Die kurze Antwort
In einem mehradrigen Kabel mit symmetrischer Drehstromlast addieren sich die Ströme in den Adern in jedem Moment etwa zu null, sodass sich ihre Magnetfelder an der Bewehrung weitgehend aufheben. In einem einadrigen Kabel gibt es nichts, was das Feld aufheben könnte: Das gesamte magnetische Wechselfeld des Leiters durchsetzt die umgebende Bewehrung. Besteht diese Bewehrung aus Stahl, der magnetisch ist, induziert das Feld Wirbelströme und verursacht Hystereseverluste in den Drähten. Die Bewehrung erwärmt sich, das Kabel läuft heißer, als der Planer angenommen hat, und in Stromkreisen mit hohen Strömen können die Verluste erheblich sein.
Aluminium ist nicht magnetisch, daher vermeidet die Aluminiumdrahtbewehrung (AWA) die Hystereseverluste und verringert die induzierte Erwärmung stark. Deshalb ist die allgemeine Regel, die in Spezifikationen auf Basis von IEC 60502 wie von BS gleichermaßen befolgt wird, einfach: Mehradrige bewehrte Kabel verwenden Stahldraht (SWA) oder Stahlband (STA); einadrige Kabel in Wechselstromkreisen verwenden AWA.
Wo einadrige Kabel eingesetzt werden
Einadrige Energiekabel kommen überall dort vor, wo Leiter zu groß werden, um als ein mehradriges Kabel gehandhabt zu werden. Typische Fälle sind:
- Verbindungen vom Transformator zur Hauptverteilung, bei denen mehrere große Einzeladern je Phase parallel verlegt werden.
- Zuleitungen zu Generatoren und großen Motoren in Industrieanlagen.
- Mittelspannungszuleitungen, bei denen einadrige Kabel im Bereich von 25 bis 630 mm2 nach IEC 60502-2 neben dreiadrigen Typen üblich sind; siehe die Seite zu Mittelspannungskabeln.
- Anschlüsse in Versorgungsnetzen und Umspannwerken, oft in Aluminium, behandelt auf der Seite zu Aluminiumkabeln.
An vielen dieser Stellen braucht das Kabel zudem mechanischen Schutz, weil es erdverlegt, auf offenen Pritschen in einer Anlage geführt oder dort verlegt wird, wo es getroffen werden kann. Dann stellt sich die Frage der Bewehrung.
Einadrige Kabel werden ebenso sehr wegen des Handlings wie wegen der Elektrik gewählt. Ein dreiadriges Kabel mit sehr großen Leitern wird so schwer und steif, dass es sich nicht in eine Schaltanlage ziehen oder biegen lässt, und die nötige Trommel ist womöglich zu groß für einen einfachen Transport. Die Aufteilung jeder Phase auf eine eigene Einzelader, manchmal mit zwei oder mehr Adern je Phase parallel, hält jedes Kabel handhabbar. Der Preis dafür ist, dass der Errichter nun drei oder mehr getrennte Kabel je Stromkreis hat, jedes mit eigener Bewehrung, Verschraubung und eigenem Erdungspunkt, und das magnetische Verhalten jeder Ader für sich betrachtet werden muss. Einkäufer, die gewohnt sind, mehradriges SWA zu bestellen, übertragen diese Gewohnheit gern auf einadrige Positionen derselben Liste, und genau dort entsteht der Bewehrungsfehler.
AWA, SWA und unbewehrte Einzeladern im Vergleich
| Option | Wechselstromkreise | Gleichstromkreise | Hinweise |
|---|---|---|---|
| Aluminiumdrahtbewehrung (AWA) | Standardwahl, wo eine Bewehrung nötig ist | Verwendbar | Nichtmagnetisch; Erdungskonzept legt der Planer fest |
| Stahldrahtbewehrung (SWA) | Vermeiden: magnetische Verluste und Erwärmung | Mitunter verwendet; Entscheidung des Planers | Bei Gleichstrom gibt es kein Wechselfeld, prüfen Sie aber die Projektspezifikation |
| Stahlbandbewehrung (STA) | Vermeiden, aus demselben Grund | Entscheidung des Planers | Nur bei mehradrigen Kabeln üblich |
| Unbewehrt mit metallischem Schirm | In der Mittelspannung üblich | Nicht typisch | Kupferband- oder Kupferdrahtschirm führt den Fehlerstrom; mechanischer Schutz durch Rohre oder Abdeckplatten |
| Unbewehrt, ohne Schirm | In der Niederspannung in Rohren und auf Pritschen üblich | Üblich (etwa Solar-DC-Kabel) | Mechanischer Schutz durch die Verlegeart |
Solar-DC-Strangkabel wie H1Z2Z2-K sind einadrig und normalerweise unbewehrt; siehe die Seite zu Solarkabeln. Das hier beschriebene Erwärmungsproblem betrifft den Wechselstrom.
Erdung und induzierte Spannungen
Auch mit Aluminiumbewehrung liegen Bewehrung und metallischer Schirm eines einadrigen Kabels im Magnetfeld des Leiters. Wird die Bewehrung an beiden Enden geerdet, kann ein Kreisstrom entlang der Bewehrung und zurück über Erde oder die Bewehrung benachbarter Kabel fließen, was Verluste verursacht. Wird sie nur an einem Ende geerdet, endet der Kreisstrom, am offenen Ende entsteht aber eine stehende Spannung. Welche Anordnung verwendet wird und ob auf langen Strecken spezielle Erdungsverfahren gelten, entscheidet der Projektplaner, und es beeinflusst die Berechnung der Strombelastbarkeit.
Für Einkäufer gibt es zwei praktische Punkte. Erstens sind die Maße von Bewehrung und Schirm im Datenblatt Eingangsgrößen dieser Berechnung, das endgültige Datenblatt sollte also vor der Auftragsbestätigung beim Planer sein. Zweitens ist die Verlegeanordnung wichtig: Einzeladern eines Stromkreises werden meist gemeinsam im Dreieck oder in Flachanordnung verlegt, nie mit auf verschiedene Rohre verteilten Phasen, und Stahlteile wie Einführungsplatten um eine Einzelader brauchen dieselbe Sorgfalt wie die Bewehrung. Einführungsplatten für einadrige Wechselstromkabel sind aus demselben Grund normalerweise nichtmagnetisch.
AWA-Kabel beschaffen
AWA-Kabel ist ein engeres Produkt als STA oder mehradriges SWA. Der Katalog des Partnerwerks hinter unserer Seite zu bewehrten Kabeln umfasst nur Stahlbandbewehrung, daher werden einadrige AWA-Konstruktionen Werken zugeordnet, die Linien für Aluminiumdrahtbewehrung betreiben und Typprüfprotokolle für die Konstruktion haben. Der Desk prüft drei Dinge, bevor ein Werk in die engere Wahl kommt:
- Konstruktion und Norm: Leiterquerschnitt und Klasse, Isolierung, Polsterung, Aluminiumdrahtdurchmesser und Außenmantel nach IEC 60502-1, IEC 60502-2, BS 5467, BS 6724 oder der genannten nationalen Norm.
- Abdeckung durch Typprüfung: ein Typprüfbericht, der dieselbe Spannung, denselben Querschnittsbereich und dieselbe Bewehrungsart abdeckt.
- Stückprüfprotokolle: Leiterwiderstand je Trommel und, wo gefordert, Bewehrungswiderstand; bei Mittelspannungsadern Teilentladung nach IEC 60885-3 und die Spannungsprüfung als Stückprüfung.
Große Einzeladern sind schwer und steif, daher müssen Trommellänge und Trommelgröße mit dem Errichter geplant werden: wie viele Meter je Trommel, wie viele Trommeln je Phase und ob die Längen für parallele Strecken abgestimmt sein müssen. Trommeloptionen finden Sie auf der Seite zu Verpackung und Trommeln.
Checkliste für die Anfrage
Eine vollständige Position für ein einadriges bewehrtes Kabel in einer Anfrage nennt: Leiterwerkstoff und Querschnitt, Nennspannung, Isolierung, ausdrücklich „AWA“, Mantelwerkstoff (PVC oder LSZH), die Norm, die Art des Stromkreises (Wechsel- oder Gleichstrom), Gesamtmeter je Querschnitt und Trommellängen. Der Beitrag SWA oder STA behandelt die mehradrige Seite derselben Entscheidung. MOQ und Lieferzeit der zugeordneten AWA-Werke werden je Auftrag schriftlich bestätigt; die typischen Bereiche stehen auf der Seite zu MOQ und Lieferzeit, und die Kabelliste kann direkt in das Anfrageformular.