Kabel zasilający >= 1 kV, do instalacji stałych

Kable zasilające o napięciu znamionowym 1 kV i wyższym stanowią fundamentalny element infrastruktury przesyłowej i dystrybucyjnej energii elektrycznej. To nie są zwykłe przewody; to zaawansowane technologicznie konstrukcje inżynierskie, zaprojektowane do niezawodnego i bezpiecznego transportu dużych mocy na znaczne odległości. Przeznaczone do instalacji stałych – najczęściej układane bezpośrednio w ziemi lub w kanałach kablowych – tworzą podziemne arterie zasilające stacje transformatorowe, zakłady przemysłowe, farmy wiatrowe oraz całe osiedla i miasta. Ich budowa i parametry muszą sprostać olbrzymim wyzwaniom, jakie stawia praca przy średnim napięciu (SN).

Fundamentalna różnica: zarządzanie natężeniem pola elektrycznego

Tym, co w sposób zasadniczy odróżnia kabel średniego napięcia od jego niskonapięciowego odpowiednika, jest konieczność precyzyjnego kontrolowania rozkładu pola elektrycznego. Przy napięciach rzędu kilkunastu czy kilkudziesięciu tysięcy woltów, jakiekolwiek niejednorodności w strukturze kabla – mikropęcherzyki w izolacji czy nierówności na powierzchni żyły – prowadzą do gwałtownej koncentracji naprężeń elektrycznych. Może to inicjować wyładowania niezupełne, które krok po kroku degradują izolację i nieuchronnie prowadzą do katastrofalnej w skutkach awarii.

Aby temu zapobiec, konstrukcja kabla SN jest wielowarstwowa. Na wielodrutowej żyle roboczej (miedzianej lub aluminiowej) nakładana jest wewnętrzna warstwa ekstrudowanego polimeru półprzewodzącego. Jej zadaniem jest stworzenie idealnie gładkiej, ekwipotencjalnej powierzchni, która eliminuje lokalne spiętrzenia pola. Na tę warstwę nakładana jest właściwa izolacja, którą w nowoczesnych kablach jest niemal wyłącznie polietylen usieciowany (XLPE). Materiał ten, dzięki swoim doskonałym właściwościom dielektrycznym i termicznym, zapewnia najwyższą niezawodność. Izolację z kolei otacza zewnętrzna warstwa półprzewodząca, która pełni analogiczną rolę do warstwy wewnętrznej, zapewniając gładkie przejście pola elektrycznego w kierunku ekranu. Ten trójwarstwowy system, nakładany najczęściej w jednym procesie technologicznym, jest sercem każdego nowoczesnego kabla SN.

Budowa, ekranowanie i ochrona mechaniczna

Na zewnętrznej warstwie półprzewodzącej znajduje się ekran metaliczny. Pełni on dwie kluczowe funkcje: prowadzi prądy zwarciowe i pojemnościowe oraz zapewnia ochronę przeciwporażeniową poprzez uziemienie. Wykonuje się go najczęściej w postaci owinięcia z drutów lub taśm miedzianych. Całość konstrukcji jest chroniona przez grubą i wytrzymałą powłokę zewnętrzną, zazwyczaj wykonaną z polietylenu o dużej gęstości (HDPE) lub, w starszych lub specjalistycznych konstrukcjach, z polwinitu (PVC). Powłoka ta musi zapewnić odporność na uszkodzenia mechaniczne podczas układania, działanie wilgoci, agresywnych substancji chemicznych w gruncie oraz, w przypadku instalacji napowietrznych, na promieniowanie UV. Przykładem oznaczenia takiego kabla jest XHAKXS, co opisuje kabel (K) o żyle aluminiowej (A), izolacji z polietylenu usieciowanego (X), powłoce z polietylenu (H) i uszczelnieniu przeciwwilgociowym (XS).

Kluczowe parametry doboru z perspektywy projektanta

Dobór kabla średniego napięcia to złożony proces inżynierski. Podstawowym parametrem jest napięcie znamionowe, podawane w formacie U₀/U (Um), na przykład 6/10 (12) kV, 12/20 (24) kV czy 18/30 (36) kV. Wartości te oznaczają kolejno: napięcie znamionowe między żyłą a ekranem (U₀), napięcie międzyżyłowe (U) oraz maksymalne napięcie pracy systemu (Um). Równie ważny jest materiał i przekrój żyły roboczej (np. 1x120 mm², 3x240 mm²), który jest wynikiem obliczeń uwzględniających przenoszoną moc, obciążalność prądową w danych warunkach ułożenia oraz dopuszczalne spadki napięcia. Projektant musi również uwzględnić spodziewany prąd zwarciowy, aby zweryfikować wytrzymałość zwarciową ekranu metalicznego.

Inwestycja w strategiczną infrastrukturę

Kabel średniego napięcia to nie jest zwykły komponent, lecz strategiczny zasób o projektowanym czasie życia liczonym w dekadach. Jego awaria oznacza przerwę w dostawie energii dla tysięcy odbiorców i generuje ogromne straty. Dlatego jego jakość, zgodność z normami (np. PN-HD 620) oraz, co równie ważne, prawidłowość wykonania prac instalacyjnych (włączając w to montaż osprzętu, takiego jak mufy i głowice) nie podlegają żadnym kompromisom. To inwestycja w stabilność i bezpieczeństwo całego systemu elektroenergetycznego.