Obciążalność kabli to jedno z podstawowych zagadnień przy projektowaniu i eksploatacji sieci elektroenergetycznych. Dobór kabli o niewłaściwym przekroju może prowadzić do nadmiernego nagrzewania się, uszkodzeń izolacji, a w skrajnych przypadkach zwarcia a nawet pożaru. Dlatego kluczowe znaczenie ma znajomość parametrów termicznych i obciążalności prądowej stosowanych kabli.
Co oznacza obciążalność prądowa kabli?
Obciążalność prądowa to maksymalna wartość prądu, jaka może płynąć przez dany kabel w sposób ciągły, bez przekroczenia dopuszczalnej temperatury jego pracy. Zależna jest od szeregu czynników. W praktyce obciążalność określa się w oparciu o normy (np. PN-IEC 60287, PN-IEC 60853) lub wytyczne producenta.
Dlaczego właściwa obciążalność jest tak ważna?
Niedoszacowanie obciążalności skutkuje przegrzewaniem kabla, co prowadzi do szybszej degradacji izolacji, ryzyka zwarcia lub zapłonu, strat energii i nieefektywności energetycznej oraz potencjalnych przestojów i awarii w zakładach przemysłowych. Z drugiej strony, przewymiarowanie kabli to zbędny koszt inwestycyjny. Kluczem jest więc prawidłowy ich dobór, z uwzględnieniem wszystkich warunków pracy.
Czynniki wpływające na obciążalność prądową
Na obciążalność prądową kabli wpływa wiele czynników, które należy uwzględnić już na etapie projektowania . Pominięcie choćby jednego z nich może prowadzić do błędnych obliczeń i ryzyka przeciążenia kabli. Do najważniejszych należą:
- Rodzaj i przekrój żyły roboczej – kable miedziane mają wyższą obciążalność niż aluminiowe przy tym samym przekroju,
- Konstrukcja kabla i rodzaj izolacji,
- Sposób ułożenia kabla – kable w ziemi mają mniejszą zdolność oddawania ciepła niż te w powietrzu,
- Sposób ułożenia wiązki kablowej – układ płaski ma większą obciążalność niż układ trójkątny,
- Zastosowanie przepustów wypełnionych powietrzem lub bentonitem,
- Rezystywność termiczna i temperatura gruntu– obciążalność spada wraz ze wzrostem temperatury gruntu i jest zależna od podatności gruntu na migrację wilgoci.
Jak obliczyć obciążalność kabli?
W praktyce korzysta się z tabel normatywnych zawierających wartości prądów obciążenia dopuszczalnych długotrwale dla różnych typów kabli i sposobów ułożenia. W tabelach uwzględnia się również współczynniki korekcyjne np. w zależności od wiązkowania.
W prostszych przypadkach można zatem posłużyć się danymi z normatywnych tabel, jednak w bardziej złożonych przypadkach – zwłaszcza w sieciach WN i SN lub w warunkach zmiennego obciążenia – niezbędne jest wykorzystanie dedykowanego oprogramowania.
Rozbudowane analizy w tym zakresie umożliwia m.in. oprogramowanie oferowane przez IPC, takie jak OeS a konkretnie moduł dodatkowy OKAB. Narzędzie to pozwala:
- definiować parametry środowiska (temperatura, rezystywność termiczna gruntu)
- definiować parametry techniczne zastosowanych kabli i przepustów
- modelować przekrój przez dowolny tor prądowy z uwzględnieniem głębokości montażu, wiązkowania, stosowania przepustów
- uwzględniać współoddziaływanie wielu równoległych torów prądowych o różnych parametrach
- wyznaczyć obciążalność dopuszczalną długotrwale, obciążalność dorywczą i okresowo zmienną
- przedstawić wyniki w formie tabelarycznej i graficznej (mapa ciepła)
Zaletą podejścia IPC z wykorzystaniem modułu OKAB oprogramowania OeS jest możliwość precyzyjnego doboru stosowanych kabli oraz optymalnego profilu poprzecznego toru prądowego w konkretnych warunkach środowiskowych również przy założeniu zmienności obciążeń jaka ma miejsce np. w kablach wyprowadzających moc z farm fotowoltaicznych i wiatrowych. To szczególnie istotne w projektowaniu i eksploatacji nowoczesnych sieci elektroenergetycznych, w których precyzyjna kontrola obciążalności przekłada się na bezpieczeństwo i efektywność energetyczną całego układu.
