2.12 Zabezpieczenia przewodów i kabli

      Przepływ prądów przekraczających zarówno obciążalność prądową przewodów jak i prąd znamionowy odbiorników i urządzeń elektrycznych, a także pogorszenie się warunków chłodzenia, przerwanie pracy urządzeń zapewniających wymuszone chłodzenie powodują zwiększenie się temperatury żył przewodów i uzwojeń urządzeń elektrycznych, co z kolei powoduje przyspieszone starzenie się izolacji, a niekiedy może być przyczyną jej zniszczenia, powstania pożaru lub wybuchu.

      Z tych względów przewody i kable oraz różnorodne urządzenia elektroenergetyczne i niektóre złożone układy zasilania powinny mieć skuteczne zabezpieczenia przetężeniowe oraz inne, powodujące samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku zwarć i przeciążeń oraz nieprawidłowej pracy innych urządzeń zapewniających właściwe warunki chłodzenia.

      Zabezpieczenia przed skutkami prądów przetężeniowych mogą być wykonane przy zastosowaniu:

        - jednego urządzenia zabezpieczającego zarówno przed skutkami zwarć jak i przeciążeń,

        - dwóch różnych urządzeń, z których jedno zabezpiecza przed skutkami zwarć, a drugie przed

          skutkami przeciążeń.

      Zasady sprawdzania przekroju przewodów ze względu na zabezpieczenie przed skutkami przepływu prądów przetężeniowych zostały określone w normie PN-HD 60364-4-43:2010 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed prądem przetężeniowym.

Zabezpieczenie przewodów instalacyjnych przed skutkami przeciążeń

      Urządzenia zabezpieczające przewody i kable przed skutkami przeciążeń powinny być tak dobrane, aby w przypadku przepływu prądów o wartości większej od długotrwałej obciążalności prądowej przewodów I_Z , następowało ich działanie zanim nastąpi nadmierny wzrost temperatury żył przewodów i zestyków w instalacji. Wymagania te uważa się za spełnione, jeżeli zachowane są następujące warunki:

I_B ≤  I_n ≤ I_Z

I₂ ≤ 1,45 I_Z 

      Zabezpieczenia przeciążeniowe powinny być instalowane na początku obwodu oraz w miejscach, poza którymi następuje zmniejszenie się obciążalności przewodów, a zastosowane zabezpieczenia nie chronią tych odcinków obwodu. Dotyczy to:

        - zmniejszenia przekroju przewodów,

        - zmiany rodzaju przewodów na przewody o mniejszej obciążalności prądowej długotrwałej,

        - pogorszenia się  warunków chłodzenia wskutek zmiany sposobu ułożenia przewodów,

          istnienia innych instalacji lub podwyższonej temperatury otoczenia.

      Można nie stosować dodatkowych zabezpieczeń, jeśli długość chronionej części obwodu nie przekracza 3 m i nie zawiera rozgałęzień i gniazd wtyczkowych, oraz jest zabezpieczona skutecznie przed prądami zwarciowymi, a instalacja jest wykonana w sposób ograniczający do minimum niebezpieczeństwo powstania zwarcia, np. przez dodatkowe zabezpieczenie przed wpływami zewnętrznymi i nie znajduje się w pobliżu materiałów łatwopalnych.

Zabezpieczenie przewodów przed skutkami zwarć

      Urządzenia zabezpieczające przed cieplnymi skutkami przepływu prądów zwarciowych powinny być tak dobrane, aby przerwanie prądu zwarciowego w obwodzie elektrycznym następowało wcześniej aniżeli wystąpi niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w przewodach oraz ich połączeniach. Zabezpieczenia zwarciowe przewodów instalacyjnych mogą być wykonane z zastosowaniem: bezpieczników, lub wyłączników samoczynnych z wyzwalaczami zwarciowymi.

      Czas od momentu powstania zwarcia do przerwania prądu zwarciowego powinien być na tyle krótki, aby temperatura żył przewodów nie przekroczyła wartości granicznej dopuszczalnej przy zwarciu dla danego typu przewodów. Czas ten, w sekundach, nie powinien przekroczyć wartości granicznej dopuszczalnej wyznaczonej wg. wzoru:

gdzie:

t   -  czas w sekundach,  

S -   przekrój przewodu w mm²,  

I  -   prąd zwarciowy (wartość skuteczna składowej okresowej początkowej prądu zwarciowego),

k -   współczynnik zależny od właściwości materiałów przewodowych i izolacyjnych (odpowiadający

       jednosekundowej dopuszczalnej gęstości prądu podczas zwarcia), Tablica 10.

Tablica 10  Wartości współczynnika k dla różnych rodzajów przewodów

     Zależności powyższe obowiązują dla czasów nie dłuższych niż 5 s i przekrojów nie większych niż 300 mm². Dla bezpieczników rzeczywisty czas trwania zwarcia wyznacza się z ich charakterystyk czasowo-prądowych pasmowych.

      Dla wyłączników czas ten, jeśli prąd zwarciowy jest większy od prądu wyzwalającego wyzwalaczy zwarciowych, wynika również z ich charakterystyki czasowo prądowej i zwykle nie przekracza 0,1 s. Dla większości wyłączników instalacyjnych czas ten jest znacznie krótszy, i mieści się w zakresie 20-40 ms.

      Gdy dopuszczalny czas trwania zwarcia jest mniejszy od 0,1 s znaczącą rolę w nagrzewaniu przewodu odgrywa składowa nieokresowa prądu. Wtedy wymaga się, aby był spełniony warunek:

 (ks)² ≥ I t

     Spełnienie tego warunku oznacza, że ilość energii cieplnej I²t (zwanej całką Joule'a), jaką przenosi urządzenie zabezpieczające do chwili jego zadziałania, jest mniejsza od ilości energii cieplnej (ks)² potrzebnej do nagrzania danego typu przewodu do temperatury granicznej dopuszczalnej przy zwarciu.