Co je napájecí kabel? Vysvětlení různých typů napájecích kabelů

Co je a Napájecí kabel — Definice a konstrukce jádra

A napájecí kabel je soubor jednoho nebo více izolovaných elektrických vodičů uzavřených v ochranném vnějším plášti, určený k přenosu elektrické energie ze zdroje do zátěže. Na rozdíl od signálových nebo datových kabelů – které přenášejí nízké napětí a proudy pro přenos informací – jsou napájecí kabely speciálně navrženy tak, aby zvládaly proudovou kapacitu, napěťové namáhání a tepelné podmínky spojené s distribucí elektrické energie a napájením zařízení.

Základní konstrukce napájecího kabelu se skládá ze tří funkčních vrstev. The dirigent — typicky splétaná nebo plná měď nebo hliník — poskytuje cestu proudu s nízkým odporem. The izolace vrstva obklopující vodič odolává provoznímu napětí a zabraňuje úniku proudu do sousedních vodičů nebo okolních konstrukcí. The vnější bunda nebo plášť chrání vnitřní součásti před mechanickým poškozením, vlhkostí, chemikáliemi, UV zářením a dalšími faktory prostředí relevantními pro prostředí instalace.

Mezi izolací a pláštěm obsahuje mnoho konstrukcí silových kabelů další vrstvy: kovová stínění nebo stínění pro kabely středního a vysokého napětí řídí distribuci elektrického pole kolem vodiče; pancéřové vrstvy z ocelového drátu nebo pásky poskytují mechanickou ochranu pro přímé pohřbívání nebo těžké průmyslové použití; a výplňové materiály udržují kruhový průřez kabelu a zabraňují vnitřní migraci vlhkosti. Specifická kombinace těchto vrstev definuje jmenovité napětí kabelu, proudovou kapacitu, způsob instalace a servisní prostředí – proto je důležité porozumět různým typům napájecích kabelů před specifikací nebo pořízením.

Různé typy napájecích kabelů podle třídy napětí

Nejzákladnější klasifikace typy napájecích kabelů je podle jmenovitého napětí, protože napětí určuje požadovanou tloušťku izolace, konstrukci stínění a požadavky na instalaci. Tři hlavní třídy napětí používané v mezinárodních normách jsou:

• Nízkonapěťové (NN) kabely — do 1 kV: Používá se pro elektroinstalaci budov, připojení zařízení, kabeláž průmyslových panelů a koncové rozvody. Konstrukce je poměrně jednoduchá: izolované vodiče, často s vnějším pláštěm z PVC nebo LSOH, bez kovových stínění. Běžná označení zahrnují NYY, YJV (Čína), N2XY (IEC) a THHN/THWN (Severní Amerika). Průřezy vodičů se pohybují od 1,5 mm² pro osvětlovací obvody do 400 mm² nebo větší pro hlavní distribuční napáječe.
• Kabely vysokého napětí (VN) — 1 kV až 35 kV: Používá se pro rozvodné sítě, napáječe průmyslových závodů, sběrné systémy větrných a solárních farem a podzemní městské rozvody. Kabely vn vyžadují stínění vodičů, izolační stínění a kovové pláště nebo drátěné stínění pro ovládání elektrického pole a zabránění částečnému výboji. Izolace XLPE (zesíťovaný polyetylen) do značné míry nahradila izolaci z papírového oleje v nových instalacích VN díky nižší hmotnosti instalace, absenci rizika úniku oleje a snadnějšímu spojování.
• Kabely vysokého napětí (HV) a extra vysokého napětí (EHV) — nad 35 kV: Používá se pro hromadný přenos energie, podmořská propojení a podzemní kabely v hustých městských oblastech, kde jsou venkovní vedení nepraktická. Konstrukce se při těchto napěťových úrovních stává podstatně složitější a vyžaduje precizně vytlačovanou izolaci s extrémně nízkým obsahem dutin, olověné nebo vlnité hliníkové pláště pro vyloučení vlhkosti a pečlivou kontrolu hladkosti povrchu vodiče a izolačního stínění, aby se zabránilo zesílení elektrického pole při defektech. Kabely s izolací XLPE nyní v komerčním provozu pracují při napětí až 525 kV.

Různé typy napájecích kabelů podle izolačního materiálu

Izolační materiál je druhou hlavní osou, podél které se typy napájecích kabelů liší, protože určuje teplotní třídu, chemickou odolnost, flexibilitu, požární odolnost a dlouhodobé stárnutí. Dominantní izolační systémy v současnosti používané jsou:

• PVC (polyvinylchlorid): Celosvětově nejpoužívanější izolace pro NN kabely. Ekonomické, snadno zpracovatelné a dostupné v široké škále směsí pro různé požadavky na teplotu a flexibilitu. Standardní izolace z PVC je dimenzována na teplotu vodiče 70 °C; žáruvzdorné třídy dosahují 90°C. Hlavními omezeními jsou špatný výkon při nízkých teplotách (pod -15 °C až -20 °C křehne), uvolňování korozivního plynného chlorovodíku při spalování a relativně vysoké dielektrické ztráty při zvýšeném napětí – proto se PVC nepoužívá nad 6 kV.
• XLPE (zesíťovaný polyethylen): Nyní standardní izolace pro kabely VN, VN a VVN a stále častěji se používá také v kabelech NN. Zesíťování převádí termoplastický polyethylen na termosetový materiál, který si zachovává své vlastnosti při zvýšených teplotách – kabely XLPE jsou obvykle dimenzovány na 90 °C spojitě a 250 °C za podmínek zkratu, což je výrazně více než PVC. XLPE také nabízí nižší dielektrické ztráty, lepší odolnost proti vlhkosti a vynikající dlouhodobé stárnutí ve srovnání s PVC. Kompromisem jsou vyšší náklady na materiál a náročnější proces vytlačování.
• EPR (etylen propylenový kaučuk): Termosetová pryžová izolace nabízí vynikající flexibilitu v širokém teplotním rozsahu (-50 °C až 90 °C), vynikající odolnost vůči ozónu a UV záření a velmi dobrý výkon ve vlhkých podmínkách. EPR je preferovaná izolace pro offshore, námořní a důlní kabely, kde se kombinuje opakované ohýbání, vlhké prostředí a teplotní extrémy. Jeho vyšší cena a mírně vyšší dielektrické ztráty ve srovnání s XLPE omezují jeho použití ve statických instalacích kabelů.
• LSOH / LSZH (Nízký kouř bez halogenů): Nejde o jediný materiál, ale o třídu směsí – izolace a pláště na bázi polyolefinů, které jsou formulovány tak, aby při spalování produkovaly minimální kouř a žádné plyny obsahující halogeny. Povinné nebo silně preferované ve stísněných prostorách včetně tunelů, systémů metra, pobřežních platforem, datových center a veřejných budov, kde evakuace v případě požáru závisí na udržení viditelnosti a dýchatelném vzduchu. Směsi LSOH se používají jak pro izolaci, tak pro vnější plášť v kabelech NN pro tato prostředí.
• Minerální izolace (kabely MICC): Měděné vodiče obklopené zhutněným práškem oxidu hořečnatého v bezešvé měděné trubce. Kabely s minerální izolací jsou ze své podstaty ohnivzdorné – fungují i ​​při teplotách až 1 000 °C – což z nich dělá požadovaný typ kabelu pro obvody kritické proti požáru, včetně nouzového osvětlení, požárních poplachových systémů a dodávek sprinklerových čerpadel v mnoha národních stavebních předpisech.

Výběr správného napájecího kabelu: Způsob instalace a faktory prostředí

Kromě napěťové třídy a izolačního materiálu určuje prostředí instalace, které další vlastnosti kabelu jsou vyžadovány. Stejný průřez vodiče a typ izolace mohou být vhodné nebo zcela nevhodné v závislosti na tom, jak a kde je kabel instalován.

Přímý pohřeb v půdě vyžaduje buď pancéřovaný kabel (pancéřování z ocelového drátu nebo pancéřování z ocelové pásky), aby odolalo mechanickému poškození pohybem země a výkopů, nebo instalaci v potrubí, které poskytuje mechanickou ochranu. Kabely pro přímé zakopávání také vyžadují vnější pláště odolné vůči UV záření, pokud je některá část vedení nad zemí, a konstrukci odolnou proti vlhkosti, aby se zabránilo vnikání vody po desetiletí provozu.

Kabelové žlaby a venkovní instalace v průmyslových závodech upřednostněte zpomalování hoření a snadnou kontrolu a výměnu. Standardem jsou vícežilové kabely s vnějším pláštěm LSOH nebo FR-PVC na systémech kabelových žebříků. Tam, kde kabely vedou paralelně na žlabech, faktory snižující proud – obvykle 0,7–0,85 hodnot pro jeden kabel v závislosti na seskupení — musí být použito pro zohlednění vzájemného zahřívání mezi sousedními kabely.

Flexibilní a vlečné kabely pro mobilní stroje, jeřáby a přenosná zařízení vyžadují vodiče s jemnými lanky (třída 5 nebo třída 6 podle IEC 60228) a vysoce pružnou pryžovou nebo TPE izolaci a opláštění, které vydrží opakované ohýbání bez únavového praskání. Tyto kabely jsou dimenzovány na definovaný minimální poloměr ohybu a konečný počet ohybových cyklů – specifikace kabelu s pevnou instalací v aplikaci flex je jednou z nejčastějších a následných chyb výběru v průmyslové elektrotechnice.

Podmořské a pobřežní kabely kombinovat více požadavků na ochranu současně: odolnost proti tlaku v hloubce, chemickou odolnost mořské vodě, mechanickou ochranu proti odporu kotvy a rybářského vybavení a v případě dlouhých AC podmořských kabelů pečlivé řízení kapacitního nabíjecího proudu. Vysokonapěťové stejnosměrné (HVDC) podmořské kabely se staly standardem pro exportní spojení s dlouhými pobřežními větrnými elektrárnami právě proto, že stejnosměrný přenos eliminuje ztráty nabíjecího proudu, které činí dlouhé podmořské kabely střídavým proudem nepraktické na vzdálenost zhruba 80–100 km.