Екранирането, използвано в кабелните и проводникови продукти, има две напълно различни концепции: електромагнитно екраниране и екраниране на електрическо поле. Електромагнитното екраниране е предназначено да предотврати външни смущения от кабели, предаващи високочестотни сигнали (като радиочестотни кабели и електронни кабели), или да блокира външни електромагнитни вълни от смущения в кабели, предаващи слаби токове (като сигнални или измервателни кабели), както и да намали кръстосаните смущения между проводниците. Екранирането на електрическо поле е предназначено да балансира силното електрическо поле върху повърхността на проводника или изолационната повърхност на силови кабели със средно и високо напрежение.
1. Структура и изисквания към слоевете за екраниране на електрическото поле
Екранирането на силови кабели включва екраниране на проводниците, екраниране на изолацията и метално екраниране. Съгласно съответните стандарти, кабелите с номинално напрежение по-голямо от 0,6/1 kV трябва да имат метален екраниращ слой, който може да се нанесе върху всяка изолирана жила или върху жилото на многожилния кабел. За кабели с XLPE изолация с номинално напрежение не по-малко от 3,6/6 kV и тънкоизолирани EPR кабели с номинално напрежение не по-малко от 3,6/6 kV (или дебелоизолирани кабели с номинално напрежение не по-малко от 6/10 kV) се изискват също вътрешни и външни полупроводникови екраниращи структури.
(1) Екраниране на проводника и изолационно екраниране
Екранирането на проводника (вътрешно полупроводящо екраниране) трябва да бъде неметално, състоящо се от екструдиран полупроводящ материал или полупроводяща лента, увита около проводника, последвана от екструдиран полупроводящ слой.
Изолационното екраниране (външно полупроводящо екраниране) е неметален полупроводящ слой, екструдиран директно върху външната повърхност на всяко изолирано ядро, който може да бъде плътно свързан с изолацията или да се отлепи от нея. Екструдираните вътрешен и външен полупроводников слой трябва да са плътно свързани с изолацията, с гладки повърхности, без видими следи от жици и без остри ръбове, частици, следи от обгаряне или драскотини. Съпротивлението преди и след стареене не трябва да надвишава 1000 Ω·m за екраниращия слой на проводника и 500 Ω·m за изолационния екраниращ слой.
Вътрешните и външните полупроводникови екраниращи материали се изработват чрез смесване на съответните изолационни материали (като омрежен полиетилен, етилен-пропиленов каучук и др.) със сажди, антиоксиданти, съполимер на етилен-винилацетат и други добавки. Частиците на саждите трябва да бъдат равномерно разпределени в полимера, без агломерация или лоша дисперсия.
Дебелината на вътрешния и външния полупроводников екраниращ слой се увеличава с нивото на напрежението. Тъй като силата на електрическото поле върху изолационния слой е по-висока отвътре и по-ниска отвън, дебелината на полупроводниковите екраниращи слоеве също трябва да бъде по-голяма отвътре, отколкото отвън. В миналото външното полупроводниково екраниране се правеше малко по-дебело от вътрешното, за да се предотвратят надрасквания поради лош контрол на провисването или пробиви, причинени от прекалено твърди медни ленти. Сега, с онлайн автоматично наблюдение на провисването и отгряти меки медни ленти, вътрешният полупроводников екраниращ слой трябва да бъде малко по-дебел или равен на външния слой. За кабели 6–10–35 kV дебелината на вътрешния слой обикновено е 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Метално екраниране
Кабели с номинално напрежение по-голямо от 0,6/1 kV трябва да имат метален екраниращ слой. Металният екраниращ слой трябва да се нанесе върху всяка изолирана жила или кабелна жила. Металното екраниране трябва да се състои от една или повече метални ленти, метални оплетки, концентрични слоеве метални проводници или комбинация от метални проводници и метални ленти.
В Европа и други развити страни, поради използването на съпротивително заземени двуверижни системи с по-високи токове на късо съединение, често се използва екраниране с медна жица. Някои производители вграждат медни жици в разделителната обвивка или външната обвивка, за да намалят диаметъра на кабела. В Китай, с изключение на някои ключови проекти, които използват съпротивително заземени двуверижни системи, повечето системи използват едноверижни захранвания с дъгогасителна бобина, заземени с бобина, което ограничава тока на късо съединение до минимум, така че може да се използва екраниране с медна лента. Фабриките за кабели обработват закупените твърди медни ленти чрез нарязване и отгряване, за да постигнат определено удължение и якост на опън (твърде твърдите ще надраскат изолационния екраниращ слой, твърде меките ще се набръчкат) преди употреба. Меките медни ленти трябва да отговарят на GB/T11091-2005 Медна лента за кабели.
Медната лентова екранировка трябва да се състои от един слой припокриваща се мека медна лента или два слоя спирално навита мека медна лента с пролуки. Средният процент на припокриване на медната лента трябва да бъде 15% от нейната ширина (номинална стойност), а минималният процент на припокриване не трябва да бъде по-малък от 5%. Номиналната дебелина на медната лента трябва да бъде най-малко 0,12 мм за едножилни кабели и най-малко 0,10 мм за многожилни кабели. Минималната дебелина на медната лента не трябва да бъде по-малка от 90% от номиналната стойност. В зависимост от външния диаметър на изолационната екранировка (≤25 мм или >25 мм), ширината на медната лента обикновено е 30–35 мм.
Медната екранировка е изработена от спирално навити меки медни проводници, закрепени с контраспирална обвивка от медни проводници или медни ленти. Съпротивлението ѝ трябва да отговаря на изискванията на GB/T3956-2008 „Проводници за кабели“, а номиналното ѝ напречно сечение трябва да се определи според капацитета на тока на повреда. Медната екранировка може да се постави върху вътрешната обвивка на трижилни кабели или директно върху изолацията, външния полупроводников екраниращ слой или подходяща вътрешна обвивка на едножилни кабели. Средната междина между съседните медни проводници не трябва да надвишава 4 mm. Средната междина G се изчислява по формулата:
където:
D – диаметър на кабелната сърцевина под екранировката от меден проводник, в mm;
d – диаметър на медната тел, в mm;
n – брой медни проводници.
2. Ролята на екраниращите слоеве и тяхната връзка с нивата на напрежение
(1) Роля на вътрешното и външното полупроводниково екраниране
Кабелните проводници обикновено се уплътняват от многожилни жици. По време на екструдирането на изолацията, между повърхността на проводника и изолационния слой могат да възникнат пролуки, грапавини и други повърхностни неравности, причинявайки концентрация на електрическо поле, водеща до локален разряд във въздушната междина и дървовиден разряд, и намаляваща диелектричните характеристики. Чрез екструдиране на слой от полупроводников материал (екраниране на проводника) върху повърхността на проводника се осигурява плътен контакт с изолацията. Тъй като полупроводниковият слой и проводникът са с един и същ потенциал, дори ако има пролуки между тях, няма да има действие на електрическо поле, като по този начин се предотвратяват частични разряди.
По подобен начин има пролуки между външната изолационна повърхност и металната обвивка (или металното екраниране) и колкото по-високо е нивото на напрежение, толкова по-вероятно е да възникне разряд във въздушната междина. Чрез екструдиране на полупроводников слой (изолационно екраниране) върху външната изолационна повърхност се образува външна еквипотенциална повърхност с металната обвивка, елиминирайки електрическите полета в пролуките и предотвратявайки частични разряди.
(2) Роля на металното екраниране
Функциите на металното екраниране включват: провеждане на капацитивен ток при нормални условия, служене като път за ток на късо съединение по време на повреди; ограничаване на електрическото поле в изолацията (намаляване на външни електромагнитни смущения) и осигуряване на равномерно радиално електрическо поле; действие като неутрална линия в трифазни четирипроводни системи за провеждане на небалансиран ток; и осигуряване на радиална защита от блокиране на водата.
Време на публикуване: 28 юли 2025 г.