POWER 1000 – YFR – nowoczesne podejście do zasilania

Jaka jest różnica pomiędzy przewodem a kablem? To odwieczne pytanie budzi szereg wątpliwości o znajomość terminologii elektroenergetycznej i mniej lub bardziej fachowe dyskusje. Spróbujmy więc uporządkować wiedzę i przypisać właściwe znaczenie słowom „przewód” i „kabel” oraz poznać najnowsze rozwiązania tych produktów z oferty Helukabel.

Przewód to część obwodu elektrycznego, którego rolą jest prowadzenie prądu bądź sygnałów określoną drogą. Aby mógł sprostać temu zadaniu musi być wykonany z materiału dobrze prze- wodzącego prąd elektryczny. Obecnie stosowane są w zasadzie tylko dwa metale: miedź i aluminium.¹ W celu osiągnięcia określonych właściwości mechanicznych stosuje się jako przewody albo elementy sztywne (druty, szyny ), albo przeciwnie, elementy giętkie (skręcone druty o małych średnicach i dużej liczbie drutów na milimetr kwadratowy, mogą być one w formie okrągłych linek lub płaskich plecionek). Pojedynczy element przewodzący (okrągły lub sektorowy) nazywamy żyłą. Oczywiście żyły są izolowane względem siebie i względem potencjału odniesienia (np. ziemi). Izolacja może być wykonana z materiału izolacyjnego (tworzywa sztuczne, papier nasączony olejem, często już tylko w starszych rozwiązaniach) lub osiągana poprzez dystans pomiędzy żyłami (szynoprzewodami). Dystans w powietrzu lub innym, lepiej izolującym ośrodku (np. SF6). W przypadku obwodów bezpiecznych (bardzo niskich napięć) i małej mocy izolacja przewodu nie stanowi tematu do większych rozważań (za wyjątkiem stratności w tych materiałach przy wyższych częstotliwościach). Jednak w przypadku napięć niebezpiecznych (niskich, średnich i wysokich) wymagania względem izolacji są zdecydowanie większe i tu przechodzimy do kabli. Rola kabla jest dokładnie taka sama jak przewodu – ma prowadzić prąd po wyznaczonej trasie. Można więc stwierdzić, że każdy kabel to przewodnik, a kabel wielożyłowy jest zespołem przewodników. Jednak nie każdy przewód jest kablem.

Kable to przewody, których żyły są chronione przed określonymi warunkami zewnętrznymi:

• warunki fizyczne otoczenia – temperatura (skraplanie, oblodzenie, utlenianie się metalu przewodu w wyższych temperaturach, obecność elementów przewodzących lub półprzewodzących w otoczeniu itd.),
• warunki chemiczne otoczenia (olej, woda, substancje żrące itd.),
• warunki elektromagnetyczne otoczenia (pole, które trzeba ekranować)²,
• warunki eksploatacyjne (bezpieczeństwo, funkcjonalność).

Tu przechodzimy do kolejnego zagadnienia: izolowania żył względem siebie. Oddzielnym problemem jest przecież ochrona kabla jako całości, a oddziel- nym ochrona żył pomiędzy sobą. Stąd dwa rodzaje izolacji:

• izolacja żyły,
• powłoka (zewnętrzna).

Pozostałe elementy kabla, jak wypełnienie czy ekrany są równie ważne dla jego ochrony i tym samym długotrwałe- go utrzymania w sprawności operacyjnej i zapewnienia bezpieczeństwa.
Bardzo dużą wagę przywiązuje się również do oddziaływania kabla na otoczenie (chemicznie – np. wpływ na jakość wody pitnej czy żywności lub zachowanie się kabli w przypadku pożaru, np. podtrzymanie funkcji, bezhalogenowość).

Czego oczekuje rynek?
Aby odpowiedzieć na pytanie jakie są oczekiwania rynku w odniesieniu do kabli niskonapięciowych przy budowie linii ziemnych, przyjrzyjmy się wymaganiom dwóch wybranych operatorów energetycznych, jako znaczących klientów na krajowym rynku elektrotechnicznym.
Przedstawione wyżej wymagania można przyjąć za reprezentatywne. W za- łożeniach projektowych nie odbiegają od powszechnie przyjętych w tym zakresie standardów.
Zależność pomiędzy grubością izolacji a jej odpornością napięciową jest dość oczywista – im grubsza izolacja, tym większa odporność na uszkodzenia mechaniczne. Przewody i kable nisko- napięciowe są konstruowane w szeregu typowych napięć znamionowych:

• 100/100 V,
• 300/300 V,
• 300/500 V,
• 450/750 V,
• 0,6/1 kV.

Z powodu cienkiej izolacji pierwszych trzech pozycji raczej nie nazywamy kablami. W słowniku branżowym pojawiło się określenie „przewody kabelkowe”. Miało to zaznaczyć różnicę pomiędzy przewodami z pojedynczą izolacją a przewodami z izolacją podwójną lecz o niższej odporności napięciowej oraz przede wszystkim mechanicznej i środowiskowej. Z punktu widzenia odporności „czysto napięciowej” wszystkie trzy wymienione rodzaje mogą być stosowane do układów trójfazowych, lecz różnią się głównie grubością izolacji. Pierwsza liczba oznacza wartość skuteczną napięcia pomiędzy dowolną żyłą a „ziemią” lub ekranem kabla, druga liczba wartość skuteczną napięcia pomiędzy dowolnymi dwiema żyłami fazowymi (napięcie międzyfazowe). Oczywiście w sensie czysto elektrycznym wystarcza zastosowanie przewodu lub kabla o minimalnej odporności napięciowej (z pewnym zapasem bezpieczeństwa, koniecznym na przykład z powodu okresowych wzrostów napięcia sieci), ale większe napięcie to jednocześnie wyższa odporność ogólna wynikająca z grubszej warstwy izolacyjnej.
Przykładowo przewód o napięciach 300/300 V będzie zadowalający dla zastosowań jednofazowych, gdzie nie ma powodu spodziewać się wartości wyższej niż 230 V, ale dla podobnych połączeń trójfazowych konieczne będzie zastosowanie przewodu o napięciach 300/500 V.

 

Dyrektywa niskonapięciowa (2014/35/ UE) nakłada na producentów wymaganie, aby każde niskonapięciowe urządzenie było zdolne do normalnej, bezpiecznej pracy przy napięciu z przedziału +/− 10% wartości skutecznej napięcia zasilania.³ Zatem dla 230 V będziemy mieli przedział od 207 V do 253 V, a dla 400 V odpowiednio od 360 V do 440 V. Takie wartości mogą się utrzymywać w sieciach długotrwale. Zatem poziomy 300 V i 500 V są jak widać bezpieczne. Podstawowym materiałem izolacyjnym kabli niskiego napięcia jest nadal polichlorek winylu (PVC), który jednak coraz częściej jest zastępowany polietylenem usieciowanym (XLPE) z powodu jego znacznie korzystniejszych właściwości, na przykład cieplnych – stała maksymalna temperatura dla PVC wynosi 70°C, a dla XLPE 90°C. Oczywiście w (zewnętrznych) powłokach kabli stosuje się ze względu na rozmaitość wyzwań środowiskowych znacznie większy asortyment tworzyw, jak na przykład poliuretan (PUR), czy rozmaite gumy.
Polichlorek winylu jest tani i ma dobre właściwości mechaniczne, ale w wypadku wystąpienia pożaru jego cechy stają się krytyczne – generuje silnie toksyczne gazy oraz gigantyczne ilości dymu. Blokuje to w znacznym stopniu stosowanie go w budynkach (patrz rozporządzenie CPR i jego pochodne).

 

---

Wymagania ENEA:
4.1. Wymagania ogólne
W sieciach ENEA Operator sp. z o.o., jako podstawowe rozwiązanie dla linii kablowych nn, przyjmuje się kable na napięcie znamionowe 0,6/1,0 kV z czteroma żyłami aluminiowymi o izolacji polwinitowej, na które jest naniesiona wytłoczona powłoka wewnętrzna z mieszanki gumowej oraz zewnętrzna powłoka z polietylenu lub polwinitu. Linie kablowe nn należy projektować i budować zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa, aktualnymi normami i powszechnie uznanymi zasadami wiedzy technicznej oraz rozwiązaniami przewidzianymi w katalogach.
Stosować rozwiązania techniczne umożliwiające prowadzenie prac w technologii prac pod napięciem (PPN) z uwzględnieniem wymagań Instrukcji Organizacji Bezpiecznej Pracy (IOBP) obowiązującej w ENEA Operator sp. z o.o.

4.2. Kable elektroenergetyczne
4.2.1. Wymagania  stawiane  kablom elektroenergetycznym nn
4.2.1.1. Kable o izolacji i powłoce ze- wnętrznej z polwinitu (PCV), typu NAYY-J, gdzie:

• (N) kabel zgodny z normą [12 lub 11],
• (A) żyły robocze kabla aluminiowe o przekrojach: 35, 70 mm2 wykonane zgodnie z [12 lub 11],
• (Y) izolacja kabla z polwinitu wykonana zgodnie z [12 lub 11],
• powłoka wewnętrzna wytłaczana z mieszanki gumowej (EPDM) wykonana zgodnie z [12 lub 11],
• (Y) powłoka zewnętrzna kabla z polwinitu odpornego na UV wykonana zgodnie z [12 lub 11],
• (J) z żyłą zielono-żółtą.

4.2.1.2. Kable o izolacji z polwinitu (PCV) i powłoce zewnętrznej z polietylenu (PE), typu NAY2Y-J, gdzie:

• (N) kabel zgodny z normą [12 lub 11],
• (A) żyły robocze kabla aluminiowe o przekrojach: 150, 240 mm², wykonane zgodnie z [12 lub 11],
• (Y) izolacja kabla z polwinitu wykonana zgodnie z [12 lub 11],
• powłoka wewnętrzna wytłaczana z mieszanki gumowej (EPDM) wykonana zgodnie z [12 lub 11],
• (2Y) powłoka zewnętrzna kabla wykonana z polietylenu odpornego na UV wykonanego zgodnie z [12 lub 11].

---

​

Obecnie przy podejmowaniu decyzji inwestycyjnych znacznie ważniejszy od początkowych kosztów materiałowych jest argument żywotności, czyli czas bezawaryjnego działania kabli i bezpieczeństwo użytkowników. Obecny czas użytkowania prawidłowo wykonanych kabli określa się na 30 – 35 lat, a niekiedy oczekiwany jest czas 60-letni. Stąd rozwój materiałów izolacyjnych, stosowanie droższych i grubszych izolacji (np. kable 0,6/1 kV). Ponieważ kable układane w ziemi lub poddawane jakiemukolwiek działaniu wody padają ofiarą powstających w czasie eksploatacji tzw. „drzewek wodnych”, grubsza izolacja oznacza dłuższy czas bezawaryjnego użytkowania.⁴ Oczywiście jest to równie ważne, co prawidłowy sposób ich układania. Odporność na penetrację wody osiąga się również poprzez jakość/ powtarzalność wytwarzania, a w szczególności brak zanieczyszczeń lokalnych w strukturze materiału izolacyjnego.
Wzrost cen materiałów izolacyjnych kompensowany jest powrotem do aluminium i konstrukcjami żył oraz złączy optymalizowanymi na „nowoczesne aluminium”.

Obserwujemy również renesans stosowania kabli jednożyłowych (w podwój- nej izolacji).⁵ W wypadku żył o przekroju od 120 mm2 można wykazać znaczące oszczędności zastosowania metali przewodzących ze względu na ich właściwości cieplne. Oczywiście niebagatelną rolę pełni tu również kwestia prowadzenia dróg kablowych i montaż obiektowy. Odpowiedzią na powyższe założenia jest rodzina kabli POWER 1000-YFR. Ponieważ pewne oczekiwane cechy pozostają do siebie w sprzeczności, nie ma możliwości stworzenia kabla uniwersalnego „na każdą okazję”. W związku z tym powstała grupa produktowa, w obrębie której znajdziemy kable o różnych parametrach dostosowanych do wymogów ich aplikacji. Cechą wspólną wszystkich kabli POWER 1000-YFR jest odporność jednocześnie na warunki panujące w gruncie oraz na działanie promieni UV.
Często instalacje prowadzone są zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynków. Wymaga to uniwersalności w stosowaniu produktów bezhalogenowych, niepodtrzymujących płomienia. W wypadku budynków przemysłowych nieklasyfikowanych jako wysokie wy- starczająca jest klasa Eca.
Cechą horyzontalną jest również ekranowanie pozwalające spełnić wymagania kompatybilności elektromagnetycznej. Obecnie dąży się w programach produkcyjnych do wprowadzania do oferty jak największej liczby produktów kablowych w wersji bez ekranu i z ekranem.
Od kabli cieńszych (średnica zewnętrznej powłoki i żył) wymaga się większej tolerancji na zginanie, stąd obecność separatorów PET.

Tab. 1 Podstawowe właściwości kabli z rodziny POWER 1000-YFR​



Kable POWER 1000-YFR – przegląd
Przyjrzyjmy się teraz bliżej poszczególnym przedstawicielom rodziny POWER 1000-YFR (również przez pryzmat reprezentatywnych oczekiwań/wymagań rynkowych pokazanych wyżej, na podstawie dokumentów wybranych krajowych operatorów energetycznych. Podstawowe właściwości niniejszych kabli zestawiono w tabeli 1 (tab. 1).
Oczywiście aby dana cecha kabla mogła być ściśle określona, należy odnieść się do norm europejskich, międzynarodowych IEC lub krajowych.⁶ Kable z rodziny POWER 1000-YFR, spełniają zalecenia następujących norm, co jest potwierdzone badaniami laboratoryjnymi:

• Odporność na pionowe rozprzestrzenianie płomienia na pojedynczym przewodzie wg DIN VDE 0482- 332-1-2 / DIN EN 60332-1-2 / IEC 60332-1-2
• Odporność na pionowe rozprzestrzenianie płomienia na wiązce przewodów wg DIN VDE 0482-332-3-23 / DIN EN 60332-3-23 / IEC 60332-3-23: kategoria B
• Olejoodporność wg IEC 60811
• Odporność na UV wg DIN EN ISO 4892-2 / ISO 4892-2
• Odporność na warunki atmosferyczne wg DIN EN ISO 4892-2 / ISO 4892-2

W celu bliższego zapoznania się z nowoczesną i szybko rozwijającą się rodziną kabli POWER 1000-YFR zapraszamy do lektury produktowych kart katalogowych oraz monitorowania pojawiających się nowości.

Przypisy

1. Stal stosowana jest jedynie w przewodach samonośnych, i to obecnie jako ich część konstrukcyjna uzupełniana aluminium, natomiast materiały nadprzewodzące to wciąż, pomimo wielu udanych prób, „pieśń przyszłości”.
2. Przewody też często bywają ekranowane, więc sam ekran w zasadzie nie jest tu wyróżnikiem.
3. Identyczne wymaganie nakładane jest na operatorów energetycznych, ale nie pozwala na wystąpienie w sieci napięć spoza danego przedziału, poza przypadkami awaryjnymi, których dopuszczalna liczba w czasie roku jest określana w krajowym prawie energetycznym.
4. Zastosowanie specjalnych materiałów to zmienna niezależna od ochrony „przez grubość”.
5. Z tego tytułu dla kabli jednożyłowych paradoksalnie z pozoru podaje się również dwie wartości napięć.
6. Chodzi oczywiście o dowolny kraj UE, o czym mówi wyraźnie dyrektywa niskonapięciowa.

www.helukabel.pl