Čo je napájací kábel? Vysvetlenie rôznych typov napájacích káblov

Čo je a Napájací kábel — Definícia a konštrukcia jadra

A napájací kábel je súbor jedného alebo viacerých izolovaných elektrických vodičov uzavretých v ochrannom vonkajšom plášti, určený na prenos elektrickej energie zo zdroja do záťaže. Na rozdiel od signálových alebo dátových káblov – ktoré prenášajú nízke napätia a prúdy na prenos informácií – sú napájacie káble špeciálne navrhnuté tak, aby zvládali prúdovú kapacitu, napäťové napätie a tepelné podmienky spojené s distribúciou elektrickej energie a napájaním zariadení.

Základná konštrukcia napájacieho kábla pozostáva z troch funkčných vrstiev. The vodič - typicky splietaná alebo pevná meď alebo hliník - poskytuje cestu prúdu s nízkym odporom. The izolácie vrstva obklopujúca vodič odoláva prevádzkovému napätiu, čím zabraňuje úniku prúdu do susedných vodičov alebo okolitých konštrukcií. The vonkajší plášť alebo plášť chráni vnútorné komponenty pred mechanickým poškodením, vlhkosťou, chemikáliami, UV žiarením a inými environmentálnymi faktormi relevantnými pre prostredie inštalácie.

Medzi izoláciou a plášťom mnoho konštrukcií napájacích káblov obsahuje ďalšie vrstvy: kovové tienenia alebo tienenia pre káble stredného a vysokého napätia riadia distribúciu elektrického poľa okolo vodiča; pancierové vrstvy z oceľového drôtu alebo pásky poskytujú mechanickú ochranu na priame pochovávanie alebo ťažké priemyselné použitie; a výplňové materiály zachovávajú kruhový prierez kábla a zabraňujú vnútornej migrácii vlhkosti. Špecifická kombinácia týchto vrstiev definuje menovité napätie kábla, prúdovú kapacitu, spôsob inštalácie a servisné prostredie – preto je dôležité porozumieť rôznym typom napájacích káblov pred špecifikáciou alebo obstarávaním.

Rôzne typy napájacích káblov podľa triedy napätia

Najzákladnejšia klasifikácia typy napájacích káblov je podľa menovitého napätia, pretože napätie určuje požadovanú hrúbku izolácie, dizajn obrazovky a požiadavky na inštaláciu. Tri hlavné triedy napätia používané v medzinárodných normách sú:

• Nízkonapäťové (NN) káble – do 1 kV: Používa sa na elektroinštaláciu budov, pripojenia zariadení, kabeláž priemyselných panelov a koncové rozvody. Konštrukcia je pomerne jednoduchá: izolované vodiče, často s vonkajším plášťom z PVC alebo LSOH, bez kovových tienenia. Bežné označenia zahŕňajú NYY, YJV (Čína), N2XY (IEC) a THHN/THWN (Severná Amerika). Prierezy vodičov sa pohybujú od 1,5 mm² pre osvetľovacie okruhy do 400 mm² alebo viac pre hlavné rozvodné napájače.
• Káble vysokého napätia (MV) — 1 kV až 35 kV: Používa sa na rozvodné siete, napájače priemyselných zariadení, zberné systémy veterných a solárnych fariem a podzemnú mestskú distribúciu. Káble VN vyžadujú tienenia vodičov, izolačné tienenia a kovové plášte alebo tienenia drôtov na ovládanie elektrického poľa a zabránenie čiastočnému výboju. Izolácia XLPE (zosieťovaný polyetylén) do značnej miery nahradila izoláciu z papierového oleja v nových inštaláciách VN vďaka nižšej hmotnosti inštalácie, absencii rizika úniku oleja a jednoduchšiemu spájaniu.
• Káble vysokého napätia (VN) a veľmi vysokého napätia (VN) – nad 35 kV: Používa sa na hromadný prenos energie, podmorské prepojenia a podzemné káble v hustých mestských oblastiach, kde sú nadzemné vedenia nepraktické. Konštrukcia sa pri týchto napäťových úrovniach stáva podstatne zložitejšou a vyžaduje si precíznu extrudovanú izoláciu s extrémne nízkym obsahom dutín, olovené alebo vlnité hliníkové plášte na vylúčenie vlhkosti a starostlivú kontrolu hladkosti povrchu vodiča a izolačnej clony, aby sa zabránilo zvýšeniu elektrického poľa pri defektoch. XLPE izolované káble teraz v komerčnej prevádzke fungujú až do 525 kV.

Rôzne typy napájacích káblov podľa izolačného materiálu

Izolačný materiál je druhou hlavnou osou, pozdĺž ktorej sa typy napájacích káblov rozchádzajú, pretože určuje teplotné hodnotenie, chemickú odolnosť, flexibilitu, požiarny výkon a dlhodobé starnutie. Dominantné zatepľovacie systémy v súčasnosti používané sú:

• PVC (polyvinylchlorid): Celosvetovo najpoužívanejšia izolácia pre NN káble. Ekonomický, ľahko spracovateľný a dostupný v širokej škále zmesí pre rôzne požiadavky na teplotu a flexibilitu. Štandardná PVC izolácia je dimenzovaná na teplotu vodiča 70 °C; žiaruvzdorné triedy dosahujú 90°C. Hlavnými obmedzeniami sú slabý výkon pri nízkych teplotách (pod -15 °C až -20 °C sa stáva krehkým), uvoľňovanie korozívneho plynného chlorovodíka pri spaľovaní a relatívne vysoké dielektrické straty pri zvýšenom napätí – preto sa PVC nepoužíva nad 6 kV.
• XLPE (zosieťovaný polyetylén): Teraz štandardná izolácia pre káble VN, VN a VN a čoraz častejšie sa používa aj v kábloch NN. Zosieťovanie premieňa termoplastický polyetylén na termosetový materiál, ktorý si zachováva svoje vlastnosti pri zvýšených teplotách – káble XLPE sú zvyčajne dimenzované na 90 °C nepretržite a 250 °C pri skratových podmienkach, čo je výrazne viac ako PVC. XLPE tiež ponúka nižšie dielektrické straty, lepšiu odolnosť proti vlhkosti a vynikajúce dlhodobé starnutie v porovnaní s PVC. Kompromisom sú vyššie materiálové náklady a náročnejší proces extrúzie.
• EPR (etylén propylénová guma): Izolácia z termosetovej gumy ponúka vynikajúcu flexibilitu v širokom rozsahu teplôt (-50 °C až 90 °C), vynikajúcu odolnosť voči ozónu a UV žiareniu a veľmi dobrý výkon vo vlhkých podmienkach. EPR je preferovaná izolácia pre pobrežné, námorné a banské káble, kde sa kombinuje opakované ohýbanie, vlhké prostredie a teplotné extrémy. Jeho vyššie náklady a mierne vyššie dielektrické straty v porovnaní s XLPE obmedzujú jeho použitie v statických inštaláciách káblov.
• LSOH / LSZH (Nízka dymivosť, nulový halogén): Nie jeden materiál, ale trieda zmesí – izolácie a plášte na báze polyolefínov, ktoré sú formulované tak, aby pri spaľovaní produkovali minimálny dym a žiadne plyny obsahujúce halogén. Povinné alebo silne preferované v stiesnených priestoroch vrátane tunelov, systémov metra, pobrežných platforiem, dátových centier a verejných budov, kde evakuácia v prípade požiaru závisí od zachovania viditeľnosti a dýchateľného vzduchu. Zmesi LSOH sa používajú ako na izoláciu, tak aj na vonkajší plášť NN káblov pre tieto prostredia.
• Minerálna izolácia (káble MICC): Medené vodiče obklopené zhutneným práškom oxidu horečnatého v bezšvovej medenej rúrke. Káble s minerálnou izoláciou sú vo svojej podstate ohňovzdorné – naďalej fungujú pri teplotách až do 1 000 °C – čo z nich robí požadovaný typ kábla pre obvody kritické proti požiaru vrátane núdzového osvetlenia, požiarnych poplachových systémov a dodávok postrekovacích čerpadiel v mnohých národných stavebných predpisoch.

Výber správneho napájacieho kábla: Spôsob inštalácie a faktory prostredia

Okrem napäťovej triedy a izolačného materiálu určuje prostredie inštalácie, ktoré dodatočné vlastnosti kábla sú potrebné. Rovnaký prierez vodiča a typ izolácie môžu byť vhodné alebo úplne nevhodné v závislosti od toho, ako a kde je kábel inštalovaný.

Priamy pohreb v pôde vyžaduje buď pancierové lano (pancierovanie z oceľového drôtu alebo pancierovanie z oceľovej pásky), aby odolalo mechanickému poškodeniu pohybom zeme a výkopov, alebo inštaláciu v potrubí, ktoré poskytuje mechanickú ochranu. Káble na priame zakopanie tiež vyžadujú vonkajšie plášte odolné voči UV žiareniu, ak je akákoľvek časť vedenia nad zemou, a konštrukciu odolnú voči vlhkosti, aby sa zabránilo vniknutiu vody počas desaťročí prevádzky.

Káblové žľaby a vonkajšie inštalácie v priemyselných závodoch uprednostňujte spomaľovanie horenia a jednoduchú kontrolu a výmenu. Štandardom sú viacžilové káble s vonkajším plášťom LSOH alebo FR-PVC na systémoch káblových rebríkov. Ak káble vedú paralelne na podnosoch, faktory zníženia prúdu - zvyčajne 0,7–0,85 hodnotenia jedného kábla v závislosti od zoskupenia — musí sa použiť na zohľadnenie vzájomného zahrievania medzi susednými káblami.

Flexibilné a vlečné káble pre pojazdné stroje, žeriavy a prenosné zariadenia vyžadujú vodiče s jemnými lankami (trieda 5 alebo trieda 6 podľa IEC 60228) a vysoko pružnú gumovú alebo TPE izoláciu a plášť, ktoré odolávajú opakovanému ohýbaniu bez únavového praskania. Tieto káble sú dimenzované na definovaný minimálny polomer ohybu a konečný počet ohybových cyklov – špecifikácia kábla s pevnou montážou v ohybovej aplikácii je jednou z najbežnejších a následných chýb pri výbere v priemyselnej elektrotechnike.

Podmorské a pobrežné káble kombinujú súčasne viaceré požiadavky na ochranu: odolnosť voči tlaku v hĺbke, chemickú odolnosť morskej vody, mechanickú ochranu proti kotveniu a rybárskemu výstroju a v prípade dlhých AC podmorských káblov starostlivé riadenie kapacitného nabíjacieho prúdu. Podmorské káble s vysokonapäťovým jednosmerným prúdom (HVDC) sa stali štandardom pre exportné spojenia s veternými farmami na mori práve preto, že prenos jednosmerným prúdom eliminuje straty nabíjacieho prúdu, ktoré spôsobujú, že dlhé podmorské káble striedavého prúdu nie sú praktické do vzdialenosti približne 80 – 100 km.