Wyższe harmoniczne i dopuszczalny spadek napięcia - zalecenia normy PN-HD 60364-5-52:2011

Dla wyższych harmonicznych prądów w przewodach czterożyłowych i pięciożyłowych przy obciążeniu czterech żył można stosować współczynniki zmniejszające. Jeżeli żyła neutralna przewodzi prąd, a obciążenie żył liniowych nie zostało odpowiednio zmniejszone, to przy obciążalności prądowej długotrwałej obwodu należy brać pod uwagę prąd płynący w żyle neutralnej. Głównie chodzi o przypadek, gdy przy symetrycznym obciążeniu układu trójfazowego w przewodzie neutralnym płynie prąd. Takiego rodzaju prądy neutralne są powodowane prądami przewodowymi zawierającymi wyższe harmoniczne, które w punkcie neutralnym się nie znoszą.

Najbardziej istotna wyższa harmoniczna, która nie znosi się w przewodzie neutralnym, to zazwyczaj trzecia harmoniczna. Wielkość prądu neutralnego, która jest nią spowodowana, może być wyższa niż wartość prądu liniowego o częstotliwości sieciowej. Wtedy prąd neutralny będzie miał znaczący wpływ na obciążalność prądową długotrwałą przewodów w obwodzie. W tabeli 1 podano współczynniki zmniejszające stosowane do obwodów trójfazowych obciążonych symetrycznie.

Za najbardziej niekorzystny przypadek uznaje się, gdy obciążone są dwie z trzech faz. W takim rozwiązaniu żyła neutralna przewodzić będzie różnicę prądów fazowych oraz wyższe harmoniczne prądów. Współczynniki znajdujące się w tabeli dotyczą takich kabli, w których żyła neutralna jest częścią przewodu czterożyłowego lub pięciożyłowego, jest wykonana z takiego samego materiału i ma taki sam przekrój jak przewody liniowe.

Gdy spodziewany prąd w przewodzie neutralnym jest większy niż w przewodzie liniowym, poleca się dobieranie przekroju przewodu na podstawie wartości prądu w przewodzie neutralnym. Gdy przekrój przewodu dobrano na podstawie wartości prądu w przewodzie neutralnym, która nie jest znacząco większa od wartości prądu w przewodzie liniowym, należy zmniejszyć tabelaryczną obciążalność prądową długotrwałą określoną dla trzech obciążonych żył. Dobór przekroju przewodu na podstawie wartości prądu w przewodzie neutralnym, w którym prąd jest większy niż 135% prądu w przewodzie liniowym, powoduje, że trzy przewody liniowe nie będą w pełni obciążone.

Tabela 1. Współczynniki zmniejszające dla wyższych harmonicznych prądów w czterożyłowych i pięciożyłowych przewodach

^* Udział trzeciej harmonicznej prądu w przewodzie liniowym należy rozumieć jako stosunek trzeciej harmonicznej do podstawowej (pierwszej) harmonicznej.

Spadek napięcia pomiędzy złączem instalacji a dowolnym punktem odbiorczym nie powinien być większy w odniesieniu do wartości nominalnego napięcia instalacji niż wartości przedstawione w tabeli 2.

Tabela 2. Dopuszczalny spadek napięcia

Do instalacji typu B zaleca się, aby spadek napięcia w obwodach końcowych nie przekraczał wartości podanych dla instalacji typu A. Jeżeli wewnętrzna linia zasilająca w instalacji jest dłuższa niż 100 m, to dopuszczalny spadek napięcia można zwiększyć o 0,005% na każdy metr oprzewodowania przekraczający 100 m, ale maksymalny dopuszczalny wzrost spadku napięcia nie może przekroczyć 0,5%. Określenia spadków napięcia można dokonać na podstawie prądu pobieranego przez odbiornik, uwzględniając współczynniki zapotrzebowania lub na podstawie wartości prądów w obwodach przyjętych w projekcie.

Większe wartości spadku napięcia mogą być akceptowalne dla silników elektrycznych w czasie rozruchu lub dla innych odbiorników z dużym prądem rozruchowym. Warunkiem jest, że w obu przypadkach zmiany napięcia pozostają w granicach określonych w normach dla danego sprzętu. Spadek napięcia można wyznaczyć na podstawie zależności:

u = b(ρ_1L/S cosφ + λL sinφ)I_B.

gdzie:

u jest spadkiem napięcia w woltach,

b to współczynnik równy 1 dla obwodów trójfazowych i równy 2 dla obwodów jednofazowych,

ρ1 to rezystywność żyły w normalnych warunkach pracy oraz dopuszczalnej temperaturze pracy przewody (czyli 1,25-krotności rezystywności żyły w temperaturze 20⁰C lub 0,0225 Ωmm²/m dla miedzi i 0,036 Ωmm²/m dla aluminium),

L – długość oprzewodowania w metrach,

S – przekrój poprzeczny żyły w mm²,

cosφ współczynnik mocy (w przypadku braku precyzyjnych danych można przyjąć, że jest równy 0,8),

λ –reaktancja na jednostkę długości oprzewodowania (przy braku danych można przyjąć 0,08 mΩ/m),

I_B –projektowany prąd obciążenia w amperach,

U₀ – napięcie pomiędzy przewodem liniowym a neutralnym w woltach.