Što je kabel za napajanje? Objašnjenje različitih vrsta kabela za napajanje

Što je a Kabel za napajanje — Definicija i konstrukcija jezgre

A strujni kabel je sklop jednog ili više izoliranih električnih vodiča zatvorenih unutar zaštitnog vanjskog plašta, dizajniran za prijenos električne energije od izvora do opterećenja. Za razliku od signalnih ili podatkovnih kabela — koji prenose niske napone i struje za prijenos informacija — energetski kabeli projektirani su posebno za rukovanje kapacitetom prijenosa struje, naponskim stresom i toplinskim uvjetima povezanima s distribucijom električne energije i opskrbom opremom.

Osnovna konstrukcija energetskog kabela sastoji se od tri funkcionalna sloja. The dirigent — tipično užetni ili puni bakar ili aluminij — pruža strujni put niskog otpora. The izolacija sloj koji okružuje vodič podnosi radni napon, sprječavajući curenje struje na susjedne vodiče ili okolne strukture. The vanjska jakna ili omotač štiti unutarnje komponente od mehaničkih oštećenja, vlage, kemikalija, UV zračenja i drugih čimbenika okoline relevantnih za okolinu instalacije.

Između izolacije i plašta, mnoge konstrukcije energetskih kabela uključuju dodatne slojeve: metalne zaslone ili štitove za srednje i visokonaponske kabele upravljaju distribucijom električnog polja oko vodiča; zaštitni slojevi od čelične žice ili trake pružaju mehaničku zaštitu za izravno ukopavanje ili tešku industrijsku uporabu; i materijali za punjenje održavaju kružni presjek kabela i sprječavaju unutarnju migraciju vlage. Specifična kombinacija ovih slojeva definira nazivni napon kabela, strujni kapacitet, način instalacije i servisno okruženje — zbog čega je prije specificiranja ili nabave važno razumjeti različite vrste energetskih kabela.

Različite vrste kabela za napajanje prema klasi napona

Najtemeljnija klasifikacija vrste energetskih kablova je prema nazivnom naponu, jer napon određuje potrebnu debljinu izolacije, dizajn zaslona i zahtjeve za ugradnju. Tri glavne klase napona koje se koriste u međunarodnim standardima su:

• Niskonaponski (NN) kabeli — do 1 kV: Koristi se za ožičenje u izgradnji, spajanje opreme, ožičenje industrijske ploče i konačne distribucijske krugove. Konstrukcija je relativno jednostavna: izolirani vodiči, često s PVC ili LSOH vanjskim omotačem, bez metalnih zaslona. Uobičajene oznake uključuju NYY, YJV (Kina), N2XY (IEC) i THHN/THWN (Sjeverna Amerika). Poprečni presjeci vodiča kreću se od 1,5 mm² za krugove rasvjete do 400 mm² ili više za glavne razvodne vodove.
• Kabeli srednjeg napona (SN) — 1 kV do 35 kV: Koristi se za komunalne distribucijske mreže, dovode industrijskih postrojenja, sustave prikupljanja vjetroelektrana i solarnih farmi i podzemnu urbanu distribuciju. SN kabeli zahtijevaju zaslone od vodiča, izolacijske zaslone i metalne omotače ili žičane zaslone za kontrolu električnog polja i sprječavanje djelomičnog pražnjenja. XLPE (umreženi polietilen) izolacija uvelike je zamijenila papirno-uljnu izolaciju u novim SN instalacijama zbog manje težine ugradnje, odsutnosti rizika od curenja ulja i lakšeg spajanja.
• Visokonaponski (HV) i ekstravisokonaponski (EHV) kabeli — iznad 35 kV: Koristi se za masovni prijenos električne energije, podmorske međukonekcije i podzemne kabele u gustim urbanim područjima gdje su nadzemni vodovi nepraktični. Konstrukcija postaje znatno složenija na ovim naponskim razinama, zahtijevajući precizno ekstrudiranu izolaciju s iznimno niskim sadržajem praznina, olovne ili valovite aluminijske obloge za isključivanje vlage i pažljivu kontrolu glatkoće površine vodiča i izolacijskog zaslona kako bi se izbjeglo pojačanje električnog polja na nedostacima. Kabeli izolirani XLPE sada rade na do 525 kV u komercijalnoj upotrebi.

Različite vrste kabela za napajanje prema izolacijskom materijalu

Izolacijski materijal je druga glavna os duž koje se tipovi energetskih kabela razlikuju, budući da on određuje temperaturnu ocjenu, kemijsku otpornost, fleksibilnost, učinkovitost u požaru i dugotrajno starenje. Dominantni izolacijski sustavi koji se trenutno koriste su:

• PVC (polivinil klorid): Globalno najčešće korištena izolacija za NN kabele. Ekonomičan, jednostavan za obradu i dostupan u širokom rasponu formulacija spojeva za različite zahtjeve temperature i fleksibilnosti. Standardna PVC izolacija je predviđena za temperaturu vodiča od 70°C; stupnjevi otporni na toplinu dosežu 90°C. Glavna ograničenja su loša izvedba na niskim temperaturama (postaje krt ispod -15°C do -20°C), oslobađanje korozivnog plina klorovodika pri spaljivanju i relativno visoki dielektrični gubici na povišenim naponima — zbog čega se PVC ne koristi iznad 6 kV.
• XLPE (Umreženi polietilen): Sada standardna izolacija za SN, VN i EHV kabele, a sve se više koristi iu NN kabelima. Unakrsno povezivanje pretvara termoplastični polietilen u duroplastični materijal koji zadržava svoja svojstva na povišenim temperaturama — XLPE kabeli obično su ocijenjeni na 90°C kontinuirano i 250°C u uvjetima kratkog spoja, što je znatno više od PVC-a. XLPE također nudi manje dielektrične gubitke, bolju otpornost na vlagu i superiorno dugotrajno starenje u usporedbi s PVC-om. Kompromis je veća cijena materijala i zahtjevniji proces ekstruzije.
• EPR (etilen propilen kaučuk): Duroplastična gumena izolacija nudi izvrsnu fleksibilnost u širokom temperaturnom rasponu (-50°C do 90°C), vrhunsku otpornost na ozon i UV zračenje te vrlo dobre performanse u mokrim uvjetima. EPR je poželjna izolacija za pučinske, pomorske i rudarske kabele gdje se kombiniraju opetovana savijanja, vlažna okruženja i ekstremne temperature. Njegova viša cijena i malo veći dielektrični gubici u usporedbi s XLPE ograničavaju njegovu upotrebu u statičkim instalacijama komunalnih kabela.
• LSOH / LSZH (nizak dim bez halogena): Ne samo jedan materijal, već klasa spojeva — izolacije i omotači na bazi poliolefina formulirani za stvaranje minimalnog dima i bez plinova koji sadrže halogen prilikom izgaranja. Obavezno ili izrazito poželjno u ograničenim prostorima uključujući tunele, metro sustave, offshore platforme, podatkovne centre i javne zgrade gdje evakuacija u slučaju požara ovisi o održavanju vidljivosti i zraka za disanje. LSOH spojevi se koriste i za izolaciju i za vanjski omotač u NN kabelima za ova okruženja.
• Mineralna izolacija (MICC kabeli): Bakreni vodiči okruženi zbijenim prahom magnezijevog oksida unutar bešavne bakrene cijevi. Kabeli s mineralnom izolacijom sami su po sebi otporni na vatru — nastavljaju funkcionirati na temperaturama do 1000°C — što ih čini potrebnom vrstom kabela za krugove kritične protiv požara, uključujući rasvjetu u nuždi, sustave protupožarnog alarma i opskrbu pumpama za prskalice u mnogim nacionalnim građevinskim propisima.

Odabir pravog kabela za napajanje: način postavljanja i čimbenici okoline

Osim naponske klase i izolacijskog materijala, okruženje instalacije određuje koje su dodatne značajke kabela potrebne. Isti presjek vodiča i vrsta izolacije mogu biti prikladni ili potpuno neprikladni, ovisno o tome kako i gdje je kabel instaliran.

Izravni ukop u tlu zahtijeva ili oklopni kabel (oklop od čelične žice ili oklop od čelične trake) za otpornost na mehanička oštećenja uzrokovana pomicanjem tla i iskopavanjem, ili ugradnju u cjevovod koji pruža mehaničku zaštitu. Kabeli za izravno ukopavanje također zahtijevaju vanjske omotače otporne na UV zračenje ako je bilo koji dio trase iznad zemlje i konstrukciju otpornu na vlagu kako bi se spriječio prodor vode tijekom desetljeća rada.

Kabelske police i instalacije na otvorenom u industrijskim postrojenjima dajte prednost usporavanju plamena i jednostavnosti pregleda i zamjene. Višežilni kabeli s LSOH ili FR-PVC vanjskim omotačima na sustavima kabelskih ljestvi su standardni. Gdje kabeli idu paralelno na policama, faktori smanjenja struje - obično 0,7–0,85 jednokabelskih ocjena ovisno o grupiranju — mora se primijeniti za uračunavanje međusobnog zagrijavanja između susjednih kabela.

Savitljivi i vučni kabeli za pokretne strojeve, dizalice i prijenosnu opremu zahtijevaju finožilne vodiče (klasa 5 ili klasa 6 prema IEC 60228) i visoko fleksibilnu gumenu ili TPE izolaciju i plašt koji podnosi ponovljeno savijanje bez pucanja uslijed zamora. Ovi kabeli su ocijenjeni za definirani minimalni radijus savijanja i konačan broj ciklusa savijanja — određivanje kabela za fiksnu instalaciju u savitljivoj aplikaciji jedna je od najčešćih i posljedičnih pogrešaka pri odabiru u industrijskom elektrotehnici.

Podmorski i pučinski kablovi kombinirati višestruke zahtjeve zaštite istovremeno: otpornost na pritisak na dubini, kemijsku otpornost na morsku vodu, mehaničku zaštitu od povlačenja sidra i ribolovnog pribora, a u slučaju dugih AC podmorskih kabela, pažljivo upravljanje kapacitivnom strujom punjenja. Visokonaponski istosmjerni (HVDC) podmorski kabeli postali su standard za duge izvozne veze vjetroelektrana na moru upravo zato što istosmjerni prijenos eliminira gubitke struje punjenja koji duge izmjenične podvodne kabele čine nepraktičnima dulje od otprilike 80–100 km.