Kabel s jednim vodičem: vrste, upotreba i vodič za odabir

A jednožilni kabel sastoji se od jednog električnog vodiča - bilo čvrstog ili upletenog - okruženog izolacijom i, u mnogim slučajevima, vanjskim omotačem ili omotačem. To je najosnovnija jedinica za ožičenje koja se koristi u električnim sustavima, od kućnih granskih krugova do napajanja industrijskih motora. Razumijevanje kako radi, gdje se primjenjuje i kako se uspoređuje s alternativama s više vodiča bitno je za svakoga tko specificira, postavlja ili održava električno ožičenje.

Zaključak: jednožilni kabeli najbolji su izbor kada su fleksibilnost usmjeravanja, veliki kapacitet struje po vodiču ili prilagođeni rasporedi krugova najvažniji. Omogućuju neovisno provođenje svake žice, što ih čini idealnim za instalacije cjevovoda, velike dovode struje i primjene gdje se vodiči moraju odvojiti zbog toplinskih ili naponskih razloga.

Što je jednožilni kabel?

Kabel s jednim vodičem nosi točno jedan put kojim teče struja. Sam vodič obično je bakar ili aluminij, izgrađen u jednom od dva fizička oblika:

• Čvrsti vodič — jedna, neprekinuta žica. Uobičajeno u manjim promjerima (AWG 14 do AWG 10) koji se koriste za fiksno stambeno ožičenje.
• Žični vodič — više tankih žica upletenih zajedno, poboljšavajući fleksibilnost. Koristi se u većim promjerima (AWG 8 i više) i gdje god se kabel mora savijati ili saviti tijekom instalacije.

Izolacijski sloj — obično THHN, XHHW ili USE-2 — određuje nazivni napon kabela, nazivnu temperaturu i je li prikladan za mokro, suho ili okruženje s izravnim ukopavanjem. Materijali plašta kao što su PVC, najlon ili umreženi polietilen (XLPE) dodaju mehaničku zaštitu i dodatno definiraju raspon primjene.

Veličina i strujna snaga vodiča

Promjer žice izravno određuje koliko struje kabel s jednim vodičem može sigurno prenijeti. Tablica u nastavku prikazuje NEC-standardne vrijednosti struje za bakrene THHN vodiče u cjevovodu na 75°C, što predstavlja najčešći scenarij instalacije u komercijalnim i industrijskim postavkama.

Uobičajene vrste izolacije i njihove vrijednosti

Vrsta izolacije otisnuta na kabelu s jednim vodičem nije samo oznaka — ona definira svako okruženje u koje kabel može zakonito i sigurno ući. Neusklađenost izolacije s okolinom jedna je od najčešćih pogrešaka u ožičenju na terenu.

THHN / THWN-2

Najrasprostranjenija izolacija jednog vodiča u Sjevernoj Americi. THHN je ocijenjen za suhe prostore do 90°C; THWN-2 proširuje tu ocjenu na vlažna mjesta. Najlonski vanjski premaz otporan je na ulje, benzin i fizičku abraziju. To je standardni izbor za komercijalno ožičenje vodova i prodaje ga gotovo svaki dobavljač električne energije.

XHHW-2

Izolacija od umreženog polietilena ocijenjena na 90°C i u mokrim i u suhim uvjetima. XHHW-2 podnosi više temperature bolje od izolacije na bazi PVC-a i uobičajen je u strujnim krugovima industrijskih motora, solarnim fotonaponskim ožičenjima (kao USE-2/RHW-2) i instalacijama gdje je kruženje topline problem. Njegova dielektrična čvrstoća također ga čini preferiranim odabirom za srednjenaponske primjene.

UPORABA-2 / RHW-2

Ocijenjen za podzemni servisni ulaz i izravno ukopavanje, USE-2 tolerira vlagu tla i izloženost UV zračenju. To je kodeksom obavezna izolacija za fotonaponske izvore i izlazne krugove koji se izvode izvan cijevi, ocijenjeni na 600 V i 90°C mokro. Mnogi kabeli su dvojno navedeni kao USE-2/RHW-2, što im daje odobrenje za podzemne i instalacijske instalacije.

TFFN / TFN

Manji savitljivi vodiči (AWG 18–16) s termoplastičnom izolacijom i najlonskim omotačem. Koristi se unutar svjetiljki, rasvjetnih tijela i ožičenja uređaja gdje vodič mora stati u uske prostore i izdržati toplinu koju emitira uređaj.

Jednožilni kabel u odnosu na višežilni kabel

Odabir između jednožilnog i višežilnog kabela rijetko je samo troškovna odluka — uključuje način instalacije, zahtjeve fleksibilnosti, složenost kruga i pristup dugoročnom održavanju.

U praksi, jednožilni kabels dominate large commercial and industrial power distribution , dok se višežilni kabeli preferiraju za kontrolno ožičenje, instrumentaciju i stambene NM (u stilu Romex) krugove gdje je brzina instalacije važnija od fleksibilnosti usmjeravanja.

Ključne primjene jednožilnog kabela

Servisni ulaz i strujni krugovi

Ulazni vodiči koji povezuju pomoćni transformator s glavnom pločom su gotovo uvijek pojedinačni vodiči. Za stambenu uslugu od 400 A, na primjer, četiri pojedinačna vodiča - dva neuzemljena vruća, neutralni i uzemljenje - provlače se kroz ulazni vod za servis. Na ovoj trenutnoj razini, jedan kabel od 400 A bio bi fizički nezgrapan; trčanje dva seta paralelnih 3/0 AWG vodiča po fazi postizanje istog kapaciteta standardna je praksa i lakše ju je rukovati na gradilištu.

Strujni krugovi motora

NFPA 70 (NEC) Članak 430 regulira ožičenje motora, a pojedinačni vodiči u cjevovodu zadani su za motore iznad 1 HP u komercijalnim i industrijskim okruženjima. Trofazni motor od 100 KS, 480 V koji troši približno 124 A struje punog opterećenja zahtijeva vodiče veličine 125% kapaciteta punog opterećenja prema NEC 430.22 — obično 2 AWG bakreni THHN u ovom primjeru. Provođenje tri pojedinačna vodiča kroz EMT ili krutu cijev omogućuje da se svaki neovisno zamijeni ako je oštećen.

Solarni PV sustavi

Fotonaponske instalacije uvelike se oslanjaju na jednožilni USE-2 ili PV žicu za spajanje panela. Ovi kabeli moraju izdržati vanjsko izlaganje UV zračenju, česte toplinske cikluse između -40°C i 90°C, i — u slučaju string inverterskih sustava — istosmjerne napone do 1500 V. PV Wire ima posebno debeo izolacijski zid otporan na sunčevu svjetlost kako bi zadovoljio ove zahtjeve, dok bi standardni THHN prerano otkazao u istom okruženju.

Instalacije kabelskih polica

U industrijskim pogonima i podatkovnim centrima, nosači kabela koriste se za upravljanje desecima strujnih krugova duž dugih vodoravnih linija. Pojedinačni vodiči s oznakom TC (kabel u nosaču) ili XHHW-2 mogu se položiti u otvoreni nosač bez cijevi, čime se značajno smanjuju troškovi materijala. Članak 392 NEC-a regulira zahtjeve za punjenje — ladica u obliku ljestvi može nositi pojedinačne vodiče veličine do 1000 kcmil bez kućišta, pod uvjetom da se poštuju pravila o razmaku i smanjenju struje.

Distribucija visokog i srednjeg napona

Na distribucijskim naponima (5 kV do 35 kV), kabeli su gotovo isključivo jednožilni s oklopom od poluvodičkog vodiča, izolacijom od umreženog polietilena, oklopom od metalne trake i cjelokupnim omotačem. Svaka faza izvodi se kao zasebni kabel zbog sigurnosnih i električnih razloga — odvajanje faza smanjuje rizik od višefaznih kvarova i pojednostavljuje spajanje i završavanje.

Instalacije paralelnih vodiča

Kada jedan vodič dovoljne veličine postane prevelik za rukovanje ili nije komercijalno dostupan, NEC Odjeljak 310.10(H) dopušta paralelno spajanje — istovremeno pokretanje dva ili više vodiča po fazi. Paraleliranje je dopušteno samo za vodiče 1/0 AWG i veće , a svi vodiči u paralelnom nizu moraju biti identični u materijalu, veličini, vrsti izolacije i duljini.

Praktičan primjer: napajanje razvodne ploče od 1200 A koje koristi 500 kcmil bakra THHN (ocijenjeno 380 A na 75 °C) zahtijeva četiri vodiča po fazi rade paralelno, ukupno 12 strujnih vodiča plus neutralne i uzemljene. Izračuni punjenja vodova i smanjenja toplinske snage postaju kritični na ovoj razini.

Neodgovarajuće paralelne instalacije — neusklađene duljine ili različiti materijali vodova (čelik naspram PVC-a) za svaki set — uzrokuju neravnotežu struje između paralelnih vodiča, što dovodi do pregrijavanja vodiča koji nosi prekomjernu struju čak i kada se čini da je kombinirana jačina struje odgovarajuća.

Kontrolni popis za odabir: Odabir pravog jednožilnog kabela

Prije određivanja kabela s jednim vodičem, sustavno proučite ove faktore:

1. Nazivni napon — 600V za standardno ožičenje napajanja; 1000 V za PV sustave; veći za distribuciju srednjeg napona.
2. Temperaturna ocjena — Uskladite s najvišom temperaturom okoline ili radnom temperaturom na koju će kabel naići. Koristite izolaciju s oznakom 90°C kada se očekuje smanjenje snage.
3. okoliš — Mokro, suho, izravno ukopavanje, izloženo sunčevoj svjetlosti, otporno na kemikalije? Svaki uvjet eliminira određene vrste izolacije.
4. Materijal vodiča — Bakar nudi veću vodljivost i lakše se završava. Aluminij je lakši i jeftiniji po amperu pri većim veličinama (4 AWG i više), ali zahtijeva antioksidansnu smjesu i odgovarajuće ušice.
5. Ispuna vodova — Tablice NEC poglavlja 9 ograničavaju koliko vodiča stane u danu veličinu cijevi. Prekoračenje ograničenja punjenja onemogućuje povlačenje i stvara prekomjernu toplinu.
6. Smanjenje jačine struje — Primijenite faktore korekcije NEC 310.15 za povišene temperature okoline i ispunite cijev s više od tri vodiča s strujom.
7. Zahtjev za fleksibilnost — Fiksni vodovi mogu koristiti čvrste vodiče malih promjera; svako savijanje ili kretanje u službi zahtijeva nasukani.

Najbolje prakse instalacije

Čak će i pravilno specificirani jednožilni kabel prerano otkazati ili stvoriti sigurnosnu opasnost ako se nepažljivo instalira. Najdosljednije prakse koje treba slijediti uključuju:

• Pridržavajte se minimalnog radijusa savijanja — Tipično 8x do 12x ukupnog promjera kabela za energetske kabele. Prekoračenje toga dovodi do savijanja vodiča i pucanja izolacije.
• Koristite lubrikant za povlačenje — Osobito u dugim cjevovodima ili stazama s više zavoja. Prekoračenje maksimalne vučne napetosti kabela (izračunato na temelju poprečnog presjeka vodiča i geometrije cijevi) može rastegnuti ili razdvojiti niti.
• Držite paralelne setove u istom kanalu — Za trofazne paralelne tokove, postavljanje svih vodiča iz skupa u isti vod minimizira induktivnu neravnotežu. Ako su potrebni zasebni vodovi, koristite nemagnetske (PVC ili aluminijske) vodove za svaki cijeli set kako biste izbjegli magnetsko zagrijavanje.
• Završeci zakretnog momenta prema spec — Ušice s nedovoljno zategnutim momentom povećavaju kontaktni otpor i uzrokuju pregrijavanje. Pretjerano zategnuti spojevi pucaju u žice vodiča. Uvijek slijedite specifikaciju zakretnog momenta proizvođača ušice, koja je obično otisnuta na ušici ili u njenom podatkovnom listu.
• Označite oba kraja — U sustavima vodova s mnogo pojedinačnih vodiča, jasno označavanje faza i krugova na razvodnim kutijama i pločama sprječava pogrešno ožičenje tijekom puštanja u pogon i održavanja.

Bakar naspram aluminijskih pojedinačnih vodiča

Aluminijski vodiči često su pogrešno shvaćeni. Problemi povezani s aluminijskim ožičenjem 1960-ih i 1970-ih bili su specifični za aluminij malog promjera (AWG 12–14) koji se koristio s završecima dizajniranim za bakar. Moderni aluminijski jednostruki vodiči u veličinama 1 AWG i većim, završeni navedenim aluminijskim papučicama i antioksidativnim spojem, rade pouzdano i sukladni su kodeksu.

Za napajanje od 400 A, aluminij XHHW-2 od 500 kcmil košta otprilike 30–40% manje po stopi od ekvivalentnog bakra , a manja težina aluminija smanjuje napetost cijevi i pojednostavljuje rukovanje velikim kolutima. Kompromis je dvije veličine žice veće od bakrene za ekvivalentnu jačinu struje — aluminijski vodič od 500 kcmil nosi približno istu struju kao bakreni vodič od 350 kcmil, što utječe na veličinu cijevi.