Ce este un cablu de alimentare? Diferite tipuri de cabluri de alimentare explicate

Ce este a Cablu de alimentare — Definiție și construcție de bază

A cablu de alimentare este un ansamblu de unul sau mai mulți dirijori electrici izolați închis într-o manta exterioară de protecție, conceput pentru a transmite energie electrică de la o sursă la o sarcină. Spre deosebire de cablurile de semnal sau de date - care transportă tensiuni și curenți de nivel scăzut pentru transmiterea informațiilor - cablurile de alimentare sunt concepute special pentru a face față capacității de purtare a curentului, stresului de tensiune și condițiilor termice asociate cu distribuția de energie electrică și alimentarea echipamentelor.

Construcția fundamentală a unui cablu de alimentare constă din trei straturi funcționale. The conductor — de obicei, cupru sau aluminiu plin sau solid — asigură calea curentului cu rezistență scăzută. The izolatie stratul care înconjoară conductorul rezistă la tensiunea de funcționare, prevenind scurgerea curentului către conductoarele adiacente sau structurile din jur. The jacheta exterioară sau mantaua protejează componentele interne de deteriorări mecanice, umiditate, substanțe chimice, radiații UV și alți factori de mediu relevanți pentru mediul de instalare.

Între izolație și manta, multe construcții de cabluri de alimentare includ straturi suplimentare: ecrane metalice sau scuturi pentru cabluri de medie și înaltă tensiune gestionează distribuția câmpului electric în jurul conductorului; straturile de blindaj din sârmă sau bandă de oțel asigură protecție mecanică pentru îngropare directă sau utilizare industrială grea; și materialele de umplutură mențin secțiunea transversală circulară a cablului și împiedică migrarea interioară a umidității. Combinația specifică a acestor straturi definește tensiunea nominală a cablului, capacitatea de curent, metoda de instalare și mediul de service - de aceea este importantă înțelegerea diferitelor tipuri de cabluri de alimentare înainte de specificare sau achiziționare.

Diferite tipuri de cabluri de alimentare în funcție de clasa de tensiune

Clasificarea cea mai fundamentală a tipuri de cabluri de alimentare este în funcție de tensiunea nominală, deoarece tensiunea determină grosimea necesară a izolației, designul ecranului și cerințele de instalare. Cele trei clase principale de tensiune utilizate în standardele internaționale sunt:

• Cabluri de joasă tensiune (BT) - până la 1 kV: Folosit pentru cablarea clădirilor, conexiunile echipamentelor, cablarea panourilor industriale și circuitele finale de distribuție. Construcția este relativ simplă: conductoare izolate, adesea cu manta exterioară din PVC sau LSOH, fără ecrane metalice. Denumirile comune includ NYY, YJV (China), N2XY (IEC) și THHN/THWN (America de Nord). Secțiunile transversale ale conductorilor variază de la 1,5 mm² pentru circuitele de iluminat până la 400 mm² sau mai mare pentru alimentatoarele principale de distribuție.
• Cabluri de medie tensiune (MT) — 1 kV până la 35 kV: Folosit pentru rețelele de distribuție a utilităților, alimentarea plantelor industriale, sistemele de colectare a fermelor eoliene și solare și distribuția urbană subterană. Cablurile MT necesită ecrane conductoare, ecrane izolatoare și mantale metalice sau ecrane de sârmă pentru a controla câmpul electric și a preveni descărcarea parțială. Izolația XLPE (polietilenă reticulata) a înlocuit în mare măsură izolația hârtie-ulei în noile instalații MT datorită greutății sale mai mici de instalare, absenței riscului de scurgere de ulei și îmbinării mai ușoare.
• Cabluri de înaltă tensiune (HV) și de foarte înaltă tensiune (EHV) - peste 35 kV: Folosit pentru transportul de energie în vrac, interconexiuni submarine și cabluri subterane în zonele urbane dense, unde liniile aeriene nu sunt practice. Construcția devine semnificativ mai complexă la aceste niveluri de tensiune, necesitând izolație extrudată cu precizie cu conținut de goluri extrem de scăzut, învelișuri din plumb sau aluminiu ondulat pentru excluderea umezelii și un control atent al netezirii suprafeței conductorului și a ecranului de izolare pentru a evita îmbunătățirea câmpului electric la defecte. Cablurile izolate cu XLPE funcționează acum la până la 525 kV în serviciul comercial.

Diferite tipuri de cabluri de alimentare în funcție de materialul de izolație

Materialul de izolație este a doua axă majoră de-a lungul căreia tipurile de cabluri de alimentare diferă, deoarece determină evaluarea temperaturii, rezistența chimică, flexibilitatea, performanța la foc și comportamentul de îmbătrânire pe termen lung. Sistemele de izolare dominante în uz curent sunt:

• PVC (clorura de polivinil): Cea mai utilizată izolație pentru cablurile de JT la nivel global. Economic, ușor de procesat și disponibil într-o gamă largă de formulări de compuși pentru diferite cerințe de temperatură și flexibilitate. Izolația standard din PVC este evaluată la temperatura conductorului de 70°C; grade rezistente la căldură ajung la 90°C. Principalele limitări sunt performanța slabă la temperaturi scăzute (devine casantă sub -15°C până la -20°C), eliberarea de gaz clorhidric corosiv atunci când este ars și pierderile dielectrice relativ mari la tensiuni ridicate - motiv pentru care PVC nu este utilizat peste 6 kV.
• XLPE (polietilenă reticulata): Acum, izolația standard pentru cablurile MT, HV și EHV și este din ce în ce mai utilizată și în cablurile JT. Reticulare transformă polietilena termoplastică într-un material termorezistent care își păstrează proprietățile la temperaturi ridicate - cablurile XLPE sunt de obicei evaluate la 90°C continuu și 250°C în condiții de scurtcircuit, semnificativ mai mari decât PVC. XLPE oferă, de asemenea, pierderi dielectrice mai mici, o rezistență mai bună la umiditate și o îmbătrânire superioară pe termen lung în comparație cu PVC. Compensația este costul materialului mai mare și un proces de extrudare mai solicitant.
• EPR (cauciuc etilen propilen): O izolație din cauciuc termorezistent care oferă o flexibilitate excelentă într-o gamă largă de temperaturi (-50°C până la 90°C), rezistență superioară la ozon și UV și performanțe foarte bune în condiții umede. EPR este izolația preferată pentru cablurile offshore, marine și miniere, unde sunt combinate flexii repetate, medii umede și temperaturi extreme. Costul său mai mare și pierderile dielectrice ușor mai mari în comparație cu XLPE limitează utilizarea acestuia în instalațiile de cabluri de utilitate statice.
• LSOH / LSZH (fum redus, zero halogen): Nu un singur material, ci o clasă compusă - izolații pe bază de poliolefine și învelișuri formulate pentru a produce fum minim și fără gaze care conțin halogen atunci când sunt arse. Obligatoriu sau foarte preferat în spații restrânse, inclusiv tuneluri, sisteme de metrou, platforme offshore, centre de date și clădiri publice, unde evacuarea într-un scenariu de incendiu depinde de menținerea vizibilității și a aerului respirabil. Compușii LSOH sunt utilizați atât pentru izolație, cât și pentru mantaua exterioară a cablurilor de JT pentru aceste medii.
• Izolație minerală (cabluri MICC): Conductoare de cupru înconjurate de pulbere de oxid de magneziu compactată într-un tub de cupru fără sudură. Cablurile cu izolație minerală sunt în mod inerent ignifuge - ele continuă să funcționeze la temperaturi de până la 1.000 ° C - făcându-le tipul de cablu necesar pentru circuitele critice la incendiu, inclusiv iluminatul de urgență, sistemele de alarmă de incendiu și sursele pentru pompe de sprinklere în multe coduri naționale de construcție.

Selectarea cablului de alimentare potrivit: metoda de instalare și factorii de mediu

Dincolo de clasa de tensiune și materialul de izolație, mediul de instalare determină ce caracteristici suplimentare ale cablurilor sunt necesare. Aceeași secțiune transversală a conductorului și tip de izolație pot fi adecvate sau complet nepotrivite, în funcție de cum și unde este instalat cablul.

Înmormântare directă în sol necesită fie un cablu blindat (blindare din sârmă de oțel sau blindaj cu bandă de oțel) pentru a rezista la deteriorări mecanice cauzate de mișcarea solului și excavare, fie instalarea în conducte care oferă protecție mecanică. Cablurile de îngropare directă necesită, de asemenea, mantale exterioare rezistente la UV, dacă orice parte a pistei este deasupra solului, și construcție rezistentă la umiditate pentru a preveni pătrunderea apei de-a lungul deceniilor de funcționare.

Jurnalele de cabluri si instalatii in aer liber în instalațiile industriale acordați prioritate rezistenței la flacără și ușurinței inspecției și înlocuirii. Cablurile cu mai multe fire cu manta exterioară LSOH sau FR-PVC pe sistemele de scară de cablu sunt standard. Acolo unde cablurile rulează în paralel pe tăvi, factorii de reducere a curentului - de obicei 0,7–0,85 de evaluări pentru un singur cablu în funcție de grupare — trebuie aplicată pentru a ține seama de încălzirea reciprocă între cablurile adiacente.

Cabluri flexibile și trase pentru mașinile mobile, macarale și echipamente portabile necesită conductoare fine (Clasa 5 sau Clasa 6 conform IEC 60228) și izolație și înveliș din cauciuc sau TPE extrem de flexibile care rezistă la îndoiri repetate, fără fisuri de oboseală. Aceste cabluri sunt evaluate pentru o rază de îndoire minimă definită și un număr finit de cicluri flexibile - specificarea unui cablu de instalare fixă ​​într-o aplicație flexibilă este una dintre cele mai frecvente și consecințe erori de selecție în inginerie electrică industrială.

Cabluri submarine și offshore combină simultan mai multe cerințe de protecție: rezistență la presiune la adâncime, rezistență chimică la apă de mare, protecție mecanică împotriva rezistenței ancorei și a uneltelor de pescuit, iar în cazul cablurilor submarine lungi de curent alternativ, gestionarea atentă a curentului de încărcare capacitivă. Cablurile submarine de înaltă tensiune de curent continuu (HVDC) au devenit standardul pentru conexiunile lungi de export ale parcurilor eoliene offshore tocmai pentru că transmisia de curent continuu elimină pierderile de curent de încărcare care fac ca cablurile submarine lungi de curent alternativ să nu fie practic peste aproximativ 80–100 km..