakładania równomiernego rozdziału.

Znaczenie praktyczne

Podczas projektowania zasilania kablami równoległymi (na przykład dla dużego silnika, klastra stacji ładowania czy głównej rozdzielnicy) należy zweryfikować, że wszystkie kable równoległe mają taką samą długość, trasę i przekrój, oraz że osiągnięto minimalny przekrój dla reguły równoległej — w przeciwnym razie potrzebne jest dodatkowe, szczegółowe obliczenie impedancji, aby wykazać, że żaden z poszczególnych kabli nie jest przeciążony.

Częste błędy

1. Prowadzenie dwóch kabli równoległych różną trasą lub o różnej długości „bo i tak wyjdzie to samo" — powstające przy tym różnice impedancji mogą prowadzić do poważnie nierównego rozdziału prądu.
2. Sprawdzanie wyłącznie całkowitego obliczonego prądu względem łącznej obciążalności, bez weryfikacji, czy poszczególne kable są również rzeczywiście równomiernie obciążone.
3. Wykonanie odgałęzienia w połowie zestawu kabli równoległych bez dodatkowego obliczenia — narusza to warunek automatycznie równomiernego rozdziału prądu.

Powiązane

• Przekrój kabla i obciążalność prądowa
• Systemy szynoprzewodów
• Systemy wsporcze kabli — koryta i drabinki