Dobierz przekrój \( S \) przewodu o żyłach miedzianych i długości \( l = 11 \, \text{m} \) do wykonania obwodu stałoprądowego o napięciu \( U_N = 50 \, \text{V} \) tak, aby nie został przekroczony spadek napięcia \( \Delta U_{\%} = 4 \% \) przy maksymalnym obciążeniu. Obwód jest zabezpieczony wyłącznikiem nadprądowym B10. Wzory do obliczeń:
\[ \Delta U_{\%} = 200 \cdot \frac{I \cdot l}{\gamma \cdot U_N \cdot S} \]\[ \gamma_{Cu} = 55 \, \frac{\text{m}}{\Omega \cdot \text{mm}^2} \]
A. \( S = 1,0 \, \text{mm}^2 \)
B. \( S = 4,0 \, \text{mm}^2 \)
C. \( S = 1,5 \, \text{mm}^2 \)
D. \( S = 2,5 \, \text{mm}^2 \)
Tu kluczowe jest to, że prąd obciążenia przyjmujemy z zabezpieczenia B10, czyli 10 A. Charakterystyka B mówi głównie o sposobie zadziałania przy zwarciu i przeciążeniu, ale do obliczenia spadku napięcia bierzemy prąd znamionowy wyłącznika, czyli I = 10 A. Dopuszczalny spadek napięcia wynosi 4% z 50 V, więc w takim niskonapięciowym obwodzie każdy wolt ma już spore znaczenie. Liczymy wymagany przekrój z przekształconego wzoru: $S \ge \frac{200 \cdot I \cdot l}{\gamma \cdot U_N \cdot \Delta U_\%}$. Po podstawieniu: 200 · 10 · 11 / (55 · 50 · 4) = 2,0 mm². Ponieważ przewodów instalacyjnych nie dobiera się dowolnie co do dziesiątej części milimetra kwadratowego, tylko z typowych przekrojów handlowych i normowych, wybieramy najbliższy większy przekrój, czyli 2,5 mm². To jest dobra praktyka: przekrój ma spełnić warunek techniczny, ale nie powinien być bez sensu przewymiarowany. Dla 2,5 mm² spadek napięcia wyniesie około 3,2%, więc mieści się w wymaganych 4%. W praktyce taki tok myślenia stosuje się np. przy obwodach zasilania automatyki, oświetlenia LED 24 V lub 48 V, układów sterowania i zasilaczy DC. Moim zdaniem przy małych napięciach trzeba szczególnie pilnować spadków, bo instalacja może wyglądać poprawnie, a urządzenie na końcu przewodu będzie działało niestabilnie.
W tym zadaniu łatwo popełnić błąd, bo samo zabezpieczenie B10 może odciągnąć uwagę od właściwego problemu, czyli od spadku napięcia na przewodzie. Wyłącznik nadprądowy B10 informuje nas, że do obliczeń przyjmujemy prąd 10 A, natomiast litera B nie oznacza, że należy podstawiać jakiś większy prąd z zakresu zadziałania zwarciowego. To częsty błąd myślowy: mieszanie obliczeń spadku napięcia z warunkami samoczynnego wyłączenia zasilania. Tutaj liczy się prąd roboczy, długość toru, napięcie znamionowe i przewodność miedzi. Po przekształceniu wzoru wychodzi wymagane minimum 2,0 mm², więc przekroje 1,0 mm² oraz 1,5 mm² są za małe. Dla 1,5 mm² spadek napięcia wyniósłby około 5,33%, a dla 1,0 mm² aż około 8%. To przekracza dopuszczalne 4%, więc na końcu obwodu napięcie byłoby za niskie. W praktyce mogłoby to dać przygasanie źródeł światła, gorszą pracę elektroniki albo niepewne działanie styczników i przekaźników. Przekrój 4,0 mm² technicznie ograniczyłby spadek napięcia jeszcze bardziej, bo do około 2%, ale nie jest najlepszym doborem w sensie projektowym. Gdy zadanie pyta o dobór przekroju, wybiera się najbliższy większy typowy przekrój spełniający warunek, a nie przewód większy bez potrzeby. Większy przekrój to wyższy koszt, trudniejszy montaż w zaciskach i większa sztywność przewodu. Dobra praktyka branżowa polega na zachowaniu warunku dopuszczalnego spadku napięcia, zgodności z zabezpieczeniem i rozsądnym zapasie, nie na przypadkowym przewymiarowaniu instalacji.