Norma koordinace izolace kabelu: Vysvětlení a klíčové pojmy

Koordinace izolace se týká volby, dimenzování a vzájemného vztahu mezi izolací jak uvnitř zařízení, tak mezi jeho částmi. Cílem koordinace izolace je zabránit zbytečnému předimenzování izolace. Při dimenzování izolace se berou v úvahu elektrická namáhání a podmínky okolního prostředí. Pro tytéž podmínky a tatáž namáhání je dimenzování stejné.

Historie a vývoj norem pro izolaci kabelů

Po mnoho let byly dvě kategorie izolačních hladin (1 a 2), které byly uzpůsobeny pro různé napěťové soustavy používané po celém světě. Kabely se budou nyní označovat U0/U (Um) pro poskytnutí návodu ohledně kompatibility vypínačů a transformátorů.

Tato norma (EN 50124-1:2001) je českou verzí evropské normy EN 50124-1:2001 a má status české technické normy. S účinností od 2002-10-01 se touto normou ruší kapitola 5 ČSN 34 1500 z prosince 1995 a články C.14f) a C.53 přílohy C změny Z5 ČSN 34 1510 z 1971-12-22, které do uvedeného data platí souběžně s touto normou. Souběžně s touto normou se mohou do 2002-10-01 pro koordinaci izolace pevných trakčních zařízení používat kapitola 5 ČSN 34 1500 Elektrotechnické předpisy - Předpisy pro elektrická trakční zařízení z prosince 1995 a články C.14f) a C.53 přílohy C změny Z5 ČSN 34 1510 Elektrotechnické předpisy ČSN - Předpisy pro elektrická zařízení kolejových vozidel a silničních elektrických vozidel z 1971-12-22 v souladu s předmluvou k EN 50124-1:2002 (33 3501) u těch zařízení, která vyhovovala ČSN 34 1500 z prosince 1995 a ČSN 34 1510 z 1971-12-22 před datem vydání těchto norem.

ČSN zabývající se výhradně koordinací izolace, a to všech elektrických i elektronických drážních zařízení, dosud neexistovala. Daná problematika byla do vydání této ČSN řešena v zásadě ve dvou ČSN a to pro pevná trakční zařízení v kapitole 5 ČSN 34 1500:1995 a pro zařízení vozidel ve článcích 14f) a 53 ČSN 34 1510:1971. Nová norma platí pro všechna elektrická a elektronická drážní zařízení (pevná trakční zařízení, drážní vozidla a zabezpečovací systémy) a uvádí povrchové cesty, vzdušné vzdálenosti a rovněž typové i výrobní kusové dielektrické zkoušky pro všechna tato zařízení. Norma vychází zejména z obecné normy pro koordinaci izolace EN 60071-1:1995 a z normy pro koordinaci izolace pro zařízení nízkého napětí IEC 60664-1, však s doplňujícími požadavky s ohledem na zvláštní podmínky drážních zařízení. Na rozdíl od výše uvedených dosud platných ČSN, které povrchové cesty a vzdušné vzdálenosti neuváděly, uvádí tato ČSN EN 50124-1 nejen pravidla pro stanovení jejich vzdáleností, ale i způsob jejich měření a ověřování zkouškami, sloužícími pouze pro ověření těchto vzdáleností.

Zcela jiné jsou dielektrické zkoušky zařízení, kde rozhodujícím napětím pro zkoušku krátkodobým střídavým napětím síťového kmitočtu je impulzní, nikoliv izolační napětí, přičemž je jiný i způsob provedení zkoušky - viz příloha B této normy. Do normy byly k článkům 1.3.1.3.2, 1.3.3.2.2, 2.1.1.2 a 3.2.1, k tabulce A.2 a k B.1 přílohy B doplněny informativní národní poznámky. Do této normy byla doplněna informativní národní příloha NA, která obsahuje přehled definic pro přepětí z vybraných ČSN.

Čtěte také: Vše o stavebním řezivu

ČSN 33 0400 byla schválena 10. 9. 1979, nahrazena byla ČSN EN 60071-2 (z 12/2000) spolu s ČSN EN 60071-1 (z 9/2000). V dřívější normě ČSN 33 0400 článek 3.11. se uvádí způsob ověřování izolačních hladin kabelových vedení zkouškou stejnosměrným napětím. Nahrazující norma neobsahuje již text o ověřování izolačních hladin kabelových vedení zkouškou stejnosměrným napětím, obsahuje jen tabulky s normalizovaným krátkodobým střídavým výdržným napětím a s výdržným napětím normalizovaného atmosférického impulzu.

Klíčové definice v koordinaci izolace

  • Um - maximální efektivní napětí síťového kmitočtu: Je to maximální efektivní napětí síťového kmitočtu mezi jakýmikoli dvěma vodiči, pro které jsou kabely a příslušenství navrženy. Je to nejvyšší napětí, které vydrží za běžných provozních podmínek v jakémkoli čase a v jakémkoli bodě soustavy.
  • Nejvyšší napětí trojfázové soustavy (highest voltage of three-phase system): Nejvyšší efektivní sdružené napětí, které se vyskytuje při běžných provozních podmínkách v jakémkoli čase a v jakémkoli místě soustavy.
  • Atmosférické přepětí (lightning overvoltage): Fázové nebo sdružené přepětí v daném místě soustavy způsobené atmosférickým přepětím nebo jinou příčinou. Tvar vlny se musí uvažovat, pro účely koordinace izolace, tak jako normalizované impulzy (viz ČSN EN 60071-1 ed. 2) používané pro zkoušky výdržným atmosférickým impulsem.
  • Kategorie B: Tato kategorie zahrnuje takové soustavy, které, při podmínkách poruchy, jsou provozovány po krátkou dobu pouze s jednou uzemněnou fází. Mělo by být bráno v úvahu, že v soustavách, kde zemní porucha není automaticky a okamžitě vypnuta, namáhání izolace kabelů během zemní poruchy omezuje životnost kabelu obvyklým způsobem.
  • UNm: Je napětí mezi živou částí zařízení a zemí nebo jinou živou částí. V případě drážních vozidel se zem vztahuje ke kostře (skříni) vozidla. V případě obvodů, soustav a podsoustav se u drážních zařízení dává přednost této definici před „nejvyšším napětím pro zařízení“, která se používá v širokém měřítku v mezinárodních normách. UNm je vyšší nebo rovno pracovnímu napětí. V důsledku toho u obvodů přímo připojených k trakčnímu vedení je UNm rovno nebo vyšší než Umax1, které je stanoveno v EN 50163. UNm není nutně rovno jmenovitému napětí zařízení, které je primárně vztaženo k funkčním vlastnostem.

Struktura a obsah normy EN 50124-1

Tato evropská norma byla připravena technickou komisí CENELEC TC 9X, Elektrická a elektronická drážní zařízení. Text návrhu byl předložen k formálnímu hlasování a schválen CENELEC jako EN 50124-1 dne 1999-10-01. Přílohy označené jako „normativní” jsou součástí této normy. Přílohy označené jako „informativní” jsou určeny pouze pro informaci. V této normě jsou přílohy A, B, C a D normativní a přílohy E, F a G jsou informativní.

Struktura normy zahrnuje následující kapitoly:

  1. Úvod
    • Všeobecně
    • Rozsah platnosti
    • Normativní odkazy
    • Definice
  2. Základy pro koordinaci izolace
    • Základní principy
    • Napětí a jmenovité hodnoty napětí
    • Kmitočet
    • Doba namáhání napětím
    • Znečištění
    • Izolační materiál
  3. Požadavky a pravidla pro dimenzování vzdušných vzdáleností
    • Všeobecně
    • Minimální vzdušné vzdálenosti
    • Rezerva
  4. Pravidla pro dimenzování povrchových cest
    • Všeobecně
    • Minimální povrchové cesty
  5. Zkoušky a měření
    • Všeobecně
    • Měření povrchových cest a vzdušných vzdáleností
    • Ověření vzdušných vzdáleností zkouškou impulzním napětím
    • Ověření vzdušných vzdáleností zkouškou napětím síťového kmitočtu
    • Ověření vzdušných vzdáleností zkouškou stejnosměrným napětím
  6. Zvláštní požadavky pro použití na dráhách
    • Zvláštní požadavky pro zabezpečovací systémy
    • Zvláštní požadavky pro drážní vozidla
    • Zvláštní požadavky pro pevná trakční zařízení

K normě jsou připojeny následující přílohy:

  • Příloha A (normativní) Tabulky
  • Příloha B (normativní) Ustanovení pro typové a výrobní kusové dielektrické zkoušky zařízení
  • Příloha C (normativní) Metody měření povrchových cest a vzdušných vzdáleností
  • Příloha D (normativní) Vzájemný vztah mezi Un a UNm
  • Příloha E (informativní) Podmínky makroprostředí
  • Příloha F (informativní) Bibliografie
  • Příloha G (informativní) Návod k použití
  • Národní příloha NA (informativní) Přehled definic pro přepětí z vybraných ČSN

Vodiče a izolační materiály

Vodič je elektrický prvek určený k přenášení výkonu, nebo informace. Představuje širší pojem než kabel. Každý vodič má jádro a izolaci, které dohromady tvoří tzv. žílu. Podle toho, zda je izolace pevná, či ji tvoří pouze vzduch, můžeme vodiče dělit na izolované a holé. Kabel se skládá z více žil, které mají ještě další společnou izolační vrstvu.

Čtěte také: Průvodce skladováním chemických látek

Materiály pro jádra vodičů

Jádra pro energetické vodiče jsou téměř vždy definována jejich odporem. Nejčastěji používané materiály jsou:

  • Měď (Cu): ρ = 0,0178 Ω·mm2·m-1 - nejčastěji používaný materiál pro vodiče všech průřezů.
  • Hliník (Al): ρ = 0,0285 Ω·mm2·m-1 - velmi často používaný spíše pro větší průřezy a pro lana AlFe.
  • Ocel (Fe): ρ ≅ 0,15 Ω·mm2·m-1 - nosný vodič v lanech AlFe.
  • Stříbro (Ag): ρ = 0,0163 Ωmm2·m-1.

Odporové materiály jako kantal, cekas, chromnikl se používají pro topné vodiče.

Typy izolačních materiálů

  • Měkčený PVC: nejčastěji používaný materiál pro kabely nízkého napětí. Má teplotní odolnost 70ºC.
  • Měkká pryž (guma): pro kabely nízkého napětí, teplotní odolnost 60ºC.
  • Zesíťovaný polyetylen (XPE): pro vodiče vysokého, nebo velmi vysokého napětí.

Vodiče pro vinutí se izolují několika vrstvami laku (jedna vrstva mívá tloušťku asi 0,01 mm). Celé vinutí transformátorů se pak často ukládá do transformátorového oleje. Jako plynná izolace vodičů slouží zejména vzduch u venkovního vedení. V zapouzdřených rozvodnách se přípojnice a další vodivé části ukládají do pouzder, která jsou naplněna izolačním plynem SF6.

Konstrukce vodičů

Vodiče pro venkovní vedení jsou zkonstruované ze spirálovitých točivých drátů s kruhovým příčným řezem. Pomocí drátů lichoběžníkového tvaru může být zkonstruován vodič se zvětšeným poměrem kovu vůči vzduchu. Další možnost je provedení vodiče mozaikou ve tvaru písmene „Z“, při kterém se zformované vodiče efektivně tisknou. Tvarované vodiče mají větší hliníkovou část a tak nižší odpor než normální vodič kruhového průřezu se stejným vnějším průměrem.

Lano je složeno z ocelového nosného drátu uprostřed a z hliníkových drátů slaněných okolo. Nejčastěji používaná jsou lana AlFe6, kde je poměr hliníku ku železu = 6:1. Pro zvlášť vysoké a vyšší napětí se používají tzv. svazkové vodiče, které jsou tvořeny několika spojenými lany AlFe. Toto provedení slouží k omezení skinefektu a snížení ztrát koronou. V ČR se používají svazky se třemi lany AlFe pro jednu fázi.

Čtěte také: Jak se liší ČSN 74 4505 a DIN 18202 u pokládky dlažby?

Mezi celohliníkové vodiče patří vodič AAC (All Aluminium Conductor) a AAAC (All Aluminium AlloyConductor). Celohliníkové vodiče mají vyšší pevnost než lana AlFe a dobrou ochranu proti korozi. Tyto vodiče se označují jako ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced).

Přípojnice a trolejové dráty

Přípojnice slouží k přivedení výkonu v rozvodně, nebo rozvaděči. Nejčastěji se provádějí z mědi nebo hliníku jako pásové vodiče (obdélníkový průřez). Jako materiál k výrobě trolejového drátu se obvykle používá vysokopevnostní měď, nebo tzv. trolejový bronz.

Izolovaný vodič vždy tvoří jádro a pevná vrstva izolace. Izolaci tvoří obvykle několik vrstev, např. izolace každé žíly, vrstva výplně (guma nebo plastová páska), izolace společná, stínění, plášť, venkovní plášť.

Výroba kabelů

Výroba kabelů a dalších vodičů je poměrně náročná a vyžaduje předepsanou kvalitu jak vodivých, tak izolačních materiálů. Nejprve se vyrábí drát z elektrovodného materiálu (Cu, nebo Al). Kov se nejprve válcuje a pak táhne v tažičkách pro zmenšení průměru. Potom se na jádro nanáší izolace žíly, obvykle roztavený plast se speciální extruzní hlavou. Dále se žíly stáčejí do svazku a vytváří se duše kabelu, vyplňováním prostoru mezi žílami. Celý proces zahrnuje několik fází od surového kovu až ke konečnému několikažilovému izolovanému vodiči.

Označení kabelů

Na prvním místě se udává napěťová hladina v kilovoltech. Označení dle tohoto systému má devět pozic. Pro barevné značení vodičů platí norma ČSN 33 0166.

Optická vlákna

Optická vlákna se používají pro přenos dat a informací pomocí světla. Základní zapojení optického spoje se skládá ze světelného zdroje (LED dioda nebo laser), optického vlákna, fotodetektoru a obvodů zpracování signálu. Světlo je vázaná elektromagnetická vlna. Mezi typy optických vláken patří SMF vlákna (jednovidová) a MMF vlákna (mnohovidová). Průměr jádra závisí na typu vlákna. Plastové optické vlákno se označuje POF (Plastic Optic Fiber).

Výroba optických vláken

Nejprve je potřeba připravit tzv. preformu pro jádro, která je vyrobena z čistého a kompaktního chloridu křemičitého metodou MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition). Poté se nanáší vrstva pláště a vlákno se taží.

Druhy optických kabelů

Obvykle se sdružuje větší množství vláken v jednom optickém kabelu. Samostatný optický kabel se obvykle zafukuje do ochranných trubek. Světelný vodič může být umístěn i v jádru silového kabelu, mezi lanky jádra.

tags: #norma #koordinace #izolace #kabelu #vysvětlení

Oblíbené příspěvky: