Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

PowerGel – nová technika kabelových spojek nn

z firemních materiálů upravili Ing. Jiří Bayer a Ing. Jaroslav Hlavatý,
Tyco Electronics Czech s. r. o.
 
V nedávné době byl firmou Tyco Electronics, Divize silnoproud, představen další pokrokový výrobek – kabelová spojka nn plněná silikonovým gelem PowerGel. Spojky plněné PowerGelem jsou vhodné pro většinu běžně používaných typů kabelů. Mají vynikající izolační schopnosti a lze je použít i pro kabely umožňující provoz při teplotě jader do 90 °C. Jejich instalace je možná od velmi nízkých teplot okolí blížících se k –40 °C. Spojky typu RayGel a GelBox poskytují ojediněle snadnou, rychlou a časově nenáročnou montáž bez nutnosti použití speciálního nářadí. Není třeba míchat pryskyřice, upravovat nebo zatěsňovat skořepiny a ohřívat. Pouzdro spojky je odolné proti působení UV záření. Skládá se ze dvou polovin, které je možné jednoduše zavřít rukou – zacvaknutím. Samotnou montáž spojky lze shrnout do tří kroků: připrav–spoj–zavři. PowerGel spojky mohou být ihned po montáži zatíženy pod napětím.
 

1. Úvod

Mezi běžně používané techniky přímého a odbočného spojování v kabelových sítích nn patří zalévání, tepelné a elastomerové smršťování společně s využitím instalačních krabic a izolačních pásek.
 
Význam hmot založených na bitumenu klesá. Její vysoká zalévací teplota (až +150 °C) a značná pracnost přípravy odsouvají tuto techniku z pohledu zvyšování důležitosti bezpečnosti práce a ochrany životního prostředí do pozadí.
 
U moderních zalévacích hmot jsou jedna nebo obě složky (základní hmota a tvrdidlo) dodávány v kapalném stavu v různých formách balení, jako např. plechovky či dělené sáčky. Obě složky se krátce před zalitím spojky vzájemně promíchají. V průběhu míchání nejběžněji používaných zalévacích hmot na bázi polyuretanu a epoxidu započne chemický proces produkující teplo. Tato exotermická reakce může vést k vytváření bublinek a tlakových trhlin v zalévací hmotě z důvodu velkého nárůstu teploty během vytvrzování. Není bez zajímavosti, že firma Tyco Electronics vyvinula svou vlastní dvousložkovou zalévací hmotu Guroflex, která nemá výše uvedené nevýhody, a naopak má mnoho nesporných předností, včetně toho, že ji lze používat za teplot od –10 °C a její složky i hmota samotná jsou zdraví neškodné.
 
Alternativou k zalévané technice je, zejména pro spojky, technika smršťování zatepla. U ní se používají mechanicky robustní polyolefinové trubice opatřené na vnitřní straně teplem tavitelným lepidlem zabraňujícím pronikání vlhkosti do spojky. Jako odbočná teplem smrštitelná spojka do 1 kV je již několik let nabízen typ BMHM-1001, tzv. Rayligator. Spojka obsahuje výplňovou zatepla vysoce viskózní hmotu bez izokyanátů, které jsou součástí polyuretanových hmot, a lze ji tudíž považovat za bezpečný materiál bez látek kontaminujících vodu. Výhodami teplem smrštitelné techniky jsou neomezená skladovací doba, jednoduchá a rychlá montáž, stejně tak jako možnost okamžitého připojení pod napětí či montáže pod napětím.
 
Technika těsnicího gelu PowerGel byla vyvinuta především pro kabely s průřezem do 4× 35 mm2 nebo 1× 50 mm2. Jedinečné materiálové vlastnosti PowerGelu jsou zachovány v celém širokém teplotním rozsahu od –40 do +90 °C.
 
Mezi hlavní vlastnosti PowerGelu patří:
  • spolehlivé utěsnění proti vlhkosti,
  • nenarušování běžně používaných izolačních materiálů,
  • vynikající izolační vlastnosti,
  • vhodnost pro použití v elektrických rozvodných sítích do napětí 1 000 V.
Výrobky PowerGel obsahují již z výroby polypropylenová pouzdra spojky vyplněná gelem. Pouzdra se umístí přes spojení kabelů a uzavřou se zacvaknutím. Takto prefabrikované spojky umožňují jednoduchou, rychlou a časově nenáročnou montáž bez nutnosti použití speciálního nářadí. Není třeba míchat zalévací hmoty, upravovat a zatěsňovat skořepiny nebo ohřívat trubice. Spojky používající PowerGel mají neomezenou skladovací dobu a jediným odpadem, který zbude po jejich montáži, je obalový materiál.
 

2. Co je to PowerGel?

Gely jsou obecně polymerové sítě, které nabývají na svém objemu absorpcí vhodné kapaliny (obr. 1). Mohou to být různé oleje, ale také voda. Mají rosolovitou konzistenci a přirozenou tvarovou stálost. Mnohé z nich mají též určitou lepivost. Gely jsou používány např. v dětských plenkách, kosmetickém průmyslu a při výrobě hraček.
 
Již déle než dvacet let jsou silikonové gely využívány v mnoha výrobcích Raychem. Spojují výhody silikonových elastomerů s ojedinělými materiálovými vlastnostmi gelů. Při aplikaci mírného tlaku se silikonové gely v podstatě přizpůsobí každému povrchu, smáčejí ho silikonovým olejem a vytvářejí vodotěsnou bariéru s vysokou dielektrickou pevností. Protože je silikon hydrofobní, může být z povrchu vytěsněna dokonce i existující vlhkost (obr. 2).
 
Silikonové gely jsou vnitřně stálé, tj. netečou ani za vysokých teplot, a jsou tedy vhodnějším těsnicím materiálem než vazelína. Gely jsou mnohem měkčí než silikonové elastomery z důvodu nízké hustoty krystalických vazeb a vysokého obsahu oleje. Ovšem mohou být též extrémně lepkavé s hodnotou protažení při přetržení přesahující 1 000 %. Toto neobyčejné protažení činí gely úžasně odolnými proti vzniku trhlin i přes jejich měkkost. Vlastnosti gelů zůstávají nezměněny téměř v celém širokém teplotním rozsahu od –40 do +100 °C.
 
Rovněž elektrické vlastnosti gelů jsou velmi dobré, dielektrická pevnost větší než 25 kV·mm–1 a měrný odpor okolo 1012 Ω·m. Pozoruhodné je chování bariérové vrstvy na rozhraní gel-gel. Zatímco elektrická pevnost na rozhraní např. pryžových izolačních materiálů se snižuje při tlaku 80 kPa na šestinu hodnoty naměřené na základním materiálu, lze u silikonových gelů naměřit za stejných podmínek pokles pouze o 15 %.
 
Silikonové elastomery jsou známy svou odolností proti stárnutí i při vysokých teplotách. Též silikonové gely mají tuto vlastnost, která se ovšem může dramaticky změnit při jejich kontaktu s určitými látkami. Jisté přísady obsažené v izolacích jader a plášťů kabelů mohou pronikat do gelu, a rozložit tak jeho polymerovou síť. Raychem PowerGel se liší od běžných silikonových gelů nově vyvinutým patentovaným výrobním postupem zesítění. Při jeho vývoji byl kladen velký důraz na zajištění použitelnosti se všemi běžně užívanými izolačními a spojovacími materiály vykonáním zkoušky stárnutí za zvýšených teplot.
 
PowerGel je díky znamenitým mechanickým a elektrickým vlastnostem, jakož i odolností proti stárnutí a kompatibilitou s existujícími materiály nejvhodnější pro silnoproudé použití. PowerGel je dodáván ve zesítěné podobě, která vyplňuje výlisky pouzder spojek.
 

3. Výrobky

V nedávné době byly na trhu představeny dvě výrobkové řady spojek RayGel a GelBox, využívající PowerGel. Tyto řady se odlišují průřezovým rozsahem a použitou technikou spojování jader. Spojky RayGel lze použít pro přímé i odbočné propojení kabelů bez ohledu na zvolenou konstrukci spojovačů. Naproti tomu spojky GelBox obsahují spojovací blok integrující techniku prořezávání izolace jader, a poskytují tak kompletní řešení pro přímé propojení. Pouzdra spojek jsou vyrobena z mechanicky velmi robustního polypropylenového materiálu odolného proti UV záření. Veškeré spojky PowerGel jsou zkoušeny podle normy CENELEC HD 623. Jako součást zkušebního programu byla úspěšně vykonána úderová zkouška (závaží o hmotnosti 4 kg puštěné z výšky 1 m) při normální teplotě okolí.
 

3.1 Provedení spojek PowerGel

Při volbě koncepce a vývoje spojek obsahujících PowerGel byly stanoveny tyto velmi vysoké požadavky:
  • snadná a rychlá montáž,
  • malý počet dílů,
  • čisté a životnímu prostředí neškodné použití,
  • široký rozsah.
Základní díly obou typů spojek jsou uvedeny v tab. 1.
 

3.2 RayGel

Spojky Raychem typu RayGel jsou dostupné ve třech velikostech a mohou být použity pro přímé i odbočné propojení. Rozsah použití pokrývá průřezy kabelů s plastovou izolací od 1× 10 mm2 do 1× 50 mm2 při odbočce do 1× 16 mm2 a od 4× 1,5 mm2 do 4× 16 mm2 pro odbočku do 4× 2,5 mm2. Při propojování vícežilových kabelů se pro odizolování jednotlivých žil s výhodou využívají oddělovací přepážky pouzdra a dodávané izolační vložky (obr. 3).
 
U všech tří velikostí pouzder spojek RayGel lze obecně použít všechny dostupné typy spojovačů (obr. 4), např. šroubovací, lisovací, C i H svorky atd., za předpokladu dodržení jejich daných doporučených maximálních rozměrů.
 
Pouzdra spojek lze pouhou rukou jednoduše uzavřít a zajistit v zavřené poloze pomocí zámků. Proti nežádoucímu otevření je spojka navíc zajištěna kabelovou zdrhovací páskou, aby nebylo možné pouzdro otevřít bez použití nářadí, což odpovídá 2. stupni ochrany.
 

3.3 GelBox

Pouzdro Raychem přímé kabelové spojky GelBox je rozděleno na dvě identické poloviny a součástí souboru je i sada spojovačů prořezávajících izolaci, jež jsou umístěny v jednom bloku. Spojovací blok přesně zapadá do pouzdra spojky, jak je patrné z obr. 5.
 
Dodávaný spojovací blok je použitelný v širokém rozsahu od 4× 6 mm2 do 4× 25 mm2 pro hliníková a měděná kruhová plná i lanovaná jádra a pro hliníková jádra kruhová plná až do průřezu 4× 35 mm2. Utahovací šrouby spojovacího bloku jsou navrženy tak, aby se jejich hlavy utrhly v předem definovaném utahovacím momentu, čímž je zaručena největší možná spolehlivost a bezpečnost montáže. Protože spojovače jsou uvnitř opatřeny noži prořezávajícími izolaci, není nutné odstraňovat izolaci jader, takže nemůže dojít k případnému poškození jader (obr. 6).
 
Izolaci prořezávající nože zaručují bezpečný elektrický kontakt. Spojovací blok vyhovuje normě IEC 61238-1. Každý ze spojovačů spojovacího bloku je naplněn PowerGelem, čímž je u vícežilového kabelu v podstatě zabráněno možnému průniku vlhkosti mezi sousedními svorkami.
 

3.4 Montáž

Malý počet komponent a prefabrikované díly gelových spojek zaručují snadnou, rychlou a časově nenáročnou montáž, během které není třeba použít žádné speciální nářadí – montáž se tak stává spolehlivou a bezpečnou. Po montáži je jediným odpadem pouze obalový materiál. Montáž spojek plněných PowerGelem lze obecně shrnout do tří jednoduchých kroků: připrav – spoj – zavři
 
Oba výrobky RayGel a GelBox mohou být po montáži opětně otevřeny, což značně usnadňuje přístup ke spojovačům a vlastnímu propojení. Byla-li spojka delší dobu v provozu, nedoporučuje se její opětovné použití. V tomto případě může PowerGel zčásti ulpět na propojovacích kabelech a spojovačích, a proto se doporučuje použít spíše spojku novou než původní.
 

4. Výhody

Vlastnosti a výhody spojek plněných gelem jsou přehledně shrnuty v tab. 2.
 

5. Závěr

Izolační technika využívající PowerGel byla vyvinuta firmou Tyco Electronics, Divize silnoproud, a uvedena úspěšně na trh v USA již v roce 1998. Následně byla technika PowerGel upravena pro další země, a to výrobou prefabrikovaných spojek RayGel a GelBox. Všechny výrobky jsou úspěšně kvalifikovány podle normy CENELEC HD 623. Konstrukce a koncepce spojek Power- Gel byly představeny na několika prestižních veletrzích celého světa, včetně výstav Amper a EloSys.
 
Přednostmi této nové pokrokové techniky jsou např. snadná a časově nenáročná montáž, neomezená skladovací doba a šetrnost k životnímu prostředí.
 
Další informace mohou zájemci získat na adrese:
 
Tyco Electronics Czech s. r. o.
Divize silnoproud
Limuzská 8, 100 00 Praha 10
tel.: 272 011 103
fax: 272 700 811
 
Obr. 1. Vnitřní struktura polymeru s absorbovanou kapalinou
Obr. 2. PowerGel – vytěsňování vlhkosti
Obr. 3. Spojka RayGel se šroubovacími spojovači a izolačními přepážkami a vložkou
Obr. 4. Typy spojovačů použitelných ve spojkách RayGel
Obr. 5. Kabelová spojka typu GelBox
Obr. 6. Spojovací blok použitý ve spojce typu GelBox
 
Tab. 1. Díly spojek využívajících technologii PowerGel
Tab. 2. Vlastnosti a výhody spojek nn plněných PowerGelem