Stromkabel - Power cable

Ein Stromkabel ist ein elektrisches Kabel , eine Baugruppe aus einem oder mehreren elektrischen Leitern , die normalerweise mit einem Gesamtmantel zusammengehalten werden. Die Baugruppe dient zur Übertragung von elektrischer Energie . Stromkabel können als permanente Verkabelung in Gebäuden installiert , im Boden vergraben, über Kopf verlegt oder freigelegt werden. Energiekabel, die in thermoplastischen Ummantelungen gebündelt sind und dazu bestimmt sind, innerhalb eines Gebäudes geführt zu werden, werden als NM-B (nichtmetallisch ummantelte Gebäudekabel) bezeichnet.

Ein USB-C -Stromkabel.

Flexible Stromkabel werden für tragbare Geräte, mobile Werkzeuge und Maschinen verwendet.

Geschichte

Das erste von Thomas Edison 1882 in New York City entwickelte Stromverteilungssystem verwendete Kupferstäbe , die in Jute gewickelt und in starren Rohren mit einer Bitumenmasse gefüllt waren . Obwohl vulkanisierter Kautschuk 1844 von Charles Goodyear patentiert wurde, wurde er erst in den 1880er Jahren zur Kabelisolierung verwendet, als er für Beleuchtungsstromkreise verwendet wurde. Gummiisolierte Kabel wurden 1897 für 11.000-Volt-Stromkreise verwendet, die für das Energieprojekt Niagara Falls installiert wurden .

Massenimprägnierte papierisolierte Mittelspannungskabel waren bis 1895 kommerziell praktikabel. Während des Zweiten Weltkriegs wurden verschiedene Arten von synthetischem Gummi und Polyethylenisolierung auf Kabel aufgebracht.

Der typische Wohn- und Bürobau in Nordamerika hat mehrere Technologien durchlaufen:

• Frühe blanke und mit Stoff überzogene Drähte, die mit Klammern installiert wurden
• Knopf- und Rohrverkabelung , 1880er-1930er Jahre, mit asphaltgetränktem Tuch oder späterer Gummiisolierung
• Panzerkabel, bekannt unter dem generischen Warenzeichen "BX" - flexibler Stahlmantel mit zwei stoffummantelten, gummiisolierten Leitern - 1906 eingeführt, aber teurer als offene Einzelleiter
• Gummiisolierte Drähte mit Mänteln aus gewebtem Baumwollgewebe (meist mit Teer imprägniert), Wachspapierfüller - eingeführt 1922
• Modernes zwei- oder dreiadriges + geerdetes PVC-isoliertes Kabel (zB NM-B), bekannt unter dem Handelsnamen "Romex" wird in den frühen 1920er Jahren erfunden
• Aluminiumdraht wurde in den 1960er und 1970er Jahren als billiger Ersatz für Kupfer verwendet und wird auch heute noch verwendet, aber dies gilt heute ohne ordnungsgemäße Installation aufgrund von Korrosion, Weichheit und Kriechen der Verbindung als unsicher.
• Asbest wurde in den 1920er bis 1970er Jahren als Isolator (Elektrizität) in einigen Gewebedrähten verwendet.
• Teck-Kabel , ein PVC-ummanteltes Panzerkabel

Konstruktion

Moderne Stromkabel gibt es in einer Vielzahl von Größen, Materialien und Typen, die jeweils speziell auf ihre Verwendung abgestimmt sind. Große einzelne isolierte Leiter werden in der Industrie manchmal auch als Stromkabel bezeichnet.

Kabel bestehen aus drei Hauptkomponenten: Leiter, Isolierung, Schutzmantel. Der Aufbau der einzelnen Kabel variiert je nach Anwendung. Die Konstruktion und das Material werden von drei Hauptfaktoren bestimmt:

• Arbeitsspannung, die die Dicke der Isolierung bestimmt;
• Strombelastbarkeit, die die Querschnittsgröße des Leiters/der Leiter bestimmt;
• Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Wasser, Chemikalien oder Sonneneinstrahlung sowie mechanische Einwirkungen bestimmen die Form und Zusammensetzung des äußeren Kabelmantels.

Kabel zur direkten Erdverlegung oder für freiliegende Installationen können auch eine Metallarmierung in Form von spiralförmig um das Kabel gewickelten Drähten oder ein darum gewickeltes Wellband enthalten. Die Panzerung kann aus Stahl oder Aluminium bestehen und soll, obwohl sie mit Erde verbunden ist, während des normalen Betriebs keinen Strom führen. Elektrische Stromkabel werden manchmal in Kabelkanälen installiert, einschließlich elektrischer Leitungen und Kabelrinnen, die einen oder mehrere Leiter enthalten können. Nichtmetallisch ummantelte Gebäudekabel (NM-B) bestehen für die Verwendung innerhalb eines Gebäudes aus zwei oder mehr Adern (plus einem Erdungsleiter), die von einem thermoplastischen Isoliermantel umgeben sind, der hitzebeständig ist. Es hat Vorteile gegenüber bewehrten Baukabeln, da es leichter und einfacher zu handhaben ist und seine Ummantelung einfacher zu verarbeiten ist.

Stromkabel verwenden verseilte Kupfer- oder Aluminiumleiter , obwohl kleine Stromkabel massive Leiter in Größen von bis zu 1/0 verwenden können. ( Eine ausführliche Erläuterung zu Kupferkabeln finden Sie unter: Kupferdraht und -kabel . ). Das Kabel kann nicht isolierte Leiter enthalten, die für den Neutralleiter des Stromkreises oder für den Erdungsanschluss verwendet werden. Der Erdungsleiter verbindet das Gehäuse/Chassis des Geräts zum Schutz vor Stromschlägen mit der Erde. Diese unisolierten Ausführungen sind als blanke Leiter oder verzinnte blanke Leiter bekannt. Die Gesamtanordnung kann rund oder flach sein. Der Anordnung können nichtleitende Fülllitzen hinzugefügt werden, um ihre Form beizubehalten. Füllmaterialien können bei Bedarf in nicht hygroskopischen Ausführungen hergestellt werden.

Spezialstromkabel für Überkopfanwendungen werden oft mit einer hochfesten Legierung, ACSR oder Alu-Weld-Messgerät verbunden. Dieses Kabel wird als Antennenkabel oder vorkonfektioniertes Antennenkabel (PAC) bezeichnet. PAC kann ohne Ummantelung bestellt werden, dies ist jedoch in den letzten Jahren aufgrund der geringen zusätzlichen Kosten für die Lieferung einer Polymerummantelung weniger verbreitet. Für vertikale Anwendungen kann das Kabel oben auf dem Mantel Armierungsdrähte aus Stahl oder Kevlar enthalten . Die Armierungsdrähte werden regelmäßig an Stützplatten befestigt, um das Gewicht des Kabels zu tragen. Auf jeder Etage des Gebäudes, Turms oder Bauwerks kann eine Stützplatte enthalten sein. Dieses Kabel würde als armiertes Steigkabel bezeichnet. Für kürzere vertikale Übergänge (vielleicht 30-150 Fuß) kann ein ungepanzertes Kabel in Verbindung mit Korbgriffen (Kellum) oder sogar speziell entwickelten Kanalstopfen verwendet werden.

Die Materialspezifikation für den Kabelmantel berücksichtigt häufig die Beständigkeit gegen Wasser, Öl, Sonnenlicht, Untergrundbedingungen, chemische Dämpfe, Stöße, Feuer oder hohe Temperaturen. Bei Anwendungen in der Nuklearindustrie kann das Kabel besondere Anforderungen an die Beständigkeit gegen ionisierende Strahlung stellen. Kabelmaterialien für eine Transportanwendung können so festgelegt werden, dass sie beim Verbrennen keine großen Rauchmengen erzeugen (niedriger Rauch, kein Halogen). Kabel, die für die direkte Erdverlegung bestimmt sind, müssen Schäden durch Verfüllung oder Eingraben berücksichtigen. HDPE- oder Polypropylenmäntel sind für diese Verwendung gebräuchlich. Kabel, die für U-Bahnen (unterirdische Gewölbe) bestimmt sind, können Öl, Feuerbeständigkeit oder geringe Rauchentwicklung als Priorität betrachten. Nur wenige Kabel verwenden heutzutage noch einen gesamten Bleimantel. Einige Versorgungsunternehmen können jedoch immer noch papierisolierte Kabel mit Kabelummantelung in Verteilerkreisen installieren. Übertragungs- oder Seekabel verwenden eher Bleiummantelungen. Blei ist jedoch rückläufig, und es gibt heute nur noch wenige Hersteller, die solche Artikel herstellen. Wenn Kabel an Orten verlegt werden müssen, die mechanischen Beschädigungen ausgesetzt sind (Industriestandorte), können sie mit flexiblem Stahlband oder Drahtarmierung geschützt werden, die auch mit einer wasserfesten Ummantelung bedeckt sein kann.

Ein Hybridkabel kann Leiter für Steuersignale oder auch Lichtwellenleiter für Daten enthalten.

Höhere Spannungen

Bei Stromkreisen, die bei oder über 2.000 Volt zwischen den Leitern arbeiten, umgibt eine leitfähige Abschirmung die Isolierung des Leiters. Dadurch wird die elektrische Belastung der Kabelisolierung ausgeglichen. Diese Technik wurde 1916 von Martin Hochstadter patentiert; der Schild wird manchmal Hochstädter Schild genannt. Neben der halbleitenden ("Semicon") Isolationsabschirmung gibt es auch eine Leiterabschirmung. Die Leiterabschirmung kann halbleitend oder nichtleitend sein. Allerdings stellt nur ein Kabelunternehmen nichtleitende Leiterschirme her. Der Zweck des Leiterschirms ist ähnlich dem des Isolationsschirms: Er ist ein Hohlraumfüller und ein Spannungsausgleicher.

Um Streuspannungen abzuleiten, wird eine metallische Abschirmung über das "Semicon" gelegt. Diese Abschirmung soll das Kabel "sicher machen", indem die Spannung an der Außenseite der Isolierung auf Null (oder zumindest unter die OSHA-Grenze von 50 Volt) gesenkt wird. Diese metallische Abschirmung kann aus einem dünnen Kupferband, konzentrischen Beilaufdrähten, flachen Bändern, Bleimantel oder anderen Konstruktionen bestehen. Die metallischen Abschirmungen eines Kabels sind an den Enden des Kabels und möglicherweise an Stellen entlang der Länge mit Erde verbunden, wenn ein Spannungsanstieg während eines Fehlers gefährlich wäre. Die Mehrpunkterdung ist die gebräuchlichste Art, die Abschirmung des Kabels zu erden. Einige spezielle Anwendungen erfordern Schirmunterbrechungen, um Kreisströme während des normalen Betriebs des Stromkreises zu begrenzen. Stromkreise mit Schirmunterbrechungen können ein- oder mehrpunktgeerdet sein. Besondere technische Situationen können eine Kreuzverklebung erforderlich machen.

Noch heute werden flüssigkeits- oder gasgefüllte Kabel in Verteilungs- und Übertragungssystemen eingesetzt. Kabel von 10 kV oder höher können mit Öl und Papier isoliert werden und werden in einem starren Stahlrohr, halbstarren Aluminium- oder Bleimantel verlegt. Bei höheren Spannungen kann das Öl unter Druck gehalten werden, um die Bildung von Hohlräumen zu vermeiden, die Teilentladungen innerhalb der Kabelisolierung ermöglichen würden.

Ein Hochspannungskabel ausgelegt für 400 kV. Der große Leiter in der Mitte führt den Strom, kleinere Leiter außen wirken als Schirm zum Ausgleich der Spannungsbelastung in der dicken Polyethylen-Isolationsschicht.

Flüssigkeitsgefüllte Kabel sind für eine extrem lange Lebensdauer mit geringen bis keinen Ausfällen bekannt. Leider sind Öllecks in Böden und Gewässer ein ernstes Problem, und die Wartung einer Flotte der benötigten Pumpstationen ist ein Segen für das O+M-Budget der meisten Energieversorger. Rohrkabel werden am Ende ihrer Lebensdauer trotz einer kürzeren zu erwartenden Lebensdauer häufig auf festisolierte Stromkreise umgestellt.

Moderne Hochspannungskabel verwenden Polyethylen oder andere Polymere, einschließlich XLPE zur Isolierung. Sie erfordern spezielle Techniken zum Verbinden und Konfektionieren, siehe Hochspannungskabel .

Flexibilität der Kabel (Verseilungsklasse)

Alle elektrischen Kabel sind einigermaßen flexibel, so dass sie auf Rollen, Trommeln oder Handspulen gewickelt an Montageorte transportiert werden können. Flexibilität ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der geeigneten Verseilklasse des Kabels, da sie sich direkt auf den Mindestbiegeradius auswirkt. Starkstromkabel haben im Allgemeinen die Verseilungsklasse A, B oder C. Diese Klassen ermöglichen es, das Kabel in eine endgültig installierte Position zu bringen, in der das Kabel im Allgemeinen nicht gestört wird. Klasse A, B und C bieten mehr Haltbarkeit, insbesondere beim Ziehen von Kabeln, und sind im Allgemeinen billiger. Energieversorger bestellen im Allgemeinen Litzen der Klasse B für Primär- und Sekundärspannungsanwendungen. Manchmal kann ein Mittelspannungskabel mit massivem Leiter verwendet werden, wenn Flexibilität keine Rolle spielt, aber niedrige Kosten und Wasserblockierung Priorität haben.

Bei Anwendungen, die ein wiederholtes Verschieben eines Kabels erfordern, wie beispielsweise für tragbare Geräte, werden flexiblere Kabel verwendet, die als "Cords" oder "Flex" bezeichnet werden (Verseilungsklasse GM). Flexible Schnüre enthalten feindrähtige Leiter, Seilschlag- oder Bündellitzen. Sie verfügen über Overalls mit entsprechenden Mengen an Füllstoffen, um ihre Flexibilität, Trainierbarkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Flexible Hochleistungs-Stromkabel, wie sie zum Beispiel eine Strebbohrmaschine speisen , sind sorgfältig konstruiert – ihre Lebensdauer wird in Wochen gemessen. Sehr flexible Stromkabel werden in automatisierten Maschinen, Robotik und Werkzeugmaschinen verwendet. Siehe Netzkabel und Verlängerungskabel für die weitere Beschreibung der flexible Stromkabel. Andere Arten von flexiblen Kabeln umfassen Twisted-Pair- , dehnbare, koaxiale , abgeschirmte und Kommunikationskabel.

Ein Röntgenkabel ist eine spezielle Art von flexiblen Hochspannungskabeln .

Siehe auch

Verweise