De afscherming die in draad- en kabelproducten wordt gebruikt, kent twee totaal verschillende concepten: elektromagnetische afscherming en elektrische veldafscherming. Elektromagnetische afscherming is ontworpen om te voorkomen dat kabels die hoogfrequente signalen verzenden (zoals RF-kabels en elektronische kabels) externe interferentie veroorzaken, of om te voorkomen dat externe elektromagnetische golven interfereren met kabels die zwakke stromen verzenden (zoals signaal- of meetkabels), en om overspraak tussen draden te verminderen. Elektrische veldafscherming is ontworpen om het sterke elektrische veld op het geleideroppervlak of het isolatieoppervlak van middenspannings- en hoogspanningskabels in evenwicht te brengen.
1. Structuur en eisen van elektrische veldafschermingslagen
De afscherming van stroomkabels omvat geleiderafscherming, isolatieafscherming en metalen afscherming. Volgens de relevante normen moeten kabels met een nominale spanning van meer dan 0,6/1 kV een metalen afschermingslaag hebben, die op elke geïsoleerde ader of op de ader van een meeraderige kabel kan worden aangebracht. Voor XLPE-geïsoleerde kabels met een nominale spanning van minimaal 3,6/6 kV en dunwandige EPR-kabels met een nominale spanning van minimaal 3,6/6 kV (of dikwandige kabels met een nominale spanning van minimaal 6/10 kV) zijn ook interne en externe halfgeleidende afschermingsstructuren vereist.
(1) Afscherming van de geleider en afscherming van de isolatie
De afscherming van de geleider (de interne halfgeleidende afscherming) moet niet-metallisch zijn en bestaan uit geëxtrudeerd halfgeleidend materiaal of een halfgeleidende tape die om de geleider is gewikkeld, gevolgd door een geëxtrudeerde halfgeleidende laag.
Isolatieafscherming (buitenste halfgeleidende afscherming) is een niet-metallische halfgeleidende laag die direct op het buitenoppervlak van elke geïsoleerde kern wordt geëxtrudeerd. Deze laag kan stevig aan de isolatie vastzitten of ervan afpelbaar zijn. De geëxtrudeerde binnenste en buitenste halfgeleidende lagen moeten stevig aan de isolatie vastzitten, met gladde overgangen, zonder zichtbare draadmarkeringen en zonder scherpe randen, deeltjes, schroeiplekken of krassen. De soortelijke weerstand vóór en na veroudering mag niet hoger zijn dan 1000 Ω·m voor de geleiderafschermingslaag en 500 Ω·m voor de isolatieafschermingslaag.
De binnenste en buitenste halfgeleidende afschermingsmaterialen worden gemaakt door de overeenkomstige isolatiematerialen (zoals verknoopt polyethyleen, ethyleen-propyleenrubber, enz.) te mengen met roet, antioxidanten, ethyleen-vinylacetaatcopolymeer en andere additieven. De roetdeeltjes moeten gelijkmatig verdeeld zijn binnen het polymeer, zonder agglomeratie of slechte dispersie.
De dikte van de binnenste en buitenste halfgeleidende afschermingslagen neemt toe met het spanningsniveau. Omdat de elektrische veldsterkte op de isolatielaag aan de binnenzijde hoger en aan de buitenzijde lager is, moet de dikte van de halfgeleidende afschermingslagen aan de binnenzijde ook groter zijn dan aan de buitenzijde. Vroeger werd de buitenste halfgeleidende afscherming iets dikker gemaakt dan de binnenste om krassen door onvoldoende doorhangcontrole of perforaties door te harde koperen tapes te voorkomen. Nu, met online automatische doorhangcontrole en gegloeide zachte koperen tapes, moet de binnenste halfgeleidende afschermingslaag iets dikker zijn dan of gelijk zijn aan de buitenste laag. Voor kabels van 6, 10 en 35 kV is de dikte van de binnenste laag over het algemeen 0,5, 0,6 en 0,8 mm.
(2) Metalen afscherming
Kabels met een nominale spanning hoger dan 0,6/1 kV moeten een metalen afschermingslaag hebben. Deze metalen afschermingslaag moet op elke geïsoleerde ader of kabelkern worden aangebracht. De metalen afscherming moet bestaan uit een of meer metalen tapes, metalen vlechten, concentrische lagen metalen draden of een combinatie van metalen draden en metalen tapes.
In Europa en andere ontwikkelde landen wordt, vanwege het gebruik van weerstandsgeaarde dubbelcircuitsystemen met hogere kortsluitstromen, koperdraadafscherming veelvuldig toegepast. Sommige fabrikanten verwerken koperdraden in de scheidingsmantel of de buitenmantel om de kabeldiameter te verkleinen. In China, met uitzondering van enkele belangrijke projecten die weerstandsgeaarde dubbelcircuitsystemen gebruiken, maken de meeste systemen gebruik van enkelcircuitvoedingen met vlamboogonderdrukkingsspoelen, waardoor de kortsluitstroom tot een minimum wordt beperkt en koperen tape-afscherming kan worden gebruikt. Kabelproducenten verwerken ingekochte harde koperen tapes door ze te snijden en te gloeien om een bepaalde rek en treksterkte te bereiken (te hard zal de isolatielaag beschadigen, te zacht zal rimpelen) vóór gebruik. Zachte koperen tapes moeten voldoen aan GB/T11091-2005 Koperen tape voor kabels.
Koperen afscherming moet bestaan uit één laag overlappende zachte koperen tape of twee lagen spiraalvormig gewikkelde zachte koperen tape met tussenruimten. De gemiddelde overlap van de koperen tape moet 15% van de breedte (nominale waarde) bedragen en de minimale overlap mag niet minder dan 5% zijn. De nominale dikte van de koperen tape moet minimaal 0,12 mm zijn voor enkeladerige kabels en minimaal 0,10 mm voor meeraderige kabels. De minimale dikte van de koperen tape mag niet minder dan 90% van de nominale waarde zijn. Afhankelijk van de buitendiameter van de isolatieafscherming (≤25 mm of >25 mm) is de breedte van de koperen tape doorgaans 30-35 mm.
Koperdraadafscherming bestaat uit spiraalvormig gewikkelde zachte koperdraden, vastgezet met een tegenspiraalvormige wikkeling van koperdraden of koperbanden. De weerstand moet voldoen aan de eisen van GB/T3956-2008 Geleiders van kabels, en de nominale doorsnede moet worden bepaald op basis van de kortsluitstroomcapaciteit. Koperdraadafscherming kan worden aangebracht over de binnenmantel van drieaderige kabels of direct over de isolatie, de buitenste halfgeleidende afschermingslaag of een geschikte binnenmantel van eenaderige kabels. De gemiddelde afstand tussen aangrenzende koperdraden mag niet groter zijn dan 4 mm. De gemiddelde afstand G wordt berekend met de volgende formule:
waar:
D – diameter van de kabelkern onder de koperdraadafscherming, in mm;
d – diameter van de koperdraad, in mm;
n – aantal koperdraden.
2. De rol van afschermingslagen en hun relatie tot spanningsniveaus
(1) Rol van de interne en externe halfgeleidende afscherming
Kabelgeleiders worden over het algemeen gemaakt van meerdere gevlochten draden. Tijdens het extruderen van de isolatie kunnen er openingen, bramen en andere oneffenheden in het oppervlak ontstaan tussen het geleideroppervlak en de isolatielaag. Dit veroorzaakt een concentratie van het elektrische veld, wat leidt tot lokale ontladingen in de luchtspleet en boomvorming, en vermindert de diëlektrische eigenschappen. Door een laag halfgeleidend materiaal (geleiderafscherming) over het geleideroppervlak te extruderen, wordt een nauw contact met de isolatie gewaarborgd. Omdat de halfgeleidende laag en de geleider zich op hetzelfde potentiaal bevinden, is er, zelfs bij openingen ertussen, geen sprake van een elektrisch veld, waardoor partiële ontladingen worden voorkomen.
Op dezelfde manier zijn er openingen tussen het buitenste isolatieoppervlak en de metalen mantel (of metalen afscherming), en hoe hoger het spanningsniveau, hoe groter de kans op ontlading in de luchtspleet. Door een halfgeleidende laag (isolatieafscherming) op het buitenste isolatieoppervlak aan te brengen, wordt een extern potentiaalvlak gevormd met de metalen mantel, waardoor elektrische velden in de openingen worden geëlimineerd en partiële ontladingen worden voorkomen.
(2) Rol van metalen afscherming
De functies van metalen afscherming omvatten: het geleiden van capacitieve stroom onder normale omstandigheden, het dienen als pad voor kortsluitstroom tijdens storingen; het beperken van het elektrische veld binnen de isolatie (waardoor externe elektromagnetische interferentie wordt verminderd) en het garanderen van een uniform radiaal elektrisch veld; het fungeren als de neutrale lijn in driefasige vierdraadssystemen om ongelijkmatige stroom te geleiden; en het bieden van radiale waterafscherming.
Geplaatst op: 28 juli 2025