Кабельная клица (cable cleat) или кабельный зажим — устройство для крепления одно- и многожильных кабелей разных классов напряжения (до 500 кВ) с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ), сшитого полиэтилена (СПЭ), этиленпропиленовой резины (ЭПР), а так же других видов изоляций. Обеспечивает надежную фиксацию одиночных, нескольких в ряд или трех кабелей в треугольник. Его назначение — предотвращение чрезмерного перемещения кабеля из-за короткого замыкания.
Для защиты от воздействия электродинамических сил, возникающих при коротком замыкании, одножильные кабели должны быть надежно закреплены с использованием опор с прочностью, достаточной для выдерживания динамических сил, соответствующих предполагаемому току короткого замыкания. Любой разработчик или установщик системы силовых кабелей обязан рассмотреть метод их крепления к поверхности, чтобы ограничить движение, будь то электрическая неисправность или любая другая причина.
Почему важно использовать правильно подобранный кабельный зажим
При правильном выборе и установке изделия будут удерживать кабель, который подвергается воздействию сил, возникающих в результате короткого замыкания, значение которого находится в пределах максимального проектного тока короткого замыкания системы.
Как подобрать нужный
Необходимы следующие данные:
- Ток короткого замыкания.
- Технические параметры кабеля, включая номинальный диаметр кабеля и производственные допуски.
- Тип опорной конструкции, например, лестница (включая расстояние между перекладинами), индивидуальная стальная конструкция и т. д.
- Тип материала опорной конструкции, например: нержавеющая сталь, оцинкованная сталь и т. д.
- Условия окружающей среды.
Стандарт IEC 61914
Стандарт IEC 61914-2015 «Кабельные зажимы для электрических установок» описывает серию испытаний, которые можно использовать для оценки их характеристик. Хотя стандарт не определяет уровни прохождения или отказа, он позволяет производителям определять рабочие характеристики зажимов, а заказчикам — сравнивать продукты разных производителей.
Аспекты конструкции и характеристик, охватываемые стандартом, включают:
- Тип материала — металлический, неметаллический или композитный.
- Минимальная и максимальная заявленные рабочие температуры.
- Ударопрочность при минимальной заявленной рабочей температуре.
- Способность кабельного зажима выдерживать осевое усилие соскальзывания.
- Устойчивость к электромеханическим силам — то есть способность выдерживать силы, возникающие между кабелями в случае короткого замыкания.
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению и коррозии.
- Распространение пламени.
Механическая прочность
Описанный выше стандарт также включает формулу в «Приложении B», которая позволяет проектировщику рассчитать силу между двумя проводниками во время короткого замыкания. Если также известна прочность конкретного зажима, то можно вычислить оптимальное расстояние между ними для того чтобы ограничить силу, создаваемую повреждением.
Прочность часто определяют с помощью испытания на механическое растяжение. Однако результаты могут вводить в заблуждение, поскольку сила прикладывается медленно и под контролем, что не повторяет условия неисправности. При коротком замыкании силы прикладываются почти мгновенно и колеблются во всех направлениях. Опыт показывает, что кабельный зажим, выдерживающий испытание на механическое растяжение при заданной силе, не обязательно выдерживает испытание на короткое замыкание, даже если силы одинаковы.
Испытания на короткое замыкание
Проведение теста на короткое замыкание — единственный надежный способ проверить, что кабельный зажим способен выдержать нагрузки при условии возникновения определенного набора неисправностей. Рекомендуется подтверждать любые заявленные данные об их прочности путем испытания на короткое замыкание, проводимого в независимой аккредитованной лаборатории. Специалисты, консультанты и инженеры также должны в стандартной комплектации запросить полный отчет об испытаниях, который включает фотографии до и после испытаний, а также таблицу результатов и выводов.
Стандарт «Кабельные зажимы для электрических установок» предоставил стандартизированную методику проведения испытания на короткое замыкание и определение критериев успешного прохождения испытания. Тем не менее, данная методика дает значительную степень свободы выбора условий испытания, поэтому следует проявлять осторожность при интерпретации результатов.
Пример
Два производителя протестировали кабельные зажимы в соответствии с международным стандартом IEC 61914, и оба заявляют, что их продукт способен выдерживать ток короткого замыкания 140 кА. Однако производитель «А» провел испытания с использованием кабеля диаметром 35 мм с перемычкой между центрами 600 мм, а производитель «B» — с использованием кабеля диаметром 45 мм с перемычкой между центрами 300 мм. При этом ток короткого замыкания системы, где будут применяться эти изделия, составляет 60 кА, а предполагаемый кабель будет диаметром 30 мм. Шаг зажима — 1200 мм. Подходят ли оба испытуемых для кабеля? Нет!
Используя формулу из IEC 61914, сила, которой подвергся каждый кабельный зажим, составила:
- 57 кН для производитель «А»
- 22 кН для производителя «Б»
Минимально допустимый порог — 24 кН. Из эт ого следует, что изделие производителя «B» не соответствует требованиям стандарта.
Стойкость кабеля vs стойкость зажима
Существует большая разница между требованиями стойкости к короткому замыканию кабеля и кабельного зажима. Первый связан с электротермической деградацией кабеля в результате повышения температуры (нагрев под действием теплового напряжения), а второй — с удержанием кабеля в результате электромеханических сил.
Для типичных условий монтажа зажимов силового кабеля, которые основаны на термической стойкости электропроводника, требуется устойчивость к короткому замыканию 63 кА в течение 1 секунды или 40 кА в течение 3 секунд. Однако испытание на короткое замыкание кабельного зажима не учитывает этот эффект нагрева, а вместо него полностью концентрируется на разрушающих электромеханических силах на пике, за которыми следует кратковременное снижение среднеквадратичного значения.
Международный стандарт IEC 61914 требует, чтобы продолжительность испытания на короткое замыкание составляла всего 0,1 секунды. Это соответствует пяти полным циклам, когда будет известна истинная прочность кабельного зажима.
Расчёт расстояния и типа кабеля
Если известны ток короткого замыкания системы и диаметр кабеля, следующая формула, взятая из IEC 61914, может использоваться для расчета сил между двумя проводниками в случае трехфазного замыкания:
Для трехфазных коротких замыканий с кабелями, уложенными в треугольник, максимальная сила на проводнике находится по следующей формуле:
Ft=0.17·ip2/S, где:
- Ft — максимальная сила на проводнике при расположении в треугольник при трехфазном коротком замыкании цепи, Н/м;
- ip — ударный ток короткого замыкания, кА;
- S — расстояние между центрами двух соседних проводников, м.
Гальваническая коррозия и её влияние на кабельные зажимы
Один из наиболее важных вопросов, который следует учитывать при выборе кабельных зажимов — это риск коррозии материала. И не только из-за условий установки, но и из-за других металлов, с которыми кабельный зажим может соприкасаться. Она возникает, когда разнородные металлы контактируют друг с другом в присутствии электролита. На её скорость влияют два фактора:
- Расстояние между двумя металлами в гальванической серии
Чем дальше друг от друга находятся два металла в серии, тем выше риск гальванической коррозии, при этом у металла выше в списке (более анодный) скорость коррозии больше. - Относительные площади поверхностей различных металлов
Если более анодный (выше в списке) металл имеет меньшую площадь поверхности, чем металл, с которым он контактирует, разница в площади поверхности приводит к увеличению скорости коррозии анодного металла. Что касается выбора кабельного зажима, площадь поверхности зажима обычно значительно меньше, чем у конструкции, на которой он установлен.
Следовательно, если зажим сделан из металла более анодного, чем его несущая конструкция, он будет подвержен гальванической коррозии. И наоборот, если зажим для кабеля является более катодным, чем его опорная конструкция, риск гальванической коррозии невелик. Если, к примеру, оцинкованная лестница является опорной конструкцией и нет других существенных факторов, безопасно использовать кабельные зажимы из нержавеющей стали или алюминия. Однако, если опорная конструкция сделана из нержавеющей стали, необходимо обеспечить разделение, если используются алюминиевые или оцинкованные кабельные зажимы.
Гальваническую коррозию нелегко предсказать, и на нее может влиять тип присутствующих электролитов: соленая или пресная вода, содержащая примеси. При защите от гальванической коррозии самым безопасным способом является разделение разнородных металлов с помощью разделительных шайб из полимеров.
Материал для кабельных зажимов
Как правило, они изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали из-за ее немагнитных и коррозионных свойств — кабельный зажим не будет индуцировать вихревые токи или локализованный нагрев кабеля.
Существует много различных типов нержавеющей стали, однако наиболее выделяются из них два, если речь идет о кабельных зажимах.
Аустенитная нержавеющая сталь 304
Часто обозначается как A2, является одной из наиболее часто используемых. Металл обладает превосходными коррозионностойкими свойствами в большинстве случаев, хотя чувствителен к атмосфере, где присутствуют хлориды, что делает его непригодным для использования в прибрежных или морских средах.
Аустенитная нержавеющая сталь 316
Также называется A4, содержит молибден, который обеспечивает стойкость к хлоридам. 316 часто называют морской нержавеющей сталью из-за ее пригодности для использования на прибрежных и морских объектах.
Типы 304 и 316 доступны в вариантах с низким содержанием углерода, а именно 304L и 316L. Они оба невосприимчивы к сенсибилизации (выделение карбида на границах зерен). Любые зажимы, изготовленные из нержавеющей стали и включающие сварку в процессе производства, должны быть изготовлены из низкоуглеродистого (L) варианта.
Антикоррозионные покрытия кабельных зажимов
Свойства коррозионной стойкости нержавеющей стали являются результатом хрома, который вступает в реакцию с кислородом и образует самовосстанавливающийся непроницаемый слой оксида хрома на поверхности стали. В большинстве случаев слой оксида хрома чрезвычайно прочен и помогает противостоять гальванической коррозии. Однако в некоторых местах установки, таких как железнодорожные туннели, оксидный слой может быть подвержен воздействию пыли из мягкой стали или влаги. В таких обстоятельствах настоятельно рекомендуется использовать алюминий в качестве альтернативы.
Крепления
Крепежи на кабельных зажимах имеют основополагающее значение для прочности изделия и его способности выдерживать короткие замыкания. Крепежные элементы закупаются непосредственно у одобренных производителей, и любое крепление на любом зажиме напрямую отслеживается в записях о качестве партии продукции этого производителя.
