Розрахунок перерізу захисного провідника — адіабатична формула проти спрощеної таблиці

У посібнику про обрив PEN-провідника в TN-C-S розглянуто, що відбувається при обриві сумісного PEN-провідника в установці TN-C-S. Ця стаття робить крок назад: як взагалі визначається переріз окремого захисного провідника (PE) — або PEN-частини сумісного провідника — ще до виникнення будь-якого пошкодження?

Два допустимі методи розрахунку

IEC 60364-5-54 §543.1 допускає два методи визначення мінімального перерізу захисного провідника, залишаючи вибір за проектувальником/монтажником:

1. Адіабатична формула (§543.1.2): S = √(I²t) / k, де I — діюче значення струму пошкодження, що протікає через захисний провідник при пошкодженні з нехтовно малим імпедансом, t — час відключення захисного пристрою, а k — константа, що залежить від матеріалу провідника/ізоляції, з таблиць A.54.2–A.54.6 стандарту. Цей метод розраховує переріз точно для конкретної установки та конкретного захисного пристрою і часто дає менший, точніше обґрунтований переріз, ніж спрощена таблична методика.
2. Спрощена таблична методика (§543.1.1, таблиця 54.2): переріз PE виводиться напряму з перерізу фазного провідника S, без потреби розраховувати фактичний струм пошкодження чи час відключення:
   • S ≤ 16 мм² (Cu): переріз PE = S (дорівнює перерізу фазного провідника).
   • 16 мм² < S ≤ 35 мм²: переріз PE = 16 мм² (фіксований).
   • S > 35 мм²: переріз PE = S/2 (половина перерізу фазного провідника).

Увага: це два рівнозначні, але не взаємозамінні методи — для конкретного кола обирається один метод, і розрахунок повністю ведеться за ним. Спрощена таблична методика швидша, але часто призводить до надлишкового (більшого) перерізу PE, ніж строго необхідно, оскільки вона не враховує фактичний час відключення конкретного захисного пристрою.

Мінімальні значення, що діють завжди

Незалежно від того, який метод використовувався, діють мінімальні перерізи, які не можна занижувати:

• Окремий PE-провідник, що не входить у той самий кабель чи оболонку, що й фазні провідники, повинен бути не менше 2,5 мм² Cu за наявності механічного захисту, або 4 мм² Cu без механічного захисту.
• Заземлювальний провідник, підключений до системи блискавкозахисту (див. посібник з блискавкозахисту теплиць для застосування в теплицях) повинен бути не менше 16 мм² Cu, незалежно від результату адіабатичного чи табличного методу для звичайного захисту установки.

Чому це не пов'язано зі струмонесучою здатністю кабелю

Посібник із перерізу кабелю та струмонесучої здатності визначає переріз фазних провідників на основі робочого струму, температури навколишнього середовища та поправкового коефіцієнта групування (f2). Захисний провідник розраховується інакше: у нормі він не проводить струм, і його переріз визначається виключно здатністю витримати короткочасний струм пошкодження до спрацювання захисту, не отримавши пошкоджень (тепловий ліміт, а не ліміт за струмонесучою здатністю). Правильно розрахований за струмонесучою здатністю фазний провідник тому нічого не говорить про потрібний переріз PE — це окремий розрахунок.

Практична значущість

При проєктуванні групи чи магістралі необхідно явно визначити, який із двох методів використовується для розрахунку перерізу PE, і застосовувати цей вибір послідовно та з документуванням — установку, де для одного кола використовується табличний метод, а для іншого — адіабатична формула без обґрунтування, інспектору складно перевірити на коректність.

Часті помилки

1. Застосування правила S/2 до будь-якого перерізу, зокрема нижче 35 мм² — правило S/2 діє лише вище 35 мм²; при 16–35 мм² переріз PE фіксований на рівні 16 мм², а нижче 16 мм² дорівнює перерізу фазного провідника.
2. Використання адіабатичної формули з невірним значенням k — константа k різниться для різних матеріалів провідника (мідь/алюміній), матеріалу ізоляції та способу прокладання; невірний вибір таблиці дає занижений або завищений мінімальний переріз.
3. Забування, що мінімум 16 мм² для заземлення блискавкозахисту не пов'язаний зі звичайним розрахунком PE — установка може мати коректно розрахований, менший переріз PE для звичайного захисту і при цьому потребувати окремого, потужнішого заземлювального провідника там, де підключена система блискавкозахисту.

Пов'язані матеріали

• Обрив PEN-провідника в TN-C-S
• Переріз кабелю та струмонесуча здатність
• Заземлювальні електроди та фундаментний заземлювач
• Захист від короткого замикання — §434