Stalowy pancerz kabla jako przewód ochronny — dlaczego przekrój samego pancerza trzeba sprawdzić osobno

Przewodnik o kablach jednożyłowych i prądach wirowych w stalowej płycie przepustowej omawia, dlaczego jednożyłowy kabel opancerzony jest odradzany dla prądu przemiennego ze względu na nagrzewanie od prądów wirowych w stalowym pancerzu. Ten artykuł omawia inne, często zadawane pytanie dotyczące tego samego pancerza: czy stalowy pancerz wielożyłowego kabla opancerzonego może pełnić funkcję przewodu ochronnego, a jeśli tak, to pod jakimi warunkami.

Pancerz jako przewód ochronny jest dopuszczalny, ale nie automatycznie

Kabel wielożyłowy opancerzony (np. YKY z pancerzem) ma stalowy pancerz drutowy lub taśmowy, który otacza cały kabel. Przy kablu wielożyłowym — w odróżnieniu od jednożyłowego — nie występuje problem prądów wirowych, ponieważ pancerz obejmuje wszystkie przewody fazowe i neutralny razem, a wypadkowy strumień magnetyczny przez pancerz przy zrównoważonym obciążeniu jest bliski zeru. Pancerz może zatem w zasadzie pełnić funkcję przewodu ochronnego (PE) lub jego części, podobnie jak ekran kabla stosowany jako połączony ekran-i-przewód-ochronny (zob. także przewodnik o uziemianiu ekranu kabla dla pokrewnego zagadnienia dotyczącego ekranów zamiast pancerza). Nie dzieje się to jednak automatycznie: §543.1 (IEC 60364-5-54) wymaga, aby każdy przewodnik pełniący funkcję ochronną był sprawdzony — bądź obliczeniem metodą adiabatyczną, bądź próbą — pod kątem wystarczającego przekroju dla spodziewanego prądu zwarcia doziemnego i czasu wyłączenia.

Dlaczego współczynnik k stali jest sednem problemu

Wzór adiabatyczny (§543.1.2) ma postać S = √(I²·t) / k, gdzie k jest stałą materiałową odzwierciedlającą pojemność cieplną przewodnika i dopuszczalny przyrost temperatury. Dla miedzianych przewodów ochronnych k mieści się zazwyczaj w zakresie od około 115 do 143, w zależności od rodzaju izolacji i tego, czy przewód styka się z materiałem izolacyjnym. Dla stali współczynnik k jest znacznie niższy — stal ma mniejszą objętościową pojemność cieplną w stosunku do swojej przewodności oraz wyższą rezystywność niż miedź. W efekcie stalowy pancerz o pozornie sporym przekroju ma jednak znacznie mniejszą efektywną zdolność ochronną niż przewód miedziany o porównywalnym przekroju, przy tym samym prądzie zwarcia doziemnego i czasie wyłączenia. Przekrój pancerza trzeba więc jednoznacznie obliczyć lub sprawdzić próbą — a nie zakładać na podstawie widocznego rozmiaru drutów pancerza.

Dławik: jednocześnie węzeł mechaniczny i elektryczny

Drugim warunkiem jest prawidłowe zakończenie pancerza przy każdym wprowadzeniu kabla. Odpowiedni dławik do kabli opancerzonych (np. dławik z pierścieniem zaciskowym i podkładką uszczelniającą, zaprojektowany specjalnie do kabli opancerzonych) mechanicznie zaciska druty pancerza między elementem wewnętrznym a zewnętrznym i jednocześnie zapewnia kontakt elektryczny między pancerzem a metalową obudową lub zaciskiem uziemiającym. Jeśli zamiast tego użyty zostanie zwykły dławik kablowy, uszczelniający jedynie zewnętrzny płaszcz, pancerz jest wprawdzie obecny mechanicznie, ale nie jest niezawodnie połączony elektrycznie — w efekcie pancerz nie tworzy w rzeczywistości użytecznego przewodu ochronnego, niezależnie od obliczonego przekroju. W miejscu mufy lub odgałęzienia musi być zachowana ta sama ciągłość, np. za pomocą splotu uziemiającego mostkującego pancerz po obu stronach mufy.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie istniejącej instalacji, w której pancerz pełni funkcję jedynego przewodu ochronnego — bez osobnej żyły żółto-zielonej — należy sprawdzić, że (1) dławiki po obu stronach są odpowiednie dla kabla opancerzonego i rzeczywiście zaciskają pancerz, (2) przekrój pancerza został sprawdzony względem prądu zwarcia doziemnego i czasu wyłączenia danego obwodu przy użyciu prawidłowego współczynnika k dla stali (zob. także przewodnik o zabezpieczeniu zwarciowym dotyczący związku między czasem wyłączenia a charakterystyką urządzenia zabezpieczającego), oraz (3) ciągłość jest zachowana w każdej mufie lub odgałęzieniu. Jeśli brakuje któregoś z tych elementów, zamiast polegać na pancerzu należy zainstalować osobny przewód ochronny (zob. także przewodnik o doborze przekroju przewodu ochronnego dotyczący ogólnych zasad doboru przekroju).

Częste błędy

1. Zakładanie, że pancerz nadaje się jako przewód ochronny bez obliczenia jego przekroju ze współczynnikiem k dla stali — nominalny przekrój drutów pancerza sam w sobie nic nie mówi o zdolności ochronnej.
2. Stosowanie zwykłego dławika kablowego zamiast dławika do kabli opancerzonych, przez co pancerz jest obecny mechanicznie, ale nie jest niezawodnie połączony elektrycznie.
3. Brak zapewnienia ciągłości w miejscu mufy lub odgałęzienia, przez co przewód ochronny jest w tym miejscu faktycznie przerwany.
4. Traktowanie pancerza kabla jednożyłowego tak samo jak pancerza kabla wielożyłowego, podczas gdy dla kabla jednożyłowego dominującym problemem jest właśnie nagrzewanie od prądów wirowych (zob. przewodnik o kablach jednożyłowych i prądach wirowych).

Zobacz również

• Kable jednożyłowe i prądy wirowe w stalowej płycie przepustowej
• Uziemianie ekranu kabla — jednostronne czy dwustronne
• Zabezpieczenie zwarciowe §434
• Dobór przekroju przewodu ochronnego