Руководство по выбору защитного проводника: сравнение IEC 60364-5-54 и NEC 250.122

Защитные проводники являются важными компонентами систем электробезопасности. Их цель — обеспечить подходящий путь тока повреждения и обеспечить автоматическое отключение питания при возникновении замыкания на землю.

В терминологии МЭК эти проводники обычно обозначаются как защитные проводники (PE) . В установках, регулируемых Национальными электротехническими нормами США (NEC), соответствующий термин обычно заземляющий проводник оборудования (EGC) .

В отличие от фазных проводов, PE-проводники и EGC не предназначены для пропускания нормального тока нагрузки. Поэтому их размер не должен основываться исключительно на продолжительной токовой нагрузке или токовой нагрузке, используемой для фазных проводов.

Применимый метод определения размера зависит от стандарта электроустановки.

В этом руководстве описываются размеры защитного проводника в разделе МЭК 60364-5-54 с последующим сравнением с НЭК 250.122 для североамериканских проектов.

1. Что такое защитный проводник?

Защитный проводник предусмотрен для электробезопасности, включая подключение открытых проводящих частей к устройству защитного заземления.

Во время замыкания на землю защитный проводник может стать частью пути тока повреждения, позволяя защитному устройству отключить пораженную цепь в течение необходимого времени.

Его эффективность зависит от нескольких факторов:

• Материал проводника и площадь поперечного сечения.

• Предполагаемый ток замыкания на землю.

• Продолжительность неисправности.

• Характеристики защитного устройства.

• Импеданс контура повреждения.

• Устройство заземления.

• Механическая защита и условия установки.

Защитный проводник должен быть способен противостоять тепловым и механическим воздействиям, связанным с соответствующими условиями неисправности.

Он также должен являться частью устройства заземления и защиты, удовлетворяющего применимым требованиям к автоматическому отключению.

Важно: PE-проводники, нейтральные проводники и комбинированные защитные и нейтральные проводники (PEN) выполняют разные функции и не должны рассматриваться как взаимозаменяемые.

2. МЭК 60364-5-54: Размеры защитного проводника.

МЭК 60364-5-54 устанавливает требования к устройствам заземления, защитным проводникам и проводникам защитного соединения в низковольтных электроустановках.

Для площади поперечного сечения защитного проводника стандарт МЭК 60364-5-54 допускает два основных подхода:

1. Подбор по упрощенной размерной таблице.

2. Расчет основан на термической стойкости при коротком замыкании.

На оба подхода по-прежнему распространяются применимые требования к минимальной площади поперечного сечения, установке и защите.

Если в проекте оцениваются оба метода, проектировщик может выбрать конечный размер проводника большего размера в качестве консервативного выбора конструкции. Это не следует путать с универсальным требованием МЭК рассчитывать оба значения и всегда принимать большее из них.

2.1 Упрощенная таблица размеров защитного проводника IEC

Для защитных проводников, изготовленных из того же материала, что и соответствующие линейные проводники, упрощенное соотношение выглядит следующим образом:

Пример 1:

В схеме используется медный провод сечением 10 мм².

По упрощенной таблице соответствующий медный PE-проводник имеет сечение 10 мм².

Пример 2:

В схеме используется медный провод сечением 25 мм².

По упрощенной таблице соответствующий медный PE-проводник имеет сечение 16 мм².

Пример 3:

В схеме используется медный провод сечением 70 мм².

По упрощенной таблице расчетная площадь медного PE составляет:

70/2 = 35 мм²

Выбранный проводник должен соответствовать применимым минимальным требованиям и использовать провод соответствующего доступного размера.

Важные ограничения по материалам

Упрощенная таблица, приведенная выше, применяется в тех случаях, когда защитный проводник и линейный проводник изготовлены из одного и того же материала.

При использовании различных материалов, например, алюминиевого линейного проводника с медным защитным проводником, необходимо учитывать применимые положения стандарта МЭК 60364-5-54 по коррекции материалов.

Таблицу не следует применять непосредственно к разнородным материалам проводников без необходимой корректировки.

3. Минимальная площадь поперечного сечения отдельных защитных проводников.

Если защитный проводник не встроен в кабель и не заключен в общий корпус с линейными проводниками, применяются дополнительные требования к минимальной площади поперечного сечения.

Для соответствующих условий установки IEC обычно применяются следующие минимальные размеры:

Это минимальные требования для указанных способов установки.

Они не заменяют необходимости определения размера защитного проводника, требуемого схемотехникой.

Защитный проводник может потребоваться большего размера из-за выбранного метода определения размеров, условий неисправности или других применимых требований.

ПЕН-проводники

PEN-проводник совмещает в себе защитную и нейтральную функции.

Согласно соответствующим требованиям IEC, минимальные площади поперечного сечения PEN-проводника обычно составляют:

• Медь 10 мм².

• 16 мм² алюминий.

На PEN-проводники распространяются дополнительные ограничения, касающиеся устройства заземления, монтажа и конструкции проводника.

Обычный PE-проводник не следует описывать или указывать как PEN-проводник, если только комбинированная функция явно не требуется и не разрешена.

4. Адиабатический расчет защитных проводников.

В стандарте IEC 60364-5-54 также предусмотрен расчетный метод определения площади поперечного сечения защитного проводника по термической стойкости при коротком замыкании.

Для применимого времени устранения неисправности, не превышающего 5 секунд, упрощенная адиабатическая зависимость выглядит следующим образом:

S_PE ≥ I × √t/k

Где:

Коэффициент k должен выбираться с учетом фактической конструкции защитного проводника и применимых начальных и конечных температур.

4.1 Типичные эталонные значения k

Для заявленных условий изолированного проводника обычно используются следующие значения:

Важно: Это не универсальные значения для каждого защитного проводника. Применимый коэффициент k должен быть проверен на соответствие соответствующим положениям МЭК и фактическим условиям проводника.

4.2 Пример расчета

Предположим, что медный защитный проводник с изоляцией из сшитого полиэтилена подвергается:

• Предполагаемый ток замыкания на землю: 5000 А.

• Время устранения неисправности: 0,2 с.

• Применимый коэффициент k: 143.

Требуемая площадь поперечного сечения составляет:

S_PE ≥ 5000 × √0,2/143

S_PE ≥ 15,64 мм²

Медный проводник сечением 16 мм² удовлетворяет этому наглядному тепловому расчету.

Однако окончательный выбор проводника также должен удовлетворять другим применимым требованиям по установке и защите.

Пример не является полной проверкой электроустановки.

4.3 Почему время устранения неисправности имеет значение

Термическое напряжение, испытываемое защитным проводником, зависит как от тока повреждения, так и от продолжительности повреждения.

Более высокий ток повреждения не обязательно требует использования проводника большей толщины, если защитное устройство устраняет повреждение достаточно быстро.

И наоборот, более низкий ток повреждения, поддерживаемый в течение более длительного времени, может привести к существенному тепловому напряжению.

Проектировщик должен использовать соответствующие рабочие характеристики защитного устройства и возможные условия неисправности, а не предполагать фиксированное время отключения для каждой цепи.

5. НЭК 250.122: Североамериканское сравнение.

Для проектов, регулируемых Национальным электротехническим кодексом США, размеры заземляющих проводников оборудования обычно выбираются в соответствии со статьей 250 NEC.

NEC 250.122 устанавливает минимальные требования к размерам заземляющих проводников оборудования, основанные, главным образом, на номинале или настройке устройства защиты от сверхтоков, защищающего цепь.

Это отличается от упрощенного подхода МЭК, который соотносит размер защитного проводника с площадью поперечного сечения линейного проводника.

5.1 Отдельные значения таблицы 250.122 NEC

В следующей таблице представлены избранные справочные значения для проводных заземляющих проводников оборудования.

Примечание: Это сокращенная справочная таблица, а не воспроизведение всех требований NEC. Принятая редакция NEC, применимые исключения и требования местных органов власти должны быть проверены на примере реального проекта.

5.2 Увеличенный размер линейного проводника

В соответствии со стандартом NEC 250.122(B), когда размеры незаземленных проводников увеличиваются в обстоятельствах, охватываемых этим положением, заземляющие проводники для оборудования проводного типа, как правило, также должны быть увеличены пропорционально площади в круговых милах, с учетом применимых исключений.

Контроль падения напряжения является распространенной причиной увеличения сечения линейного проводника.

Однако это правило не следует описывать как применимое только к увеличениям, связанным с падением напряжения.

5.3 Параллельные схемы

При установке параллельных проводников может потребоваться наличие заземляющих проводников оборудования в каждом канале или другом разрешенном расположении проводки.

При определении количества, местоположения и размера EGC необходимо соблюдать применимые положения NEC.

Требуемую площадь EGC не следует просто делить на количество параллельных каналов без проверки соответствующих требований NEC.

6. IEC против NEC: ключевые различия

IEC и NEC используют разную терминологию, методы определения размеров проводников и системы стандартных размеров проводников.

Можно ли заменить таблицы размеров IEC и NEC?

Нет.

Размер проводника, выбранный в соответствии со стандартом IEC 60364-5-54, не может быть автоматически объявлен соответствующим стандарту NEC 250.122 простым преобразованием мм² в AWG.

Аналогично, EGC, выбранный из таблицы NEC 250.122, не может автоматически рассматриваться как PE-проводник, соответствующий требованиям IEC.

Для международных проектов руководящие стандарты электроустановок должны быть установлены до окончательного определения размеров проводников.

Если спецификации проекта содержат требования более чем одной стандартной системы, инженер-проектировщик должен разрешить применимые требования и любые противоречия, прежде чем утверждать конструкцию кабеля.

7. Защитные проводники в проектах силовых кабелей низкого напряжения

Для низковольтных силовых кабелей защитный проводник может быть предусмотрен в виде:

• Изолированная жила многожильного кабеля.

• Отдельный изолированный защитный проводник.

• Другая разрешенная проводящая схема, соответствующая применимому стандарту установки.

Например, низковольтный многожильный кабель может иметь три фазных проводника и отдельную жилу защитного проводника.

Требуемая площадь поперечного сечения PE-проводника должна быть установлена ​​проектировщиком электрооборудования в соответствии с действующим стандартом установки.

Производителям кабелей не следует предполагать, что каждый четырехжильный кабель пригоден для трехфазной цепи с PE-проводником.

Вместо этого четвертая жила может использоваться в качестве нейтрального проводника.

Требуемая функция каждой жилы должна быть четко указана в спецификации кабеля.

8. Рекомендации по заземлению кабеля среднего напряжения

Упрощенная таблица размеров PE IEC, рассмотренная выше, предназначена для низковольтных электроустановок в рамках IEC 60364.

Кабельные системы среднего напряжения требуют дополнительного рассмотрения:

• Металлическая конструкция экрана.

• Площадь поперечного сечения экрана.

• Соединение брони.

• Предполагаемый ток замыкания на землю.

• Продолжительность неисправности.

• Устройство заземления.

• Конструкция соединения и заделки.

• Применимые утилиты и спецификации проекта.

При необходимости следует учитывать IEC 61936-1 и другие применимые стандарты для общей электроустановки.

Металлические экраны и броня

Кабель среднего напряжения может иметь экран из медной проволоки, экран из медной ленты, металлическую оболочку или броню.

Эти компоненты не обязательно выполняют одну и ту же электрическую или механическую функцию.

Их пригодность для проведения тока замыкания на землю зависит от их конструкции, непрерывности, схемы соединения и проверенной устойчивости к повреждениям.

Поэтому размер металлического экрана или брони кабеля не следует определять исключительно с использованием упрощенной таблицы размеров низковольтного PE.

Требуемая конструкция металлического экрана и устойчивость к короткому замыканию должны быть подтверждены техническими спецификациями покупателя.

9. Информация, необходимая при заказе силовых кабелей с защитными проводниками

Производителям кабелей полное техническое обследование помогает убедиться в том, что предлагаемая конструкция соответствует электрической схеме.

Покупатели должны предоставить следующую информацию, если это применимо:

Для кабелей среднего напряжения в ходе исследования также следует определить требуемую конструкцию металлического экрана и требования к выдерживанию тока короткого замыкания.

Если площадь поперечного сечения PE или экрана еще не определена, покупатель должен предоставить соответствующую информацию о конструкции для технических разъяснений.

10. Заключение

Выбор размеров защитного проводника является требованием электробезопасности и не должен рассматриваться как обычный расчет токовой нагрузки кабеля.

В соответствии со стандартом IEC 60364-5-54 площадь поперечного сечения защитного проводника может быть определена с использованием применимой упрощенной таблицы размеров или расчета, основанного на термической стойкости при коротком замыкании.

В соответствии со стандартом NEC 250.122, размеры заземляющего проводника проводного оборудования основаны главным образом на расположенном выше устройстве защиты от сверхтоков, а также на применимых требованиях по регулировке и установке.

Для обеих систем окончательный выбор проводника должен поддерживать необходимую защитную функцию в условиях фактической установки и неисправности.

В кабельных системах среднего напряжения металлические экраны, броня и связанные с ними соединения требуют отдельного технического рассмотрения.

Окончательная спецификация кабеля должна быть подтверждена на соответствие действующему стандарту, утвержденному электрическому проекту и опубликованным техническим данным производителя.

О кабеле Синьюй

Xinyu Cable производит силовые кабели низкого и среднего напряжения для распределительных сетей, промышленных объектов, инфраструктуры и проектов возобновляемой энергетики.

В ассортимент нашей продукции входят силовые кабели с медными и алюминиевыми жилами, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, многожильные низковольтные кабели, а также бронированные и небронированные кабельные конструкции.

Для запросов по проекту клиенты могут предоставить требуемые размеры проводников, конфигурации жил, требования к защитным проводникам, характеристики металлических экранов и применимые технические стандарты.

Наша команда может просмотреть запрошенную конструкцию кабеля и предоставить соответствующую информацию о продукте и расценки.

Ищете производителя силового кабеля?

Отправьте нам свою техническую спецификацию, график прокладки кабелей или ведомость объемов работ (BOQ).