Стальная броня кабеля как защитный проводник — почему сечение самой брони нужно проверять отдельно

Гид об одножильных кабелях и вихревых токах в стальной гермопанели рассматривает, почему одножильный бронированный кабель не рекомендуется для переменного тока из-за нагрева от вихревых токов в стальной броне. Эта статья рассматривает другой, часто задаваемый вопрос о той же броне: может ли стальная броня многожильного бронированного кабеля служить защитным проводником, и если да, то при каких условиях.

Броня как защитный проводник допустима, но не автоматически

Многожильный бронированный кабель (например, ВБШв) имеет стальную проволочную или ленточную броню, охватывающую весь кабель. У многожильного кабеля — в отличие от одножильного — вихретоковой проблемы нет, поскольку броня охватывает все фазные проводники и нейтраль вместе, а результирующий магнитный поток через броню при сбалансированной нагрузке близок к нулю. Поэтому броня в принципе может служить защитным проводником (PE) или его частью, подобно экрану кабеля, используемому как совмещённый экран-и-защитный-проводник (см. также гид о заземлении экрана кабеля для сходного вопроса применительно к экранам, а не к броне). Однако это не происходит автоматически: §543.1 (IEC 60364-5-54) требует, чтобы любой проводник, служащий защитным, был проверен — либо расчётом по адиабатическому методу, либо испытанием — на достаточность сечения для ожидаемого тока замыкания на землю и времени отключения.

Почему k-фактор стали — суть проблемы

Адиабатическая формула (§543.1.2) имеет вид S = √(I²·t) / k, где k — материальная константа, отражающая теплоёмкость проводника и допустимое повышение температуры. Для медных защитных проводников k обычно лежит в диапазоне примерно от 115 до 143, в зависимости от типа изоляции и контакта проводника с изоляционным материалом. Для стали k-фактор значительно ниже — сталь обладает меньшей объёмной теплоёмкостью относительно своей проводимости и более высоким удельным сопротивлением, чем медь. В результате стальная броня с внешне внушительным сечением фактически обладает значительно меньшей защитной способностью, чем медный проводник сопоставимого сечения, при одинаковом токе замыкания на землю и времени отключения. Поэтому сечение брони необходимо явно рассчитывать или проверять испытанием, а не предполагать по видимому размеру проволок брони.

Кабельный ввод: одновременно механический и электрический узел

Второе условие — правильная заделка брони на каждом вводе кабеля. Подходящий кабельный ввод для бронированного кабеля (например, ввод с зажимным кольцом и уплотнительной шайбой, специально предназначенный для бронированного кабеля) механически зажимает проволоки брони между внутренним и внешним компонентом и одновременно обеспечивает электрический контакт между бронёй и металлическим корпусом или заземляющей клеммой. Если вместо этого используется обычный кабельный ввод, уплотняющий только внешнюю оболочку, броня оказывается механически присутствующей, но ненадёжно соединённой электрически — в результате броня фактически не образует пригодного защитного проводника, независимо от рассчитанного сечения. В месте муфты или ответвления должна сохраняться та же непрерывность, например с помощью заземляющей плетёнки, перемыкающей броню по обе стороны муфты.

Практическая значимость

При оценке существующей установки, где броня служит единственным защитным проводником — без отдельной зелёно-жёлтой жилы — необходимо проверить, что (1) вводы с обеих сторон подходят для бронированного кабеля и действительно зажимают броню, (2) сечение брони проверено относительно тока замыкания на землю и времени отключения данной группы с использованием правильного k-фактора для стали (см. также гид о защите от короткого замыкания о связи между временем отключения и характеристикой защитного аппарата), и (3) непрерывность присутствует в каждой муфте или ответвлении. Если хотя бы один из этих элементов отсутствует, вместо опоры на броню необходимо проложить отдельный защитный проводник (см. также гид о выборе сечения защитного проводника об общих правилах выбора сечения).

Частые ошибки

1. Предположение, что броня подходит в качестве защитного проводника без расчёта её сечения с k-фактором для стали — номинальное сечение проволок брони само по себе ничего не говорит о защитной способности.
2. Использование обычного кабельного ввода вместо ввода для бронированного кабеля, из-за чего броня механически присутствует, но ненадёжно соединена электрически.
3. Отсутствие непрерывности в месте муфты или ответвления, из-за чего защитный проводник фактически прерывается в этой точке.
4. Отношение к броне одножильного кабеля так же, как к броне многожильного, тогда как для одножильного кабеля доминирующей проблемой является именно нагрев от вихревых токов (см. гид об одножильных кабелях и вихревых токах).

См. также

• Одножильные кабели и вихревые токи в стальной гермопанели
• Заземление экрана кабеля — одностороннее или двустороннее
• Защита от короткого замыкания §434
• Выбор сечения защитного проводника