Przekrój przewodu: jak dobrać? Tabele i przykłady obliczeń

Przekrój przewodu dobiera się w pięciu krokach: liczysz prąd obciążenia, sprawdzasz obciążalność żyły dla sposobu ułożenia, dobierasz wyłącznik nadprądowy tak, żeby chronił przewód, liczysz spadek napięcia dla rzeczywistej długości trasy i upewniasz się, że impedancja pętli zwarcia pozwoli wyłącznikowi zadziałać w czasie. Dla typowego domu wynik jest przewidywalny: 3x1,5 mm² z B10 na oświetlenie, 3x2,5 mm² z B16 na gniazda i urządzenia do 3,5 kW, 5x2,5 mm² z B16 na płytę indukcyjną lub wallbox 11 kW. Niżej pokazujemy, skąd te wartości się biorą, z tabelami wg PN-HD 60364-5-52 i przeliczonymi przykładami, bo to właśnie długość trasy i sposób ułożenia, a nie sama moc urządzenia, najczęściej zmieniają wynik.

Dobór przekroju w pięciu krokach

1. Prąd obciążenia I_B z mocy urządzenia (jednofazowo lub trójfazowo).
2. Obciążalność długotrwała I_z przewodu dla metody ułożenia (w tynku, w rurce, w ociepleniu) i liczby żył obciążonych.
3. Wyłącznik nadprądowy I_n taki, że I_B ≤ I_n ≤ I_z.
4. Spadek napięcia dla rzeczywistej długości trasy: jeśli za duży, przekrój w górę.
5. Impedancja pętli zwarcia: czy przy zwarciu na końcu obwodu wyłącznik zadziała w 0,4 s. Sprawdza się pomiarem po wykonaniu.

Każdy z kroków może wymusić większy przekrój niż poprzedni. Przewód, który przechodzi obciążalność, potrafi przepaść na spadku napięcia (długa trasa) albo na pętli zwarcia (słaba sieć i charakterystyka C).

Krok 1: prąd obciążenia

Dla obwodu jednofazowego I = P / (230 V · cos φ), dla trójfazowego symetrycznego I = P / (√3 · 400 V · cos φ). Grzałki, płyty indukcyjne, piekarniki i ładowarki EV mają cos φ bliski 1, więc dla nich wzór upraszcza się do P/230 lub P/693. Silniki (sprężarka pompy ciepła, klimatyzatora) mają cos φ 0,8–0,9 i prąd rozruchowy kilkakrotnie większy od znamionowego; tam prąd bierzemy z tabliczki, nie z mocy.

Dla gniazd ogólnych nie liczy się sumy mocy wszystkich urządzeń, tylko przyjmuje prąd zabezpieczenia obwodu (16 A), bo to on wyznacza, co w najgorszym razie popłynie przewodem.

Krok 2: obciążalność długotrwała wg sposobu ułożenia

Obciążalność I_z to prąd, przy którym żyła w izolacji PVC osiąga w ustalonych warunkach 70 °C i nie więcej. Ta sama żyła 2,5 mm² odprowadza ciepło inaczej, gdy leży pod tynkiem na murze, a inaczej, gdy biegnie w rurce przez wełnę mineralną w ścianie szkieletowej. Norma PN-HD 60364-5-52 opisuje to metodami ułożenia, a wartości podaje w tablicach B.52.2 (dwie żyły obciążone) i B.52.4 (trzy żyły obciążone).

Która metoda ułożenia pasuje do Twojego domu

Liczy się liczba żył obciążonych, nie liczba żył w przewodzie. YDYp 3x2,5 w obwodzie jednofazowym to dwie żyły obciążone: L i N. Żyła PE prądu roboczego nie prowadzi. YDY 5x2,5 w obwodzie trójfazowym symetrycznym to trzy żyły obciążone (L1, L2, L3), bo prąd w N przy symetrii jest bliski zeru.

• Metoda C: przewód wielożyłowy ułożony bezpośrednio na ścianie murowanej lub w niej, bez rurki. YDYp w bruździe pod tynkiem traktuje się w praktyce projektowej jak metodę C.
• Metoda B2: przewód wielożyłowy w rurce (peszlu) na ścianie lub w ścianie murowanej. Tak wygląda większość instalacji w rurkach w murze i w podłodze.
• Metoda A2: przewód wielożyłowy w rurce w ścianie izolowanej cieplnie, czyli w ociepleniu, w ścianie szkieletowej z wełną, w suficie podwieszanym wypełnionym izolacją. Najgorsze chłodzenie.

Pojedyncze żyły DY w rurce liczy się wg metod B1 i A1, które dają wartości kilka procent wyższe niż B2 i A2. W domach dominuje jednak YDY/YDYp, dlatego w tabeli zostawiamy A2, B2 i C.

Tabela obciążalności (miedź, izolacja PVC, 30 °C, jeden obwód)

Wartości wg PN-HD 60364-5-52, tabl. B.52.2 i B.52.4; sprawdzone z tablicami publikowanymi przez producentów i kalkulatory zgodne z normą. Najmniejszy dopuszczalny przekrój żyły miedzianej w obwodach oświetleniowych i siłowych instalacji stałej to 1,5 mm² (tabl. 52.2).

Współczynniki korekcyjne

Tabela zakłada 30 °C otoczenia i jeden obwód w trasie. Przy innych warunkach I_z mnoży się przez współczynniki:

• temperatura otoczenia (PVC, tabl. B.52.14): 40 °C → 0,87; 50 °C → 0,71,
• grupowanie obwodów w jednej trasie (tabl. B.52.17): 2 obwody → 0,80; 3 → 0,70; 4 → 0,65.

Trzy obwody gniazdowe 3x2,5 w jednej rurce w ociepleniu (A2) to 18,5 · 0,70 = 13 A na obwód, czyli mniej niż B16. Właśnie dlatego w ścianach szkieletowych i na ocieplonych poddaszach prowadzimy obwody osobnymi rurkami albo przechodzimy na 4 mm².

Kabel w ziemi: YKY i metody D1, D2

Zasilanie garażu wolnostojącego, altany, bramy czy pompy w studni idzie kablem ziemnym YKY, nie przewodem YDY (ten nie jest przeznaczony do układania w gruncie). Norma rozróżnia dwie metody: D1 to kabel w rurze osłonowej w ziemi (tak układamy prawie zawsze, bo rurę da się później wymienić bez kopania całej trasy), D2 to kabel ułożony bezpośrednio w gruncie. Wartości dla miedzi i izolacji PVC przy temperaturze gruntu 20 °C i rezystywności cieplnej gruntu 2,5 K·m/W:

Wartości wg PN-HD 60364-5-52, tabl. B.52.2 i B.52.4. Ziemia chłodzi kabel lepiej niż ocieplenie, więc przy krótkich trasach o przekroju decyduje sama obciążalność. Przy trasach kilkudziesięciometrowych, typowych na działkach pod Bolesławcem czy Legnicą, prawie zawsze rozstrzyga krok 4, czyli spadek napięcia. Głębokość wykopu, piasek, folię i rurę pod podjazdem opisujemy w artykule o instalacji elektrycznej w garażu.

Krok 3: zabezpieczenie nadprądowe do przekroju

Wyłącznik nadprądowy ma chronić przewód, nie urządzenie. Norma PN-HD 60364-4-43 stawia dwa warunki:

I_B ≤ I_n ≤ I_z oraz I_2 ≤ 1,45 · I_z

gdzie I_2 to prąd, przy którym zabezpieczenie na pewno zadziała w umownym czasie. Dla wyłączników instalacyjnych wg PN-EN 60898 I_2 = 1,45 · I_n, więc drugi warunek spełnia się sam, gdy spełniony jest pierwszy. Przy bezpiecznikach topikowych gG tak nie jest (I_2 = 1,6 · I_n) i tam I_n trzeba dobrać niżej, około 0,9 · I_z.

Charakterystyka B wyzwala magnetycznie przy 3–5 · I_n, C przy 5–10 · I_n. W domu stosujemy B; C zostaje dla odbiorników z dużym prądem rozruchowym (pompa ciepła, kompresor, niektóre wallboxy wg DTR), ale za cenę ostrzejszego warunku na pętlę zwarcia w kroku 5. Jak czytać oznaczenia i kiedy który typ, opisujemy w artykule o rodzajach zabezpieczeń.

Tabela referencyjna: przekrój a największy wyłącznik nadprądowy

Największy prąd znamionowy I_n (typoszereg 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 A), który jeszcze spełnia I_n ≤ I_z z tabeli wyżej, bez współczynników korekcyjnych:

Wyłączniki 13 A są w handlu rzadkie, więc w praktyce 1,5 mm² w ociepleniu dostaje B10. Stąd nasza zasada: oświetlenie zawsze B10, nawet jeśli w metodzie C 1,5 mm² udźwignęłoby B16.

Ten sam wniosek na jednym wykresie: obciążalność przekroju jest przedziałem zależnym od ułożenia, a wyłącznik punktem na osi prądu, więc o tym, czy B16 chroni 1,5 mm² albo B20 chroni 2,5 mm², decyduje kolumna A2, B2 lub C, nie sam przekrój.

Krok 4: spadek napięcia

PN-HD 60364-5-52 w pkt. 525 zaleca, by spadek napięcia między początkiem instalacji odbiorcy a odbiornikiem nie przekraczał wartości z załącznika G. Załącznik jest informacyjny, a jego tablica G.52.1 podaje dla instalacji zasilanej z publicznej sieci niskiego napięcia 3% dla oświetlenia i 5% dla pozostałych odbiorników. Nie jest to więc sztywny przepis, tylko zalecenie normy; w naszych projektach przyjmujemy 3% od rozdzielnicy do odbiornika jako założenie robocze i tak liczymy tabele niżej.

Wzory dla miedzi:

• jednofazowo: ΔU = 2 · L · I · cos φ / (γ · S),
• trójfazowo: ΔU = √3 · L · I · cos φ / (γ · S),

gdzie L to długość trasy w metrach (jednokierunkowo, dwójka we wzorze 1F uwzględnia powrót przez N), S przekrój w mm², γ = 56 m/(Ω·mm²) konduktywność miedzi w 20 °C. Procent liczy się względem 230 V (1F) lub 400 V (3F). Przy pełnym obciążeniu żyła ma blisko 70 °C i jej rezystancja jest o ok. 20% wyższa niż w 20 °C (współczynnik temperaturowy miedzi 0,00393/K), dlatego obwodów na granicy nie projektujemy.

Maksymalna długość trasy dla spadku 3%, obwód jednofazowy 230 V, cos φ = 1

Maksymalna długość trasy dla spadku 3%, obwód trójfazowy 400 V, cos φ = 1

Wartości zaokrąglone w dół. Dla 5% pomnóż długość przez 5/3. Kolumny odpowiadają prądowi zabezpieczenia, bo tyle maksymalnie popłynie obwodem; przy odbiorniku pobierającym mniej spadek jest proporcjonalnie mniejszy.

Przykład, który pokazuje, jak rzadko spadek napięcia dotyczy oświetlenia: lampy w garażu 50 m od rozdzielnicy, łącznie 200 W. Prąd 0,87 A, przewód 1,5 mm²: ΔU = 2 · 50 · 0,87 / (56 · 1,5) = 1,04 V, czyli 0,45%. Dziesięć razy mniej niż limit. Spadek napięcia robi się problemem dopiero przy pełnym prądzie zabezpieczenia na długiej trasie: gniazda B16 na 2,5 mm² wyczerpują 3% już po 30 m.

Spadek napięcia nie grzeje przewodu. Przewód grzeje prąd, a to pilnuje krok 2. Za duży spadek objawia się słabszą pracą grzałek i silników oraz pulsowaniem światła przy rozruchach.

Krok 5: pętla zwarcia i samoczynne wyłączenie

Przy zwarciu L–PE na końcu obwodu musi popłynąć prąd na tyle duży, by wyzwalacz magnetyczny wyłącznika zadziałał w 0,4 s (układ TN, obwody odbiorcze do 63 A z gniazdami i do 32 A stałe, wg PN-HD 60364-4-41). Warunek: Z_s ≤ U_0 / I_a, gdzie I_a = 5 · I_n dla charakterystyki B i 10 · I_n dla C.

Na Z_s składa się impedancja sieci do rozdzielnicy (poza naszą kontrolą) i impedancja samego obwodu, czyli żyła L plus PE: dla 2,5 mm² ok. 14,3 mΩ na metr trasy, dla 1,5 mm² 23,8 mΩ/m, dla 4 mm² 8,9 mΩ/m (γ = 56).

Przykład liczbowy. Załóżmy, że pomiar w rozdzielnicy daje 1,0 Ω, co na końcu długiej linii napowietrznej na wsi nie jest wartością wyjątkową. Obwód 2,5 mm² z wyłącznikiem B16 może mieć wtedy do (2,88 − 1,0) / 0,0143 ≈ 131 m i warunek jest spełniony. Ten sam obwód z C16 ma zapas tylko (1,44 − 1,0) / 0,0143 ≈ 31 m. Dlatego pompa ciepła z wymaganym przez producenta C16 na końcu 40-metrowej trasy przy słabej sieci wymaga 4 mm² nie z powodu obciążalności ani spadku napięcia, tylko pętli zwarcia. To kryterium weryfikuje się wyłącznie pomiarem przy odbiorze; opisujemy go w artykule o pomiarach elektrycznych.

Tabela firmowa: typowe obwody w domu

Wartości dla YDY/YDYp w tynku lub w rurce w murze (metody C i B2), jeden obwód w trasie, trasy do długości z tabel spadku napięcia. W ociepleniu (A2) sprawdź kolumnę A2 w tabeli referencyjnej. Do tej tabeli odsyłają pozostałe artykuły naszego bloga.

Przy wallboxach o wymaganiach dla ochrony różnicowoprądowej i zgłoszeniu do operatora piszemy w artykule o ładowarce samochodu elektrycznego; o tym, kiedy dom potrzebuje zasilania trójfazowego, w tekście o instalacji trójfazowej. Dobór przewodu do pompy ciepła zależy od prądu rozruchowego i zaleceń producenta, co rozwijamy w artykule o wymaganiach dla pompy ciepła.

Przykłady z obliczeniem

Gniazda w warsztacie 35 m od rozdzielnicy, YDY w rurce w murze (B2). I_B przyjmujemy 16 A. Obciążalność 2,5 mm² w B2 to 23 A, więc B16 pasuje. Spadek napięcia: 2 · 35 · 16 / (56 · 2,5) = 8,0 V, czyli 3,5%. Mieści się w 5% z załącznika G, ale przekracza nasze robocze 3%, a w warsztacie chodzą kompresor i spawarka. Przechodzimy na 3x4: 5,0 V, czyli 2,2%. Wynik: 3x4 mm², B16.

Wallbox 11 kW, 30 m, YDY 5-żyłowy w peszlu w ścianie (B2). I_B = 15,9 A na fazę, B16 3P. Obciążalność 2,5 mm² dla trzech żył obciążonych w B2: 20 A, warunek spełniony. Spadek: √3 · 30 · 15,9 / (56 · 2,5) = 5,9 V, czyli 1,5% z 400 V. Pętla: B16 wymaga Z_s ≤ 2,88 Ω, obwód dokłada 30 · 0,0143 = 0,43 Ω, co przy typowej sieci miejskiej zostawia duży zapas. Wynik: 5x2,5 mm², B16 3P, plus RCD zgodny z wymaganiami ładowarki. Przewód 5x6 z B32, który bywa podawany jako „wymaganie” dla 11 kW, to przewymiarowanie: ma sens tylko wtedy, gdy od razu planujesz ładowarkę 22 kW.

Płyta indukcyjna 7,4 kW w trybie 3N, 12 m, YDYp pod tynkiem (C). Typowa płyta 60 cm ma dwa generatory, więc w tym trybie obciąża tylko L1 i L2 po 16,1 A, a zacisk L3 nie jest wewnętrznie podłączony; w N płynie wtedy też ok. 16 A, czyli obciążone są trzy żyły. B16 3P. Obciążalność 2,5 mm², trzy żyły w C: 24 A. Spadek na obciążonej fazie liczymy jak dla obwodu jednofazowego, co jest górnym oszacowaniem: 2 · 12 · 16,1 / (56 · 2,5) = 2,8 V, czyli 1,2%. Wynik: 5x2,5 mm², B16 3P. Gdyby ta sama płyta pracowała jednofazowo (1N), prąd rośnie do 32,2 A i trzeba 3x6 z B32: w C obciążalność 46 A, spadek na 12 m 2,3 V, czyli 1%.

Ta sama płyta, ale 34 m i przewód w rurce w ociepleniu (A2) razem z drugim obwodem. Zdarza się w parterówkach, gdzie rozdzielnica stoi w garażu na jednym końcu domu, a kuchnia na drugim. Obciążalność 5x2,5 w A2 dla trzech żył to 17,5 A, po współczynniku 0,80 za dwa obwody w trasie 14 A, czyli mniej niż B16. Spadek: 2 · 34 · 16,1 / (56 · 2,5) = 7,8 V, czyli 3,4%. Oba kryteria przemawiają za 5x4: obciążalność 23 · 0,80 = 18,4 A, spadek 4,9 V, czyli 2,1%. Wynik: 5x4 mm², B16 3P. Różnica w cenie przewodu na 34 m to kilkadziesiąt złotych, a dołożenie drugiego przewodu po tynkach oznacza kucie.

Podrozdzielnica w garażu wolnostojącym 40 m od domu, YKY w rurze w ziemi (D1). Garaż z gniazdem siłowym 400 V i rezerwą pod wallbox 11 kW zasilamy z B32 3P. Obciążalność YKY 5x6 w D1 dla trzech żył: 39 A, warunek spełniony. Spadek: √3 · 40 · 32 / (56 · 6) = 6,6 V, czyli 1,6% z 400 V, co zostawia zapas na obwody dalej w garażu (spadek sumuje się od rozdzielnicy głównej do odbiornika). Gdy w garażu ma stanąć wallbox 22 kW, czyli kolejne 32 A na fazę, linia zasilająca idzie w YKY 5x10 lub 5x16 z odpowiednio większym zabezpieczeniem, a dobór zaczyna się od mocy przyłączeniowej domu, nie od kabla.

Pompa głębinowa 1,1 kW (moc na wale), 80 m od domu, YKY w rurze w ziemi. Prąd z tabliczki 7,5 A przy cos φ 0,8, zabezpieczenie zgodnie z DTR sterownika pompy, zwykle C10 lub C16. Obciążalność nie gra tu roli, rozstrzyga spadek napięcia, i to dwa razy. Przy pracy na YKY 3x1,5: 2 · 80 · 7,5 · 0,8 / (56 · 1,5) = 11,4 V, czyli 5,0%, a do tego dochodzi przewód pompy w odwiercie. Przy rozruchu prąd rośnie 4–5 razy i spadek chwilowo sięga kilkunastu procent, więc pompa ma problem z wystartowaniem, a stycznik w sterowniku drga. Na 3x4: 4,3 V, czyli 1,9% przy pracy i kilka procent przy rozruchu. Wynik: YKY 3x4 mm². Przewód zasilający samą pompę w otworze (zwykle płaski, do pracy w wodzie) dobiera się według tabeli producenta pompy, która podaje dopuszczalną długość dla każdego przekroju.

Przewody aluminiowe w starych instalacjach

W domach z lat 70. i 80. spotykamy aluminiowe 2,5 mm² na gniazdach. Aluminium ma konduktywność ok. 35 m/(Ω·mm²), czyli o 40% gorszą od miedzi, a do tego płynie pod zaciskiem i pokrywa się tlenkiem, więc luzujące się styki to norma, nie wyjątek. Dla nowych instalacji PN-HD 60364-5-52 dopuszcza aluminium dopiero od 10 mm² (tabl. 52.2), więc obwodów z Al 2,5 mm² nie da się „odświeżyć”, tylko wymienić. Przy wymianie nie przepisuje się przekroju jeden do jednego: obwód gniazdowy projektuje się od nowa wg kroków wyżej, a wszystkie połączenia Al–Cu wykonuje przez złączki do tego przeznaczone. Jak zaplanować taką wymianę etapami, opisujemy w artykule o wymianie instalacji elektrycznej.

Jak rozpoznać przekrój istniejącego przewodu

Nadruk na izolacji, np. „YDYp 3x2,5 450/750 V”, podaje typ, liczbę żył, przekrój i napięcie izolacji. Gdy nadruk jest zatarty, pozostaje pomiar suwmiarką na odsłoniętej żyle (po wyłączeniu obwodu i sprawdzeniu braku napięcia). Średnica drutu wynika z przekroju: d = 2 · √(S/π).

Pomiar średnicy nie zastąpi pomiaru pętli zwarcia: przewód o właściwym przekroju, ale z luźnym zaciskiem w puszce po drodze, da zawyżoną impedancję i obwód nie przejdzie odbioru.

FAQ - Najczęściej zadawane pytania

1,5 czy 2,5 mm² do gniazdek?

Na gniazda zawsze 2,5 mm² z B16. Przewód 1,5 mm² udźwignąłby 16 A tylko pod tynkiem (metoda C, 19,5 A), a w rurce w ociepleniu ma 14 A, czyli mniej niż wyłącznik. Z 1,5 mm² wykonuje się obwody oświetleniowe i zabezpiecza je B10.

Czy grubszy przewód jest zawsze lepszy?

Większy przekrój daje mniejszy spadek napięcia, mniejszą impedancję pętli i zapas na przyszłe obciążenie. Kosztuje więcej i gorzej mieści się w puszkach oraz pod zaciskami osprzętu: gniazda i łączniki przyjmują zwykle do 2,5 mm², więc 4 mm² wymaga puszek łączeniowych i złączek. Wyłącznik dobiera się do przekroju, który jest w ścianie, nie do „zapasu”.

Czy płyta indukcyjna musi być na trzech fazach?

Nie. Większość płyt 7,4 kW ma w instrukcji trzy schematy: 1N (jedna faza, 32 A, przewód 3x6), 2N (dwie fazy, 2 × 16 A, przewód 5x2,5) i 3N (przewód 5x2,5, B16 3P, ale typowa płyta obciąża w nim tylko dwie fazy po ok. 16 A, bo zacisk L3 nie jest wewnętrznie podłączony). Warianty 2N i 3N są najtańsze w wykonaniu i rozkładają obciążenie na dwie fazy; wariant 1N wymaga obwodu 32 A i rezerwy mocy na tej fazie. Który wariant wybrać i jak ustawić mostki na kostce, opisujemy w artykule o podłączeniu płyty indukcyjnej.

Jaki przewód do wallboxa 11 kW?

5x2,5 mm² z wyłącznikiem B16 3P wystarcza do około 25 m trasy w tynku lub rurce w murze; na dłuższej trasie albo w ociepleniu 5x4 mm². Przewód 5x6 jest potrzebny dopiero dla ładowarki 22 kW (32 A na fazę).

Czy da się sprawdzić przekrój przewodu w ścianie bez kucia?

Z pewnością nie. Można zmierzyć impedancję pętli zwarcia i spadek napięcia pod znanym obciążeniem; wynik wyraźnie gorszy od obliczonego dla 2,5 mm² wskazuje na cieńszy przewód, luźne połączenie albo długą, krętą trasę. Rozstrzyga odsłonięcie żyły w puszce i pomiar średnicy.