Obciążalność kabli w gruncie i w powietrzu – skąd biorą się różnice w wynikach obliczeń?

Obciążalność kabli nie wynika wyłącznie z przekroju żyły czy rodzaju izolacji. O tym, jaki prąd może płynąć w sposób ciągły bez przekroczenia dopuszczalnej temperatury pracy, decyduje też otoczenie, które odbiera ciepło z kabla. Dlatego ten sam kabel ułożony w gruncie i prowadzony w powietrzu może osiągać różne wyniki obliczeń. Normowe metody wyznaczania obciążalności opierają się właśnie na bilansie cieplnym: ile ciepła powstaje w kablu i jak skutecznie zostaje ono odprowadzone do otoczenia.

Skąd bierze się różnica między gruntem a powietrzem?

Najprościej ujmując, różnica wynika z innych warunków chłodzenia. Kabel oddaje ciepło przez izolację i powłoki, a następnie do środowiska zewnętrznego. W powietrzu wpływają na to temperatura otoczenia, naturalna lub wymuszona wentylacja, nasłonecznienie oraz sposób prowadzenia przewodu. W gruncie znaczenie ma temperatura ziemi, głębokość ułożenia, wilgotność oraz oporność cieplna gruntu. Im trudniej odprowadzić ciepło, tym niższa dopuszczalna obciążalność.

Dlaczego grunt potrafi zarówno pomagać, jak i ograniczać?

Grunt nie jest środowiskiem stałym. Jego zdolność do odprowadzania ciepła zmienia się zależnie od składu, zagęszczenia i zawilgocenia. Suche podłoże odprowadza ciepło gorzej niż wilgotne, a to od razu odbija się na wyniku obliczeń. W opracowaniach i normach dla kabli ziemnych przyjmuje się określone wartości oporności cieplnej gruntu, lecz przy rzeczywistej trasie kablowej te dane mogą odbiegać od warunków terenowych. Gdy kabel nagrzewa otoczenie, grunt może dodatkowo przesychać, a wtedy chłodzenie jeszcze się pogarsza. To właśnie dlatego obciążalność kabli ułożonych w ziemi wymaga dokładniejszych danych wejściowych niż prostego odczytu z tabeli.

Co zmienia się przy prowadzeniu kabla w powietrzu?

W powietrzu odpada wpływ gruntu, ale pojawiają się inne zmienne. Znaczenie ma temperatura otoczenia, swobodny przepływ powietrza, odległość między przewodami i sposób montażu na drabinie, korycie lub wspornikach. Jeśli kilka kabli biegnie blisko siebie, wzajemnie się dogrzewają, przez co dopuszczalny prąd spada. Na wynik może wpłynąć też promieniowanie słoneczne, zwłaszcza przy trasach prowadzonych na zewnątrz. W efekcie kabel w powietrzu nie zawsze będzie miał większą obciążalność niż kabel w gruncie. Wszystko zależy od warunków oddawania ciepła.

Jakie dane najczęściej zmieniają wynik obliczeń?

Największy wpływ mają:

• temperatura otoczenia lub gruntu,
• oporność cieplna gruntu,
• głębokość ułożenia kabla,
• sposób ułożenia i grupowanie tras,
• obecność rur, kanałów i przepustów,
• dopuszczalna temperatura żyły wynikająca z konstrukcji kabla.

Już zmiana jednego z tych parametrów potrafi obniżyć albo podnieść wynik obliczeń. Z tego powodu rzetelny dobór kabla powinien uwzględniać rzeczywiste warunki pracy, a nie wyłącznie wariant referencyjny.

Dlaczego nie warto porównywać wyników bez opisu warunków?

Sama wartość obciążalności niewiele mówi bez informacji, dla jakiego sposobu ułożenia została wyznaczona. Dwa pozornie sprzeczne wyniki mogą być poprawne, jeśli przyjęto inne temperatury, inny odstęp między kablami albo inne właściwości gruntu. Dlatego w projektowaniu sieci i instalacji trzeba patrzeć nie tylko na kabel, ale też na środowisko jego pracy. Dopiero wtedy wynik obliczeń ma realną wartość i pozwala bezpiecznie ocenić, czy dana trasa przeniesie zakładane obciążenie.