Przewody elektryczne

Czwartek, 13 Październik 2011

Fot. 1. Różne typy kabli i przewodów: przewody nn, kable 1kV, kable sn, kable specjalistyczne sygnałowe dla potrzeb kolejnictwa, kable wn

Tematyka związana z przewodami elektrycznymi jest bardzo obszerna. Stąd też tym razem przyjrzyjmy się nieco bliżej rodzajom przewodów, ich wersjom emaliowanym, materiałom izolacyjnym, kablom ognioodpornym a także produktom, które cechują się zwiększoną wytrzymałością na ruch.

Rodzaje przewodów

Jedna z klasyfikacji dzieli przewody w zależności od pełnionej przez nie funkcji. Przewody liniowe, bardzo często nazywane fazowymi, podczas normalnej pracy są pod napięciem fazowym. Przesyłają one bowiem energię elektryczną. W sieci trójfazowej przewody liniowe oznaczana się jako L1, L2 oraz L3. Przewodami liniowymi są również przewody linii napowietrznej, znajdujące się pod napięciem fazowym. Istotne jest aby były one odizolowane od konstrukcji wsporczej za pomocą izolatorów. Przewody neutralne to przewody, które łączy się z punktem neutralnym sieci elektroenergetycznej.

Fot. 2. Elastyczny przewód przemysłowy TITANEX H07RN-F 450/750 V. Produkt ten cechuje się giętką żyłą miedzianą niepobieloną wg IEC 60228 kl. 5. Izolacja stanowi usieciowany elastomer o wysokich właściwościach mechanicznych.

W instalacjach elektrycznych istotną rolę odgrywa odpowiednie zabezpieczenie przed porażeniem elektrycznym. Stąd też zastosowanie znajdują przewody ochronne. Są to przewody uziemiające z uziomem lub wyrównawcze, które zapewniają wyrównanie potencjałów elektrycznych różnych elementów, mogących znaleźć się pod napięciem. Przewód ochronno-neutralny (PEN) łączy funkcje przewodu neutralnego (N) oraz przewodu ochronnego (PE). Pamiętać należy, że przewód zerowy jest pojęciem nieprawidłowym i przestarzałym, które pochodzi z czasów, gdy nie wyróżniano osobnych przewodów neutralnych (N) i ochronnych (PE). Oprócz przewodów fazowych używany był jedynie uziemiony przewód zerowy. Przewód zerowy został zastąpiony przez przewody N oraz PE lub PNE, w zależności od tego, jaką funkcję spełniają.

Tab. 1 Rodzaje żył roboczych

W liniach wysokiego napięcia zastosowanie znajdują przewody odgromowe. Przewody te nie są pod napięciem podczas normalnej pracy. Ich zadaniem jest zapewnienie ochrony przed bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi do linii. Uziemienie podłączone jest do konstrukcji wsporczych. W przypadku niesymetrycznych prądów fazowych (np. podczas zwarć niesymetrycznych lub asymetrii obciążenia) wyindukowane prądy sprowadzane są przez uziemione konstrukcje wsporcze do ziemi, zmniejszając przez to impedancję kolejności zerowej linii.

Fot. 3. JZ 600 - przewód łączący dwie funkcje „sterowniczo – zasilające”. Cechą charakterystyczną tego przewodu jest powłoka zewnętrzna wykonana ze specjalnego PVC w kolorze czarnym. Powłoka ta jest odporna na działanie warunków atmosferycznych – czyli między innymi promieniowanie UV oraz pracę w temperaturze do -40°C przy ułożeniu na stałe.

Typowe oznaczenie przewodu składa się z członu literowego i cyfrowego. Człon literowy określa przeznaczenie przewodu, materiał żyły i sposób jej wykonania (drut, linka). Oprócz tego, za pomocą liter, oznaczany jest materiał izolacji i żyły oraz rodzaj, a także materiał powłoki. Człon cyfrowy składa się z dwóch części. Pierwsza, oznacza dopuszczalne napięcie na jakie przewód jest przeznaczony, zaś druga, ilość i przekroje żył.

Najczęściej przewody, podobnie jak i inne elementy odpowiedzialne za przewodzenie prądu, wykonuje się z miedzi. Zdarzają się jednak przewody sygnałowe, w których materiał przewodzący stanowi srebro czy też konstant. Dawniej przewody elektryczne wykonywane były z aluminium.

Mirosław Lazarek
Product Manager Przewody i kable niskiego napięcia NKT Cables

Jakie cechy dodatkowe mogą posiadać kable i przewody oraz czemu one służą?

Warunki środowiskowe pracy przewodów w wielu przypadkach różnią się znacznie od warunków przyjmowanych jako normalne co wymaga zmodyfikowania własności przewodu także przez zmiany w konstrukcji. Najłatwiej dostrzec dodatkowe elementy typu druty lub taśmy wykonane z różnych materiałów jak stal, miedź czy aluminium, które nawet gdy konstrukcyjnie są identyczne mogą pełnić różne funkcje w zależności od typu przewodu.
W najprostszych zastosowaniach zespół drutów miedzianych okrywający ośrodek przewodu określany jest terminem „ekran” a zadanie tego elementu to tłumienie pola elektromagnetycznego powstającego wokół przewodu, stosowany w sytuacji gdy istnieje taka potrzeba, natomiast podobny element wykonany z drutów stalowych określany jako „pancerz” to wzmocniona ochronna przed uszkodzeniami mechanicznymi stosowana, gdy takie zagrożenie występuje.

Fot. 4. Przewody instalacyjne płaskie YDYp oraz jednożyłowe H05V-U

Przewody emaliowane

W transformatorach, cewkach oraz przekaźnikach zastosowanie znajdują przewody emaliowane. Należy podkreślić, że w praktyce wyróżnia się je w kilku klasach temperaturowych.

Nawojowe przewody miedziane okrągłe, emaliowane lakierem poliestroimidowym o klasie temperaturowej 180°C, cechują się dobrymi własnościami termicznymi oraz znaczną odpornością chemiczną. Najczęściej znajdują one zastosowanie w uzwojeniach przekaźników, silników oraz transformatorów i elektronarzędzi. Przewodów tego typu używa się także w przemyśle samochodowym. Dostępne są wersje przewodów emaliowanych lakierem poliestrowym o klasie temperaturowej 200°C.

Przewody emaliowane lakierem poliwinyloacetylowym olejoodporne o klasie temperaturowej 120°C, cechują się wysoką elastycznością oraz odpornością mechaniczną. Przewody tego typu stosuje się w transformatorach olejowych.

Fot. 5. Przewód zasilający silniki 0,6/1 kV, bezhalogenowy, metrowany TOPFLEX 600-C-PVC. Produkt ten jest stosowany jako przewód zasilający elektronicznie sterowane serwomotory, przetwornice częstotliwości i do podłączania do motorów DNC. Ze względu na ok. 85% pokrycie oplotu ekranu – doskonale spełnia wymagania elektromagnetyczne EMV. Szczególnie jako przewód zasilający pomiędzy przetwornicami częstotliwości a serwomotorem.

Dostępne są także przewody emaliowane lakierem poliuretanowym lub poliamidowym, dzięki czemu nie ma potrzeby usuwania izolacji przy lutowaniu. Produkty tego typu znajdują zastosowanie w uzwojeniach przekaźników, transformatorów, silników małej mocy, a także cewek zapłonowych oraz urządzeń i aparatów telekomunikacyjnych, radiowych i telewizyjnych.

Przewody emaliowane lakierem poliestroimidowym i amidoimidowym z powłoką samospiekającą, stosuje się do wykonywania uzwojeń oraz cewek bezkarkasowych. Tego typu przewody są elementami uzwojeń cewek telewizyjnych i głośnikowych, a także cewek indukcyjnych silników i suchych transformatorów.

W uzwojeniach narażonych na uszkodzenia mechaniczne oraz wszędzie tam, gdzie wymagana jest elastyczność, niezastąpione są przewody emaliowane lakierem poliwinyloacetalowym.

Izolacje przewodów

Przewodniki z prądem muszą być od siebie oddzielone. Do izolowania najczęściej stosowany jest polichlorek winylu (PCW). Materiał ten cechuje się nie tylko dobrymi właściwościami termoplastycznymi ale również dużą wytrzymałością mechaniczną. Ważną zaletą polichlorku winylu jest odporność na działanie wielu rozpuszczalników. Pamiętajmy, że skrót PCV, którego powszechnie używa się w Polsce, jest niepoprawny zarówno logicznie, jak i językowo. W nazewnictwie międzynarodowym używa się wyłącznie skrótu PVC - od poly (vinyl chloride). W języku polskim poprawny jest skrót PCW - od polskiego poli (chlorek winylu). PCV nie jest poprawnym skrótem ani od nazwy międzynarodowej, ani polskiej. Materiał ten w obrocie handlowym występuje jako polwinit (zmiękczony, czyli plastyfikowany i granulowany PCW) i polwiplast (granulat obuwiowy PCW).

Jako materiał izolacyjny używana jest także guma, guma EP oraz guma silikonowa lub neopren. Izolacje z tworzyw sztucznych to polietylen (PE), polipropylen (PP), poliuretan (PUR), poliamid (nylon), PTFE oraz FEP (Teflon FEP).

Kable ognioodporne

Nie ma wątpliwości co do tego, że w nowoczesnych instalacjach elektrycznych priorytetem jest bezpieczeństwo ludzi. Stąd też dużym zainteresowaniem cieszą się kable i przewody bezhalogenowe. Zalet, które wynikają z ich stosowania jest wiele. Przewody tego typu palą się ciężko lub nawet w ogóle. Ważną cechą są również zachowanie swoich właściwości podczas pożaru. Co najważniejsze, przewody bezhalogenowe są samogasnące. W jaki sposób? Otóż, w przypadku pożaru, uwalniają się molekuły chloru i fluoru. Tym sposobem utrudniany jest dopływ tlenu do miejsca pożaru, w efekcie czego płomienie zostają zduszone.

Fot. 6 Przykłady różnych kabli z oferty NKT Cables: Kabel elektroenergetyczny z żyłami aluminiowymi w izolacji i powłoce polwinitowej, na napięcie znamionowe 0,6/1kV YAKY 0,6/1kV; kabel elektroenergetyczny z żyłami aluminiowymi w izolacji i powłoce polwinitowej, na napięcie znamionowe 0,6/1kV YAKY 0,6/1kV; kabel elektroenergetyczny o polu promieniowym, z żyłą roboczą aluminiową w izolacji z polietylenu usieciowanego, w powłoce zewnętrznej z polwinitu, na napięcie znamionowe 12/20kV YHAKXS 12/20kV.

Kable bezhalogenowe najczęściej znajdują zastosowanie w budynkach, gdzie przewiduje się zwiększony ruch ludzi lub obiektach, w których konieczne jest zabezpieczenie wartości rzeczowych. Kable bezhalogenowe nie przenoszą płomieni podczas pożaru. Jeżeli do niego dojdzie, generowana jest mniejsza ilość dymu w porównaniu z przewodami o typowej izolacji. Nie mniej istotne pozostaje również niewielkie wydzielanie gazów toksycznych. Jako zalety kabli bezhalogenowych podkreśla się małą ilość ciepła spalania oraz podtrzymanie funkcjonalności zespołu kablowego podczas pożaru nawet przez 90 minut. W temperaturze 180ºC izolacja jest podtrzymywana przez około 180 minut.

Na rynku dostępne są również kable bezhalogenowe, które zostały zaprojektowane z myślą o stosowaniu w telekomunikacji. Stanowią one nieodzowny element stałych połączeń stacyjnych urządzeń telefonicznych. Bardzo często przewody tego typu, uwzględnia się w przemysłowych systemach wymiany danych, bazujących zarówno na sygnałach analogowych jak i cyfrowych. W kablach tych występuje wspólny statyczny ekran, który chroni przewody przed zakłóceniami, indukowanymi przez zewnętrzne pole elektryczne. Typowy kabel zawiera żyły okrągłe jednodrutowe, wykonane z miękkich drutów miedzianych. Żyły skręcone są w pary. Materiał, z którego wykonany jest ekran to laminowana folia metalowa z żyłą uziemiającą ocynkowaną.

Anna Konopasek,
Menadżer Produktu - Przewody, Tele-Fonika Kable Sp. z o.o S.K.A.

Po czym poznać przewód dobrej jakości?

Najprostsza definicja jakości wg Crosbiego: „Jakość to zgodność z wymaganiami”. Pełnej oceny jakości wyrobu można dokonać jedynie podczas badań laboratoryjnych, podczas których bada się na zgodność z wymaganiami m.in. parametry elektryczne i geometryczne, konstrukcję, parametry starzeniowe tworzyw itp. Jednym z elementów badań pełnych jest ocena wyrobu tzw. „nieuzbrojonym okiem”, czyli coś, co możemy wykonać np. podczas zakupu przewodu w sklepie. Najistotniejszymi, decydującymi o jakości przewodu są pozytywne odpowiedzi na następujące, podstawowe pytania:

- Czy powierzchnia przewodu ma jednolity kolor, bez zgrubień, porów i grudek a powłoka jest wykonana centrycznie w stosunku przewodu do osi?

- Czy nadruk powierzchniowy jest czytelny i zawiera informację kto jest producentem, rok produkcji, typ przewodu, normę wg której wykonano przewód, znak bezpieczeństwa, nadruk metryczny itp?

- Czy izolacja żył jest centryczna, posiada wyraźne barwy i nie przykleja się do powłoki?

- Czy konfekcjonowanie przewodu jest estetyczne i posiada etykietkę z pełną informacją o producencie?

Spełnienie powyższych kryteriów pozwoli stwierdzić, że przewód będący przedmiotem badań jest dobrej jakości.

Czy jakość przewodów ma znaczenie przy układaniu i eksploatacji instalacji?

Oczywiście, jakość użytych przewodów do instalacji ma ogromny wpływ na żywotność oraz bezpieczeństwo w eksploatacji. Ważny jest także optymalny dobór przewodu do warunków pracy (odbiorniki stałe czy ruchome, narażenie na promieniowanie UV, temperatura otoczenia, agresja środowiskowa itp.) oraz przekroju żył roboczych i napięcie eksploatacyjne zgodnie z zaleceniami producenta. Pozwoli to uniknąć sytuacji w której izolacja przewodów uległaby przegrzaniu. Zastosowanie nieodpowiednich surowców znacząco obniża żywotność przewodu (proces starzenia tworzyw izolacyjnych i powłokowych) i bezpieczeństwo jego eksploatacji. Reasumując – zastosowanie przewodów dobrej jakości, wykonanych wg odpowiednich norm przez renomowanego producenta, gwarantuje bezawaryjną i bezpieczną dla otoczenia eksploatację instalacji.

Jak zatem wykonać połączenie przewodów ognioodpornych? W tym celu producenci oferują ogniotrwałe puszki instalacyjne. Znajdują one zastosowanie przy podłączaniu sygnalizatorów, głośników systemów rozgłaszania przewodowego (DSO) czy też obwodów sterowania klapami dymnymi. Puszki tego typu, mają za zadanie zapewnienie ciągłości linii sygnałowej w przypadku spalenia się sygnalizatora. Nie mniej ważne ich zadanie to również zapobieganie przerwom w działaniu sygnalizatorów, które znajdują się poza strefą pożaru. Materiał, z którego wykonane są puszki to blacha ocynkowana, pokryta farbą proszkową. We wnętrzu przewidziano kostki ceramiczne z bezpiecznikiem przeciążeniowym jednorazowego zadziałania. Uwzględniono także osobne zaciski, przeznaczone do podłączenia wyjścia linii sygnałowej. Istnieje również możliwość podłączenia sygnalizatora lub innego urządzenia, poprzez bezpiecznik. Puszka instalowana jest za pomocą dwóch otworów i kołków metalowych. Przewidziano także przelotowy sposób prowadzenia linii sygnalizacyjnej.

Fot. 7 Przewód giętki wielożyłowy H05V-K

Wyjątkowo mocne

Czy można zapewnić bezpieczeństwo użytkowania instalacji elektrycznej jeżeli przewód narażony jest na intensywny ruch? Oczywiście, że tak. Warto uwzględnić w takim przypadku wersję kabla z podwójnym zabezpieczeniem. Zastosować można na przykład przewód ze stalowymi linkami nośnymi. W typowym przewodzie tego typu istotną rolę odgrywają specjalne nośniki stalowe, które przenoszą wszelkie naciski. Budowa przewodów przewiduje również linki z bardzo cienkich drutów miedzianych. Izolacja wykonana jest z PCW, a żyły skręcone są razem. Nie bez znaczenia pozostaje także obwój tekstylny, ułatwiający ruch między żyłami a powłoką. Wzmocniony oplot wykonany jest włókien tekstylnych. Przed działaniem czynników zewnętrznych chroni płaszcz zewnętrzny, bazujący na specjalnej mieszance PCW. Zapewniona jest zatem ochrona przed działaniem olejów i wody. Należy zwrócić uwagę na zachowanie elastyczności przewodu w niskich temperaturach.