Концентрические (PEN) кабели — волнообразный концентрический проводник как совмещённый ноль-и-земля, и почему это не экран

Гид по броне кабеля как защитному проводнику описывает использование стальной проволочной брони в качестве проводника PE, а гид по заземлению экрана кабеля описывает заземление металлического экрана с одной или двух сторон. Эта статья посвящена конструкции, которая внешне похожа, но функционально служит иной цели: концентрический проводник, встречающийся на нидерландских подземных низковольтных вводных кабелях, обычно обозначаемых NAYCWY или NYCWY, где "C" указывает на концентрический проводник, а "W" — на его характерную волнообразную (golf) форму.

Что представляет собой концентрический проводник на самом деле

Вокруг изолированной фазной жилы (жил) концентрического кабеля наносится слой медных проволок не прямо вдоль оси кабеля и не в виде простой спиральной обмотки, а спрессованный в волновой узор: каждая проволока следует синусоидальному пути вокруг окружности, двигаясь вдоль длины кабеля. Эта волновая форма выбрана намеренно — она придаёт слою концентрического проводника значительную продольную эластичность, так что при изгибе, натяжении кабеля или при тепловом расширении и сжатии в течение срока службы концентрические проволоки могут изгибаться без наклёпа и усталостного растрескивания, как это происходило бы у прямого или туго намотанного спирального слоя. Волнообразный концентрический проводник располагается под наружной оболочкой из ПВХ или ПЭ и рассчитан на непрерывную передачу полного совмещённого нулевого-и-защитного (PEN) рабочего тока, а не только кратковременного тока короткого замыкания.

Почему он функционирует как проводник PEN, а не как экран

Это момент, который легче всего спутать с экраном кабеля или слоем брони, используемым как PE: экран (как в гиде по заземлению экрана кабеля) — это прежде всего электромагнитный/электростатический управляющий слой, обычно несущий только ёмкостный зарядный ток и ток повреждения, и заземляемый с одной или обеих сторон в зависимости от выбранной стратегии экранирования. Стальная проволочная броня (как в гиде по броне кабеля как защитному проводнику) может использоваться как проводник PE, но не рассчитана на передачу также обычного нагрузочного нулевого тока. Концентрический проводник в PEN-кабеле отличается снова: это совмещённый нулевой-и-защитный (PEN) проводник для цепи, что означает, что он несёт полный небалансный нулевой ток при нормальных условиях нагрузки в дополнение к функции пути возврата при замыкании на землю. Его сечение поэтому выбирается как часть электрического расчёта кабеля в соответствии с требованиями к токонесущей способности фазных проводников по IEC 60502-1, а не просто рассчитывается как путь для отключения повреждения, как это было бы для уравнивающего проводника.

Последствия для выбора сечения и проверки целостности

Поскольку концентрический проводник является настоящим рабочим проводником PEN, его сечение указывается в паспорте кабеля рядом с сечением фазных проводников, а концентрические проводники уменьшенного сечения (меньше фазных проводников) допустимы только там, где и расчётный ток, и стойкость к току повреждения были проверены для уменьшенного сечения, в соответствии с общими правилами выбора сечения проводника PEN в NEN 1010 §543.4. Проверка целостности концентрического проводника по всей длине кабеля и в каждой муфте и на каждой оконцовке — это не факультативная процедура обслуживания, а прямое требование безопасности, потому что обрыв концентрического проводника одновременно прерывает путь возврата нулевого тока и путь защиты от замыкания на землю для всего, что находится ниже по цепи от этой точки, в отличие от обрыва экрана (который в основном влияет на поведение при ЭМС/токе повреждения) или обрыва брони-проводника PE, проложенного параллельно с отдельным нулевым проводником.

Практическая значимость

При работе с вводными кабелями типа NAYCWY/NYCWY правильная идентификация концентрического проводника как несущего нагрузку проводника PEN — вместо того чтобы рассматривать его как экран, который можно безопасно оставить неподключённым с одной стороны по соображениям ЭМС, или как слой брони-PE, важный только при повреждении, — необходима при выборе комплектов муфт, при проверке заземления/уравнивания у счётчикового шкафа и при периодическом осмотре, когда целостность и сохранность сечения концентрического слоя должны быть подтверждены, а не приняты на веру только по обозначению типа кабеля.

Частые ошибки

1. Отношение к концентрическому проводнику как к экрану ЭМС и оставление его неподключённым с одной стороны "во избежание контуров заземления", что нарушает функцию PEN, от которой установка фактически зависит для возврата нулевого тока и защиты от замыкания на землю.
2. Предположение, что сечение концентрического проводника всегда равно сечению фазных проводников без проверки конкретного паспорта кабеля, тогда как существуют варианты с уменьшенным сечением, имеющие иные ограничения по токонесущей способности и стойкости к повреждению.
3. Пропуск проверки целостности концентрического проводника в муфтах и оконцовках, исходя из предположения, что "это как броня" и важно только при повреждении, тогда как на самом деле он также несёт непрерывный нулевой ток при нормальной работе.
4. Путаница волнового (golf) узора с обычной свивкой, при этом упускается, что волновой узор существует специально для придания механической гибкости концентрическому слою, что влияет на технику ремонта и муфтования по сравнению с прямо уложенным концентрическим или плетёным экраном.

Связанные материалы

• Бронированный кабель — броня как защитный проводник
• Заземление экрана кабеля — с одной стороны или с двух сторон
• Сопротивление и реактивное сопротивление кабеля (R/X) — расчёт падения напряжения
• Заземление/уравнивание кабельных лотков — металлические кабельные лотки