Enkelader-kabels door een stalen doorvoerplaat — waarom alle geleiders van één groep samen door hetzelfde gat moeten

De gids over kabelscherm aarden behandelt hoe het scherm van een kabel wordt geaard. Dit artikel gaat over een ander, minder bekend fysisch effect dat specifiek optreedt bij enkelader-kabels (kabels met één ader per kabelmantel) in een wisselstroomcircuit: wervelstroomverwarming in ferromagnetisch materiaal rondom de geleiders, en de installatie-eis die dit effect moet voorkomen.

Het onderliggende effect

Een wisselstroom door een geleider wekt een wisselend magnetisch veld op. Bij een drie- of meerfasencircuit met evenwichtige belasting heffen de magnetische velden van de afzonderlijke fasegeleiders elkaar grotendeels op, mits alle geleiders van dat circuit samen door hetzelfde ferromagnetische materiaal (staal) lopen. Gaan de geleiders van één circuit echter afzonderlijk door apart geboorde gaten in een stalen doorvoerplaat, kabelwerk of mantelbuis, dan blijft er per geleider een netto wisselend magnetisch veld over dat in het omringende staal wervelstromen induceert — met lokale verhitting van dat staal tot gevolg, onafhankelijk van de belasting van de kabel zelf.

De installatie-eis: gezamenlijk door dezelfde opening

§521.5 (IEC 60364-5-52) eist daarom dat waar geleiders van een wisselstroomcircuit door een ferromagnetische wand of plaat gaan, alle geleiders van dat circuit — inclusief de beschermingsgeleider — gezamenlijk door dezelfde opening worden gevoerd, zodat ze gezamenlijk door hetzelfde stuk staal omringd worden in plaats van individueel. Dit geldt voor:

• een stalen doorvoerplaat van een schakelkast waar meerdere enkelader-kabels doorheen worden gevoerd;
• een stalen mantelbuis of wapening waar de af- en retourgeleider van hetzelfde circuit doorheen lopen;
• elke andere ferromagnetische omhulling die een deel van een circuit omsluit zonder de rest van datzelfde circuit.

Een niet-magnetische doorvoerplaat (aluminium, kunststof, messing) heeft dit probleem niet en is voor die reden vaak de eenvoudigere oplossing bij een nieuwe installatie met meerdere enkelader-kabels.

Waarom enkelader-kabels met stalen pantser niet worden gebruikt bij wisselstroom

Hetzelfde principe verklaart waarom een enkelader-kabel met stalen draad- of bandpantser niet wordt toegepast in een wisselstroomcircuit: het pantser van die ene kabel omringt slechts één geleider en vormt daarmee zelf de ferromagnetische omhulling die wervelstroomverwarming veroorzaakt — onafhankelijk van enige doorvoerplaat verderop in het tracé. Voor een enkelader-toepassing waarbij mechanische pantsering gewenst is, wordt daarom aluminium pantser aanbevolen, dat niet ferromagnetisch is en dit effect niet vertoont. Bij een meeraderige kabel (alle fasen in één mantel) speelt dit niet, omdat het pantser dan als geheel om alle geleiders van het circuit heen ligt — vergelijkbaar met de eis voor een gezamenlijke doorvoerplaat hierboven.

Praktische relevantie

Bij het ontwerpen of beoordelen van een kabelinvoer in een stalen schakelkast, verdeelinrichting of bouwkundige wand met meerdere enkelader-kabels moet worden gecontroleerd of alle geleiders van hetzelfde circuit door één gezamenlijke opening gaan — niet elk door een eigen, los geboord gat — en of een eventueel toegepast pantser op een enkelader-kabel van niet-ferromagnetisch materiaal is. Een schakelkast die ongewoon warm aanvoelt ter hoogte van een stalen doorvoerplaat, zonder dat de kabels zelf overbelast zijn, is een praktisch signaal voor dit effect.

Veelgemaakte fouten

1. Elke enkelader-kabel van een circuit door een eigen, apart geboord gat in een stalen doorvoerplaat voeren in plaats van gezamenlijk door één opening.
2. Een enkelader-kabel met stalen draad- of bandpantser gebruiken in een wisselstroomcircuit, met wervelstroomverwarming van het pantser zelf tot gevolg.
3. Onverklaarde lokale verhitting van een stalen doorvoerplaat of kabelwerk toeschrijven aan overbelasting van de kabels, terwijl de werkelijke oorzaak wervelstroom is door gescheiden doorvoering van geleiders van hetzelfde circuit.
4. Een niet-magnetische doorvoerplaat vervangen door een stalen variant (bijvoorbeeld bij een reparatie) zonder de gezamenlijke- opening-eis opnieuw te borgen.

Gerelateerd

• Kabelscherm aarden — enkelzijdig of tweezijdig
• Geleiderklassen — IEC 60228 klasse 1-6
• Pantserkabel — wapening als beschermingsgeleider
• Busbar / stroomrailsystemen