ALEGEREA CONDUCTELOR ELECTRICE

Alegerea conductelor electrice

Precizari generale

Alegerea conductelor electrice implica examinarea si respectarea unui sir de posibilitati si conditii, care se incheie prin determinarea corespunzatoare a sectiunii conductoarelor.

a) Materialul conductoarelor, utilizate in instalatiile electrice de joasa tensiune, poate fi: cuprul, aluminiul, otelul-aluminiu si otelul.

Folosirea cuprului in instalatiile electrice industriale sub forma de conducte neizolate si izolate, bare sau cabluri, se permite numai in urmatoarele situatii:

- la circuitele care alimenteaza receptoare de importanta deosebita cum sunt pompele de incendiu, consumatorii de siguranta din centrale electrice, corpurile instalatiei de iluminat de siguranta pentru evacuare de tip 1 si 2, dar numai daca sectiunea conductoarelor de aluminiu ar rezulta mai mica de 10 mm²;

- la circuitele care alimenteaza receptoare amplasate in medii cu pericol de explozie (in cazurile precizate in prescriptiile specifice);

- in incaperi si spatii din exterior cu mediu coroziv, in cazurile in care stabilitatea chimica a aluminiului sau otelului nu este corespunzatoare si numai daca instalatiile nu pot fi realizate in executie etansa;

- la instalatiile de pe utilaje mobile (de ex. pe macarale, poduri rulante, vibratoare etc.);

- la instalatiile de pe utilaje supuse socurilor sau vibratiilor permanente, care se pot transmite conductelor electrice (de ex. de pe cajele laminoarelor);

- la instalatiile de protectie prin legare la pamant sau la nul;

- la circuitele de comanda, automatizate, masura si semnalizare, cu exceptia circuitelor de alimentare cu curent operativ a tablourilor de comanda, atunci cand sectiunea conductelor din aluminiu rezulta mai mare de 10 mm² sau a unor receptoare electrice mai putin importante, prevazute numai cu comanda locala si care nu fac parte din sistemul de automatizare a instalatiei respective.

De asemenea, folosirea conductelor electrice de orice tip cu conductoare din cupru se limiteaza numai in zonele in care se impune acest lucru.

In afara situatiilor de mai sus, se folosesc conductoare de aluminiu. Conductoarele de otel-aluminiu sunt destinate liniilor electrice aeriene, iar cele de otel - instalatiilor de protectie (prin legare la pamant, impotriva trasnetelor).

b) Felul izolatiei trebuie luat in considerare in corelatie cu categoriile de incadrare a incaperii sau a locului de montare din punct de vedere al caracteristicilor mediului si al pericolului de incendiu si explozie, avand in vedere si dezideratul de a utiliza cu precadere izolatii din materiale plastice, apreciate ca greu combustibile.

c) Domeniul de utilizare reprezinta un criteriu fundamental pentru alegerea conductelor. Din acest punct de vedere intereseaza in principal urmatoarele tipuri de conducte:

- pentru transportul energiei electrice (neizolate sau izolate);

- pentru instalatii fixe;

- pentru instalatii mobile;

- pentru ascensoare;

- pentru bransamente la constructii indistriale;

- pentru sudare electrica;

- de comanda, masura, semnalizare si control.

d) Modul de montare se coreleaza cu tipul conductei din punct de vedere al domeniului de utilizare, cu felul izolatiei si cu categorii de incadrare a incaperii sau a locului de montare.

In cazul barelor, modul de montare poate fi:

- pe izolatoare, in executie deschisa;

- pe izolatoare, in executie acoperita (canal, sant);

- protejat in cutii;

- capsulat.

Conductele neizolate se monteaza pe izolatoare, iar cele izolate - fie pe izolatoare, fie in tuburi sau tevi de protectie. In ceea ce priveste tuburile sau tevile de protectie, acestea pot fi amplasate;

- pe constructie;

- pe console;

- ingropat.

Se recomanda utilizarea cu prioritate a tuburilor din materiale plastice.

Cablurile electrice se pot instala in urmatoarele feluri:

- aparent pe constructie;

- pe console;

- ingropat in tub;

- canal, tunel, pod;

- canal cu nisip.

In general, trebuie sa se mai cunoasca daca montarea se face in interior, exterior sau sub tensuiala.

Modul de montare influenteaza intr-o masura hotaratoare conditiile de racire ale conductoarelor si prin aceasta alegerea sectiunii, determinand in acelasi timp, tehnologia de executie a instalatiei.

e) Numarul conductoarelor pe anumite tronsoane se determina din schema de alimentare si schema cu amplasamente. Intereseaza astfel numarul conductelor dintr-un tub, al conductoarelor dintr-un cablu sau cordon si al barelor in paralel pe pol sau faza.

f) Frecventa curentului (curent continuu sau alternativ) se cere specificata mai ales in cazul barelor si cablurilor.

g) Sectiunea minima admisa pentru conductoare este prevazuta prin normativ, fiind obligatorie chiar daca din calculele de incalzire sau a pierderilor de tensiune rezulta sectiuni inferioare.

Determinarea sectiunii conductoarelor

Pentru a nu periclita starea izolatiei conductelor electrice, este necesar ca temperatura acestora sa nu depaseasca anumite valori maxim admise. Luand ca punct de referinta temperatura pe conductor, valorile maxim admise t^o_cadm pentru diversele conducte de joasa tensiune sunt dupa cum urmeaza:

- bare de otel, conducte cu izolatie de PVC +70^oC;

- cabluri cu izolatie si manta de PVC +70^oC;

- cabluri cu izolatie de hartie, bare de cupru si aluminiu +65^oC;

- conducte si cabluri cu izolatie din cauciuc +60^oC.

Solicitarea termica a conductelor este datorata curentilor de sarcina de durata (regim permanent), de suprasarcina de scurta (la pornire) si lunga durata si de scurtcircuit.

Sectiunile conductoarelor electrice se dimensioneaza pentru a satisface conditia de stabilitate termica la incalzire in regim permanent sau intermitent (in functie de regimul de functionare al receptoarelor alimentate). Sectiunile determinate se verifica apoi la conditiile de incalzire in regim de scurta durata (la curentii de varf), de pierdere de tensiune si de rezistenta mecanica.

In regim permanent, cantitatea de caldura degajata in conductor prin efectul Joule-Lenz este cedata integral, prin suprafata conductei, mediului ambiant, distributia temperaturilor pe sectiunea conductei ramanand constanta. Relatia echilibrului este:

(4.31)

in care: I_c - este curentul de durata prin conductor;

r - rezistivitatea conductorului la temperatura de referinta t^o_r = 20^oC;

k_r - coeficientul de crestere a rezistivitatii cu temperatura;

t^o_c - temperatura medie a conductorului;

l,s - lungimea si sectiunea conductorului;

a - transmisivitatea termica (coeficientul de transmitere a caldurii prin convectie si radiatie) de la suprafata conductei;

A - suprafata (laterala) de cedare a caldurii;

- temperatura de la suprafata conductei;

- temperatura mediului ambiant.

Daca se atribuie temperaturii medii a conductorului valorile maxim admise t^o_cadm indicate mai sus, pe baza relatiei (4.31) se pot determina intensitatile maxime admise I_{c adm} ale curentilor in regim permanent pentru diverse tipuri de conducte:

(4.32)

In practica nu se lucreaza cu relatia (4.32), datorita dificultatilor de apreciere a conditiilor de racire in ansamblul lor, data fiind diversitatea situatiilor de montare.

Intensitatile maxime admise I_{c adm} pentru curentii in regim permanent sunt date in tabele, pentru diferite tipuri de conducte, luand in considerare o temperatura a mediului ambiant t^o_a = 20 35^oC si anumite conditii de montare (deci de racire). In cazul pozarii conductelor in alte conditii decat cele indicate in tabele, se aplica corectii ale intensitatilor maxim admise, prin intermediul unor coeficienti de corectie, precizati in cele ce urmeaza.

A. Determinarea sectiunii conductoarelor pentru a satisface conditia de stabilitate termica la incalzire in regim permanent sau intermitent (in functie de regimul de lucru al consumatorilor si receptoarelor) se face cu relatia:

(4.33)

in care: I_c - este curentul cerut de receptor sau de consumatorul de calcul;

a - coeficientul de corectie al regimului de lucru;

K - coeficientul de corectie al conditiilor de racire, dependente de tipul conductei, de conditiile de instalare si de mediu.

Coeficientul de corectie al regimului de lucru are valoarea a = 1 pentru regimuri permanente si

(4.34)

pentru regimuri intermitente de lucru, cu durata totala a ciclului de minimum 10 minute si durata de functionare de maximum 4 minute; DA reprezinta durata relativa de anclansare (conectare), adica raportul dintre durata de functionare si durata totala a ciclului. Aplicarea coeficientului supraunitar dat de relatia (4.34) este admisa numai pentru conductoare de cupru cu sectiuni peste 10 mm² sau de aluminiu - peste 16 mm², ceea ce revine la curenti ceruti in regim intermitent dupa cum urmeaza:

- I_c > 70 A, daca se folosesc conducte izolate cu PVC sau cauciuc;

- I_c > 110 A, daca se folosesc conducte neizolate, cordoane sau cabluri in curent alternativ;

- I_c > 140 A, daca se folosesc cabluri in curent continuu.

Pentru situatiile limita, carora le-ar corespunde in urma corectiei cu coeficientul a, sectiuni mai mici decat cele mentionate mai sus, alegerea se va face considerand in final a = 1.

Coeficientul de corectie K al conditiilor de racire se determina in mod diferit, dupa tipul conductei.

a) In cazul conductelor neizolate si izolate, pozate la temperaturi ale mediului ambiant diferite de +25^oC, coeficientul de corelatie al conditiilor de racire este:

K = K₁ (4.35)

in care K₁ este coeficientul de corectie pentru temperaturi ale mediului ambiant diferite de +25^oC.

b) Pentru bare, intensitatile maxime admise sunt valabile urmatoarele conditii de functionare si montaj:

- conductivitatile de referinta sunt s_CU = 56 m/Wmm² pentru cupru si s_AL = 35,1 m/Wmm² pentru aluminiu;

- barele dreptunghiulare sunt montate pe muchie, iar traseul este orizontal;

- temperatura mediului ambiant barelor este de 35^oC, iar temperatura barelor este de 65^oC;

- barele sunt montate distantat, astfel incat efectul de vecinatate nu se manifesta;

- altitudinea este de maximum 1000 m;

- disiparea caldurii se face in mod natural etc.

Alte conditii de functionare si montaj se iau in considerare in relatia (4.33), prin calcularea coeficientului de corectie al conditiilor de racire cu formula:

K = K₁ K₂ K₃ K₄ K₅ K₆ (4.36)

in care: K₁ este coeficientul de corectie pentru variatia conductivitatii barelor;

K₂ - coeficient de corectie pentru reducerea sarcinii la asezarea barelor cu latimea pe orizontala sau pentru un traseu vertical mai lung de 2 m;

K₃ - coeficientul de corectie pentru temperaturi ale mediului ambiant si a barelor diferite de cele de referinta.

Pentru barele avand sectiuni diferite de cele indicate in tabele sau grafice, insa ale caror perimetre nu difera sau difera putin ca forma si valoare de ale acestora, incarcarile admisibile se pot determina cu aproximatie cu relatia

(4.37)

in care: I_Cadm2 este curentul admisibil al unei bare (dreptunghiulare sau teava) sau al unui pachet de n bare (dreptunghiulare) in paralel pentru care nu au putut fi aplicate direct corectiile;

I_Cadm1 - curentul admisibil al unei bare sau al unui pachet de bare similare, pentru care corectiile pot fi determinate direct din tabele sau grafice;

p₁, p₂ - perimetrele sectiunilor a cate unei singure bare dintre cele care se gasesc, respectiv nu se gasesc in tabele sau grafice;

s₁, s₂ - ariile sectiunilor corespunzatoare, conform semnificatiilor indicilor.

Relatia (4.37) este aplicabila barelor cu sectiuni dreptunghiulare avand aceeasi latime si o grosime care difera cu cel mult 50% de cea a sectiunilor din tabele, precum si barelor teava avand acelasi diametru exterior insa grosimea peretelui diferind cu cel mult 50% de cea a sectiunilor din tabele.

La barele capsulate, coeficientul de corectie calculat conform relatiei (4.36) se multiplica prin factorul 0,8, pentru a tine seama de conditiile speciale de racire.

c) In cazul cablurilor, aplicarea corectiei referitoare la conditiile de racire se face diferentiat, dupa natura mediului - pamant, aer sau apa - in care se pozeaza cablurile.

Pentru cablurile pozate in pamant, corectia se determina cu relatia

K = K_c1 K_c2 K_c3,    (4.38)

in care: K_c1 este coeficientul de corectie in functie de rezistenta termica specifica a solului. Temperatura solului se considera egala cu valoarea medie a temperaturilor maxime din lunile de vara, la adancimea de pozare. Daca nu exista date precise, aceasta temperatura se adopta astfel:

+24^oC - pentru regiunile de ses;

+15^oC - pentru regiunile de deal si de munte.

Se considera neglijabila variatia temperaturii solului, in functie de adancimea de pozare, in domeniul 70 120 cm. Pentru cablurile pozate mai aproape de nivelul solului decat 70 cm, se considera o temperatura superioara cu 5^oC fata de temperatura de calcul.

Pentru pozare alaturata in aer, in diferite moduri si la temperaturi ale mediului ambiant diferite de +30^oC, coeficientul de corectie al conditiilor de racire este

(4.39)

in care: K^'_c1 este coeficientul de corectie in functie de modul de pozare;

K^'_c2 - coeficientul de corectie in functie de temperatura mediului ambiant.

In cazul cablurilor expuse razelor solare, se va aplica suplimentar un coeficient de reducere egal cu 0,9.

Daca pozarea se face in apa, se considera K = 1,15.

Sectiunea se poate schimba la trecerea cablului din apa in pamant sau in aer, in functie de rezultatele calculelor.

B. Determinarea sectiunii conductelor din conditia de stabilitate termica la supracurentii accidentali reprezinta o etapa de calcul, care se asociaza celei corespunzatoare incalzirii in regim permanent (pct.A).

a) Stabilitatea termica a conductelor la curenti de suprasarcina, se considera asigurata daca

(4.40)

I_rt fiind curentul de reglaj al releului sau declansatorului termic montat pe portiunea de retea considerata (numai la circuite si coloane protejate prin relee sau declansatoare termice).

b) Pentru curentii de scurtcircuit, conditia de stabilitate termica se exprima diferit, in functie de felul dispozitivului de protectie.

Astfel, daca protectia este asigurata prin sigurante fuzibile, conditia de stabilitate termica este data, in cazul instalatiilor electrice de forta, de relatia:

(4.41)

iar in cazul instalatiilor electrice de iluminat si prize:

(4.42)

daca posibilitatea apartitiei suprasarcinilor este minima la anumite instalatii electrice de iluminat si prize (de ex. in cazul utilizarii corpurilor de iluminat cu tuburi flourescente), intensitatea maxim admisa a curentului permanent prin conductoare se obtine cu relatia:

(4.43)

In cazul protectiei la scurtcircuit realizate prin intreruptoare automate cu relee sau declansatoare electromagnetice cu actiune instantanee, stabilitatea termica a conductelor este asigurata daca

(4.44)

Intensitatile maxim admise prin conducte se determina din conditiile (4.33), (4.40) si una din relatiile (4.41) (4.44

C. Verificarea sectiunii conductelor se face intr-o prima etapa la urmatoarele solicitari:

- rezistenta mecanica, exprimata prin sectiunile minime admise conform tabelelor;

- incalzirea in regim de scurta durata la pornire, care se verifica prin intermediul densitatii de curent la pornire:

(4.45)

sau

(4.46)

si care trebuie sa fie pentru conductoare din aluminiu:

(4.47)

iar pentru conductoare din cupru

(4.48)

O ultima verificare pentru sectiunile determinate se realizeaza prin calculul pierderilor de tensiune.

D. Sectiunea conductorului de nul de lucru se stabileste in corelatie cu cea a conductoarelor de faza, dupa cum urmeaza:

- egala cu sectiunea conductorului de faza in cazul circuitelor de lumina trifazate cu patru conductoare, pana la o sectiune de 16 mm² a conductoarelor de faza si a circuitelor monofazate;

- cel putin 50% din sectiunea conductoarelor de faza si astfel incat sa corespunda intensitatii maxime de curent posibile in conductele respective, in cazul instalatiilor de forta;

- pentru circuite de lumina trifazate cu patru conductoare, incepand cu sectiunea conductorului de faza de 25 mm².