Concentrische (PEN-)kabels — de golfvormige concentrische geleider als gecombineerde nul-en-aarde, en waarom het geen scherm is

De gids over pantserkabelwapening als beschermingsgeleider behandelt het gebruik van stalen draadwapening als PE-geleider, en de gids over kabelschermaarding behandelt het aarden van een metalen scherm aan één of twee zijden. Dit artikel behandelt een constructie die er oppervlakkig op lijkt maar functioneel een ander doel dient: de concentrische geleider op Nederlandse ondergrondse laagspanningsaansluitkabels, doorgaans aangeduid als NAYCWY of NYCWY, waarbij de "C" de concentrische geleider aangeeft en de "W" de karakteristieke golfvorm ervan.

Wat de concentrische geleider daadwerkelijk is

Rond de geïsoleerde fase-ader(s) van een concentrische kabel wordt een laag koperdraden aangebracht, niet recht in de lengterichting van de kabel en niet als eenvoudige spiraalwikkeling, maar geperst in een golfpatroon: elke draad volgt een sinusvormig traject rond de omtrek terwijl deze langs de kabellengte loopt. Deze golfvorm is bewust gekozen — het geeft de concentrische geleiderlaag aanzienlijke lengte-elasticiteit, zodat wanneer de kabel wordt gebogen, getrokken of onderworpen aan thermische uitzetting en krimp gedurende de gebruiksduur, de concentrische draden kunnen buigen zonder werkverharding en vermoeiingsbreuk zoals bij een rechte of strak gespiraliseerde laag zou gebeuren. De golfvormige concentrische geleider zit onder de buitenmantel van PVC of PE en is ontworpen om de volledige gecombineerde nul-en-aarde (PEN) bedrijfsstroom continu te dragen, niet alleen tijdelijke foutstroom.

Waarom het als PEN-geleider functioneert, niet als scherm

Dit is het punt dat het makkelijkst wordt verward met een kabelscherm of een wapeningslaag die als PE wordt gebruikt: een scherm (zoals in de gids over kabelschermaarding) is voornamelijk een elektromagnetische/elektrostatische controlelaag, die normaal alleen capacitieve laadstroom en foutstroom draagt, en geaard wordt aan één of beide zijden afhankelijk van de gekozen afschermstrategie. Stalen draadwapening (zoals in de gids over pantserkabelwapening als beschermingsgeleider) kan als PE-geleider worden gebruikt maar is niet gedimensioneerd om ook normale belastingsnulstroom te dragen. De concentrische geleider in een PEN-kabel is opnieuw anders: het is de gecombineerde nul-en- beschermingsgeleider (PEN) voor het circuit, wat betekent dat deze de volledige onbalans-nulstroom draagt onder normale belastingscondities, naast het fungeren als aardfout-retourpad. De doorsnede wordt daarom gekozen als onderdeel van het elektrische ontwerp van de kabel om te passen bij de stroombelastbaarheidseisen van de fasegeleiders volgens IEC 60502-1, niet slechts gedimensioneerd als een foutafhandelingspad zoals een verbindingsgeleider dat zou zijn.

Implicaties voor dimensionering en doorgang

Omdat de concentrische geleider een echte werkende PEN-geleider is, wordt de doorsnede vermeld op het gegevensblad van de kabel naast de doorsnede van de fasegeleiders, en gereduceerde-doorsnede concentrische geleiders (kleiner dan de fasegeleiders) zijn alleen aanvaardbaar wanneer zowel de ontwerpstroom als het uithoudingsvermogen tegen foutstroom zijn geverifieerd voor de gereduceerde maat, conform de algemene dimensioneringsregels voor PEN-geleiders in NEN 1010 §543.4. Doorgangsmeting van de concentrische geleider over de volledige kabellengte, en bij elke mof en aansluiting, is geen optionele onderhoudshuishouding — het is een directe veiligheidseis, omdat een onderbreking in de concentrische geleider tegelijkertijd het nulretourpad en het aardfout-beschermingspad onderbreekt voor alles stroomafwaarts van dat punt, in tegenstelling tot een onderbreking in een scherm (die vooral EMC-/foutstroomgedrag beïnvloedt) of in een wapening-PE-geleider die parallel loopt aan een aparte nulgeleider.

Praktische relevantie

Bij werk aan NAYCWY/NYCWY-type aansluitkabels is het correct identificeren van de concentrische geleider als een dragende PEN-geleider — in plaats van deze te behandelen als een scherm dat veilig aan één zijde onaangesloten kan blijven om EMC-redenen, of als een wapening-PE-laag die alleen bij een fout van belang is — essentieel bij het kiezen van mofsets, bij aard-/verbindingsverificatie bij de meterkast, en bij periodieke inspectie waarbij doorgang en doorsnede-integriteit van de concentrische laag moeten worden bevestigd in plaats van aangenomen op basis van alleen de kabeltype-aanduiding.

Veelgemaakte fouten

1. De concentrische geleider behandelen als een EMC-scherm en deze aan één zijde onaangesloten laten "om aardlussen te voorkomen", wat de PEN-functie doorbreekt waarvan de installatie daadwerkelijk afhankelijk is voor nulstroomretour en aardfoutbescherming.
2. Aannemen dat de doorsnede van de concentrische geleider altijd gelijk is aan de doorsnede van de fasegeleiders zonder het specifieke gegevensblad van de kabel te controleren, terwijl varianten met gereduceerde doorsnede bestaan met andere stroombelastbaarheids- en foutstroomgrenzen.
3. Doorgangsverificatie van de concentrische geleider bij moffen en aansluitingen overslaan, in de veronderstelling dat "het net als wapening is" en alleen bij een fout van belang is, terwijl deze in werkelijkheid ook continue nulstroom draagt tijdens normaal bedrijf.
4. Het golfpatroon verwarren met gewone verdraaiing, waarbij over het hoofd wordt gezien dat het golfpatroon specifiek bestaat om mechanische flexibiliteit voor de concentrische laag te bieden, wat de reparatie- en moftechniek beïnvloedt ten opzichte van een recht gelegde concentrische of gevlochten scherm.

Gerelateerd

• Pantserkabel — wapening als beschermingsgeleider
• Kabelschermaarding — enkelzijdig versus tweezijdig
• Kabelweerstand en -reactantie (R/X)-waarden — spanningsvalberekening
• Kabeldraagsysteem aarding/bonding — metalen kabelgoten