Individuální zkoušky kabelů eliminují problémy

U energetických řetězů je mechanické namáhání zvláště vysoké. Pokud jsou kabely v těchto energetických řetězech špatně uloženy nebo je jejich poloměr ohybu výrazně menší než stanovené minimum, nemohou se kabely volně pohybovat a končí jako „vývrtka“. Kabely se mohou zkroutit až tak, že dojde k jejich kompletnímu přerušení. Ani čisticí prostředky, louhy a kyseliny se nemusejí vždy snášet s plasty použitými při výrobě kabelů. Pokud je tomu tak, může dojít k chemické reakci, která učiní kabel nepoužitelným. Kabely mohou poškodit i příliš vysoké přechodové odpory, jež mohou vést k vývinu tepla, které pak zatěžuje materiál kabelu.

Jak všechny tyto příklady ukazují, je nezbytné si při výběru konkrétního kabelu předem ujasnit, zda se jedná o standardní použití, nebo zda kabel musí splňovat individuální požadavky. Pro všechny kabely používané v průmyslu a při výrobě zařízení existují mezinárodní normy, které musejí být při jejich vývoji zohledněny. Tyto normy se vztahují u ovládacích kabelů zejména na obecnou konstrukci kabelu, na vodiče, izolaci žil a jejich značení, materiál pláště, odolnost proti plameni, zkoušení a směrnice EU. Normy DIN a VDE sice stanovují obecné požadavky, specifické aplikace v průmyslové výrobě nebo v energetice v nich však nemohou být zohledněny. Proto se často stává, že uživatelé nemohou přesně odhadnout hranice použitelnosti daného produktu nebo to, v jakých oblastech by raději neměl být použit. Důsledkem je pak předčasný výpadek kabelů. Normy je proto nutno chápat především jako solidní základ, ze kterého musí vycházet přizpůsobení, pokud to konkrétní speciální aplikace vyžaduje.

Výrobce se může s uživatelem dohodnout, jaké vlastnosti by měl kabel mít, například pokud jde o ohybové vlastnosti nebo odolnost proti zkrutu. Může být užitečné, když zákazník zašle výrobci kabelů například některá agresivní média, jako jsou speciální oleje nebo hydraulické kapaliny, které přicházejí do styku s kabelem, aby bylo možné předem ověřit, zda při tomto kontaktu nedojde k poškození kabelu.

Aby bylo možné otestovat namáhání kabelů i ve zvláštních souvislostech, provádějí výrobci specifické aplikační zkoušky podle konkrétního použití. Podle DIN VDE 0276 [2] se rozlišují tři různé druhy zkoušek. Typové zkoušky je nutno provést před uvedením kabelů a vodičů na trh. Tyto zkoušky dokládají, že provozní vlastnosti odpovídají stanoveným požadavkům. Výrobci musejí opakovat tuto zkoušku každých pět let nebo při každé změně konstrukce, materiálů či výrobního procesu. Výběrové zkoušky se provádějí namátkově v pravidelných intervalech, aby prokázaly, že kabel odpovídá stanovené konstrukci. Jako kusové zkoušky (kontroly) se pak označují průběžné kontroly všech produktů před tím, než opustí výrobní závod.

Stuttgartská skupina Lapp disponuje rozsáhlým testovacím střediskem, ve kterém jsou kabely a vodiče testovány v různých typických průmyslových aplikacích. U kabelů pro energetické řetězy je nutné zkoušet mechanickou životnost a počet možných ohybových cyklů při různých pojezdových rychlostech a poloměrech ohybu. Musí být zaručeno, že nedojde k narušení elektrické spolehlivosti nebo přenosu dat. Zkušební zařízení ve vlastním testovacím středisku provádí rozsáhlé zkoušky životnosti vysoce flexibilních kabelů v energetických řetězech s pojezdovou dráhou dlouhou tři až dvacet metrů. Možné zrychlení až 70 m.s-² neboli 7g je větší než zrychlení, které zažívají piloti formule 1 při průjezdu zatáčkou nebo astronauti při startu. Pojezdové rychlosti dosahují hodnoty 5 m.s-1 a poloměry ohybu se pohybují mezi 28 a 250 mm. Počítače přitom trvale monitorují elektrické parametry a přenosové rychlosti dat. Při zkoušce je tak možné včas odhalit případné selhání. Výsledky zkoušek se přímo promítají do dalšího vývoje.

Pracovníci vývoje skupiny Lapp mají k dispozici vlastní zařízení pro testování vysoce dynamických aplikací. Náhlé jízdní manévry, včetně brzdění a zrychlování o velikosti až pětinásobku gravitačního zrychlení Země, si u nedokonalých komponentů rychle vyžádají svou daň. Pouze produkty, které vydrží tyto extrémně náročné zkoušky, jsou následně uvedeny na trh.

Na zkušebním zařízení pro robotiku provádějí odborníci firmy Lapp dlouhodobé testy, při kterých jsou kabely podrobeny trvalému pohybu s měnící se rychlostí, jako je tomu například u svářecích robotů ve výrobě automobilů. Cykly zde musejí být obecně co nejkratší, aby byla výroba co nejefektivnější. Proto je zde zvláště důležitá odolnost kabelů.

U kabelů, které se používají speciálně ve smyčkách větrných elektráren, jde zejména o torzní odolnost při pomalém pohybu, ale velkém úhlu otočení. Protože jsou tyto kabely často součástí ochrany proti blesku, hraje důležitou roli i vazební odpor. Stavitelé zařízení proto uvádějí v této souvislosti ve specifikacích náročné mezní hodnoty. Tyto kabely lze testovat v testovacím středisku skupiny Lapp jak mechanicky, tak i elektricky. Dalším důležitým požadavkem je odolnost konektorů vůči slané vodě. I ty jsou zkoušeny ve vlastním středisku Lapp.

Šestnáct metrů vysoká šachta v logistické budově, která původně sloužila pro výtah, se perfektně hodí pro realistickou simulaci věže a gondoly tohoto energetického zařízení. Testovací zařízení s touto koncepcí, na kterém je možné reprodukovat veškeré upevňovací body kabelů a vodičů přesně podle reálných podmínek, bylo dosud v Evropě realizováno pouze v jediném dalším případě. Většina testovacích zařízení je, pokud se týká zavěšení kabelů, konstruována jinak. Většinou nejsou tak vysoká, a proto nejsou schopna tak věrně reprodukovat situaci ve skutečné větrné elektrárně.

Důvodem pro zřízení tohoto testovacího zařízení byl v neposlední řadě i požadavek velkého německého výrobce větrných elektráren, který chtěl prokázat, že kabely v nich mohou bez poškození přečkat i přetočení o 150° na metr. V normálním případě je možné uvést s potřebnou přesností pouze úhel otočení gondoly, ale nikoli kabelu. Takovýto důkaz tedy představuje velké plus pro bezpečnost ve srovnání s jinými zařízeními. Pro takovýto důkaz slouží inženýrům skupiny Lapp 12 metrů vysoké zkušební zařízení. Kromě toho poskytuje testovací šachta cenné poznatky o vhodnosti různých konstrukcí a materiálů kabelů, které se pak promítají do vývoje nových typů určených pro použití ve větrných elektrárnách.

Technická funkce je přitom založena na přesném reprodukování torzního pohybu. Kabely jsou uchyceny v souladu s jejich reálnou montáží a jsou (volně zavěšené) v celé své délce krouceny servopohonem na vrcholu konstrukce. Také smyčka, do které jsou kabely při své cestě k transformátorům a rozvaděčům ve spodní části věže svázány, je zatížena zkrutem stejně, jako je tomu v reálné elektrárně. Kamery trvale sledují, co se děje uvnitř zařízení a zaznamenávají přitom normální provozní jevy, jako je oděr a možné poškození kabelů kmitáním.

Zcela nové poznatky přineslo toto testovací zařízení například u smyček, které vykazují daleko intenzivnější „vlastní život“, než se očekávalo. Při třetí otáčce gondoly dochází k extrémnímu zkroucení a silnému zkrácení smyčky. Na běžných zkušebních zařízeních s výškou do 2,5 metru není možné takovéto jevy pozorovat. Poznatky, které skupina Lapp získává díky novému testovacímu zařízení, se promítají do konstrukce nových kabelů, aby tyto byly schopné ještě lépe plnit speciální požadavky větrných elektráren.

V testovacím středisku Lapp jsou prováděny i materiálové zkoušky, které jdou nad rámec kritérií stanovených příslušnými normami, jako je například mechanické napětí v tahu, mezní protažení před a po stárnutí, odolnost proti plameni nebo nepřítomnost halogenových prvků. Zkušební specialisté tak například zkouší odolnost materiálu při umělém stárnutí nebo provádějí klimatické zkoušky v umělých atmosférách. Pomocí náročné analytické techniky mohou zjišťovat přesné složení materiálů a jejich termické vlastnosti.

Popsané příklady možných problémů a individuálně koncipovaných zkušebních metod ukazují, že zákonné a normativní požadavky nejsou dostatečné ve vztahu ke komplexnosti aplikací, které se v praxi vyskytují. Vedle standardních zkoušek je proto nutné provádět individuální testy, které jsou schopné zohlednit speciální požadavky a poskytovat poznatky potřebné pro trvalou optimalizaci produktové palety. Výrobci kabelů, kteří si vyměňují informace se zákazníky a začleňují do průběhu testů stále nové procesy, jsou schopni lépe garantovat životnost a kvalitu svých produktů a získat tak konkurenční výhodu.

Werner Körner

Lapp Kabel, umístění na MSV: volná plocha mezi pavilony Z, P, F

adam.bastl@lappgroup.com

www.lappgroup.cz