`почему экранирование кабелей?
Кабели питания среднего и высокого напряжения, в цепях более 2000 вольт, обычно имеют экранирующий слой из медной или алюминиевой ленты или проводящего полимера. Если неэкранированный изолированный кабель находится в контакте с землей или заземленным объектом, электростатическое поле вокруг проводника будет сосредоточено в точке контакта, что приведет к коронному разряду и возможному разрушению изоляции.
Кроме того, ток утечки и емкостный ток через изоляцию представляют опасность поражения электрическим током. Заземленный экран выравнивает электрическое напряжение вокруг проводника, отводит ток утечки на землю. Обязательно применяйте снятие напряжения / конусы на концах экрана, особенно для кабелей, работающих на частоте более 2 кВ на землю.
Щиты на силовых кабелях подключаются к заземлению на каждом конце экрана и в сращиваниях для обеспечения избыточности, чтобы предотвратить удар, даже несмотря на то, что в щите будет протекать индуцированный ток. Этот ток приведет к потерям и нагреву и уменьшит максимальный ток в цепи. Испытания показывают, что наличие оголенного заземляющего проводника рядом с изолированными проводами приведет к более короткому замыканию на землю. В цепях с высоким током экраны могут быть подключены только на одном конце.
На очень длинных высоковольтных цепях экран может быть разбит на несколько секций, так как длительный ход экрана может подняться до опасного напряжения во время сбоя цепи. Однако опасность поражения электрическим током при наличии только одного конца заземленного экрана должна быть оценена для риска!
Экранирование электрического кабеля осуществляется путем окружения узла или изоляции заземленной проводящей средой. Это ограничивает диэлектрическое поле внутри этого экрана.
Используются два различных типа щитов:
- металлический
- Неметаллических
Цели изоляционного экрана:
- Получите симметричное распределение радиального напряжения с изоляцией.
- Устранить тангенциальные и продольные напряжения на поверхности изоляции.
- Исключите из диэлектрического поля такие материалы, как косы, ленты и наполнители, которые не предназначены для изоляции.
- Защитите кабели от индуцированного или прямого напряжения. Щиты делают это, создавая волновое сопротивление по всей длине кабеля и помогая затухать потенциалы перенапряжений.
Экранирование проводника
Кабель с изоляцией из бумаги
В кабелях с номинальным напряжением свыше 2000 вольт по стандартам indusby требуется проводящий экран. Цель полупроводникового, также называемого экранирующего материала над проводником, состоит в том, чтобы обеспечить гладкий цилиндр, а не относительно шероховатую поверхность многожильного проводника, чтобы уменьшить концентрацию напряжений на границе раздела с изоляцией. Экранирование проводника использовалось для кабелей с ламинарной и экструдированной изоляцией.
Используемыми материалами являются либо полупроводниковые материалы, либо полупроводниковые материалы, которые имеют высокую диэлектрическую постоянную и известны как материалы для контроля напряжений. Обе функции выполняют одну и ту же функцию сокращения стресса.
Защитные экраны для кабелей с бумажной изоляцией представляют собой либо сажу, либо металлизированные бумажные ленты. Первоначально проводящие экранирующие материалы были изготовлены из полупроводниковых лент, которые были спирально обернуты поверх проводника. Существующие стандарты все еще допускают такую ленту поверх проводника. Это делается, особенно на больших проводниках, чтобы твердо удерживать нити во время применения экструдированного полупроводникового материала, который теперь требуется для кабелей среднего напряжения.
Опыт работы с кабелями с полупроводниковой лентой не был удовлетворительным, поэтому индустрия изменила свои требования, чтобы вызвать экструдированный слой над проводником.
В экструдированных кабелях этот слой теперь экструдируют непосредственно над проводником и соединяют с изоляционным слоем, который наносится на этот слой для снятия напряжений. Чрезвычайно важно, чтобы между этими двумя слоями не было пустот или посторонних материалов.
Современные экструдированные слои не только чистые (без нежелательных примесей), но и очень гладкие и круглые. Это значительно уменьшило образование водосброса, которое могло возникнуть из нерегулярных поверхностей. Одновременно экструдируя два слоя, проводник и изоляция одновременно отверждаются. Это обеспечивает неразрывную связь, которая минимизирует шансы образования пустоты на критическом интерфейсе. По соображениям совместимости экструдированный экранирующий слой обычно изготавливают из того же или аналогичного полимера, что и изоляция. Специальная сажа используется для создания слоя поверх полупроводникового проводника для обеспечения необходимой проводимости. Промышленные стандарты требуют, чтобы проводящий полупроводниковый материал имел максимальное удельное сопротивление 1000 м-ом. Эти стандарты также требуют, чтобы этот материал прошел долговременную проверку устойчивости к удельному сопротивлению на уровне аварийной рабочей температуры, чтобы гарантировать, что слой остается проводящим и, следовательно, обеспечивает длительный срок службы кабеля.
Водонепроницаемый материал может быть включен как часть экрана проводника, чтобы предотвратить передачу радиальной влаги. Этот слой состоит из тонкого слоя алюминия или свинца, зажатого между полупроводниковым материалом. Аналогичный ламинат может использоваться для изоляционного экрана по той же причине.
Не существует окончательного стандарта, который описывает класс экструдируемых защитных материалов, известных как « супер гладкие, суперчистые ». Обычно не рекомендуется использовать название производителя или номер продукта для описания любого материала. Термин «супер гладкий, супер чистый» - единственный способ в этом письме описать класс материала, который обеспечивает более качественный кабель, чем предыдущая версия. Это только академическая проблема, поскольку более старые типы материалов больше не используются для строительства кабелей среднего напряжения известными поставщиками. Дело в том, что эти новые материалы значительно улучшили качество кабелей при лабораторных оценках.
Изоляционное экранирование для кабелей среднего напряжения
Изоляционный экран для кабеля среднего напряжения состоит из двух компонентов:
- Полупроводниковый или рельефный слой
- Металлический слой ленты или кран, дренажные проводы, концентрические нейтральные провода или металлическая трубка.
Они должны функционировать как устройство для кабеля, обеспечивающего длительный срок службы
Стресс-рельефный слой
Полимерный слой, используемый с эксбудированными кабелями, заменил экраны лент, которые использовались много лет назад. Этот экструдированный слой называется экструдированным изоляционным экраном или экраном. Его свойства и требования к совместимости аналогичны описанным выше экранам проводника, за исключением того, что стандарты требуют, чтобы объемное удельное сопротивление этого внешнего слоя было ограничено до 500 м-ом.
Неметаллический слой находится непосредственно над изоляцией, а напряжение на этом интерфейсе ниже, чем на интерфейсе экрана проводника. Этот внешний слой не требуется связывать для кабелей с номинальным напряжением до 35 кВ. При напряжениях выше этого, настоятельно рекомендуется, чтобы этот слой был связан с изоляцией.
Поскольку большинство пользователей хотят, чтобы этот слой был легко удаляемым, Ассоциация иллюминирующих компаний Edison (AEIC) установила ограничения на растяжение полосы. В настоящее время эти ограничения заключаются в том, что полоса шириной в 1/2 дюйма, параллельная проводке, должна быть не менее 6 фунтов и не менее 24 фунтов силы, которая под углом 90 ° к поверхности изоляции.
Металлический щит
Металлическая часть изоляционного экрана или экрана необходима, чтобы обеспечить низкий путь сопротивления для подачи тока на землю. Важно понимать, что экструдированные защитные материалы не будут выдерживать непрерывный поток тока более чем на несколько миллиампер. Эти материалы способны подавать небольшие объемы зарядного тока, но не могут переносить небалансные токи.
Металлический компонент системы изоляционных экранов должен быть способен выдерживать эти более высокие токи. С другой стороны, чрезмерное количество металла в щите однопроводного кабеля является дорогостоящим двумя способами. Во-первых, дополнительный металл над требуемым количеством увеличивает начальную стоимость кабеля. Во-вторых, чем больше металлическая составляющая изоляционного экрана, тем выше потери экрана, которые приводят к потоку тока в центральном проводнике.
В конструкции кабеля должно быть обеспечено достаточное количество металла, чтобы гарантировать, что кабель активирует резервную защиту в случае какой-либо неисправности кабеля в течение всего срока службы этого кабеля. Существует также проблема потери щита.
Поэтому становится необходимым, чтобы:
- Тип анализируемого оборудования для проверки. Какова конструкция и рабочие характеристики устройства hse, повторного включения или автоматического выключателя?
- Какое повреждение тока будет связано с кабелем?
- Какие потери щита можно терпеть? Сколько раз щит должен быть заземлен? Будут ли разрывы экрана для предотвращения циркулирующих токов?
Концентрические нейтральные кабели
Когда указаны концентрические нейтральные кабели, концентрические нейтралы должны быть изготовлены в соответствии со стандартами ICEA. Эти провода должны соответствовать стандарту ASTM B3 для кабелей без покрытия или B33 для проводов с покрытием.
Эти провода наносятся непосредственно поверх неметаллического изоляционного экрана с прокладкой не менее шести или более чем в десять раз превышающей диаметр по концентрическим проводам.
Экранирование низковольтных кабелей
Экранирование кабелей низкого напряжения обычно требуется, когда индуктивные помехи могут быть проблемой. В многочисленных коммуникационных, контрольно-измерительных и управляющих кабелях небольшие электрические сигналы могут передаваться на кабельный проводник и усиливаться на приемном конце. Нежелательные сигналы (шум) из-за индуктивных помех могут быть увеличены. Это может привести к ложным сигналам или слышимым шумом, которые могут влиять на голосовую связь.
Во всем частотном спектре необходимо разделить возмущения на эффекты электрического поля и эффекты магнитного поля.
Электрические поля
Эффектами электрического поля являются те, которые являются функцией емкостной связи или взаимной емкости между цепями. Экранирование может осуществляться с помощью сплошного металлического экрана, чтобы изолировать нарушенную цепь от возмущающего контура.
Даже полупроводниковые экструзии или ленты, дополненные заземленным проводником dmin, могут служить некоторой защитной функцией для эффектов электрического поля.
Магнитные поля
Эффекты магнитного поля являются результатом связи магнитного поля между цепями. Это немного сложнее, чем для электрических эффектов.
На относительно низких частотах энергия, испускаемая источником, рассматривается как излучение. Это увеличивается с квадратом частоты. Это электромагнитное излучение может вызывать дисбалансы на значительном расстоянии и проникать в любые «отверстия» в экранировании. Это может происходить с экранированными экранами или лентами, которые не перекрываются. Тип металла, используемого в щите, также может влиять на количество помех.
Любой металлический экранирующий материал, в отличие от магнитных металлов, будет обеспечивать некоторый экран из-за вихревых токов, которые устанавливаются в металлическом щите с помощью падающего поля. Эти вихревые токи имеют тенденцию нейтрализовать возмущающее поле. Неметаллическое полупроводниковое экранирование неэффективно для магнитных эффектов. В общем, наиболее эффективным защитным покрытием является полный стальной канал, но это не всегда практично.
Эффективность щита называется « защитным фактором » и дается как:
SF = Индуцированное напряжение в схеме защиты / Введенное напряжение в неэкранированной цепи
Гудинг и Слейд сообщили о контрольных схемах для оценки эффективности различных экранирующих конструкций против эффектов электрического поля и эффектов магнитного поля.
ИСТОЧНИК: Лоуренс Дж. Келли и Карл К. Ландингер, Википедия