De afscherming die wordt gebruikt in draad- en kabelproducten kent twee totaal verschillende concepten: elektromagnetische afscherming en afscherming tegen elektrische velden. Elektromagnetische afscherming is ontworpen om te voorkomen dat kabels die hoogfrequente signalen doorgeven (zoals RF-kabels en elektronische kabels) externe interferentie veroorzaken, of om te voorkomen dat externe elektromagnetische golven interfereren met kabels die zwakke stromen doorgeven (zoals signaal- of meetkabels), en om overspraak tussen draden te verminderen. Afscherming tegen elektrische velden is ontworpen om het sterke elektrische veld op het geleideroppervlak of het isolatieoppervlak van midden- en hoogspanningskabels te balanceren.
1. Structuur en vereisten van afschermingslagen tegen elektrische velden
De afscherming van stroomkabels omvat geleiderafscherming, isolatieafscherming en metalen afscherming. Volgens de relevante normen moeten kabels met een nominale spanning hoger dan 0,6/1 kV een metalen afschermingslaag hebben, die kan worden aangebracht op elke geïsoleerde ader of op de meeraderige geslagen kabelkern. Voor XLPE-geïsoleerde kabels met een nominale spanning van minimaal 3,6/6 kV en EPR-kabels met dunne isolatie met een nominale spanning van minimaal 3,6/6 kV (of dik geïsoleerde kabels met een nominale spanning van minimaal 6/10 kV) zijn ook interne en externe halfgeleidende afschermingsstructuren vereist.
(1) Geleiderafscherming en isolatieafscherming
De afscherming van geleiders (interne halfgeleidende afscherming) moet niet-metalen zijn en bestaan uit geëxtrudeerd halfgeleidend materiaal of een halfgeleidende tape die om de geleider gewikkeld is, gevolgd door een geëxtrudeerde halfgeleidende laag.
Isolatieafscherming (buitenste halfgeleidende afscherming) is een niet-metalen halfgeleidende laag die rechtstreeks op het buitenoppervlak van elke geïsoleerde kern wordt geëxtrudeerd en die ofwel stevig aan de isolatie kan worden gehecht, ofwel eraf kan worden getrokken. De geëxtrudeerde binnenste en buitenste halfgeleidende lagen moeten stevig aan de isolatie worden gehecht, met gladde grensvlakken, zonder duidelijke draadsporen, 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 binnen- en buitenzijde van de halfgeleidende afschermingsmaterialen worden gemaakt door de bijbehorende isolatiematerialen (zoals vernet polyethyleen, etheen-propeenrubber, enz.) te mengen met roet, antioxidanten, etheen-vinylacetaatcopolymeer en andere additieven. De roetdeeltjes moeten gelijkmatig verdeeld zijn in het polymeer, zonder agglomeratie of slechte dispersie.
De dikte van de binnenste en buitenste halfgeleidende afschermingslagen neemt toe met de spanning. Omdat de elektrische veldsterkte van de isolatielaag aan de binnenkant hoger en aan de buitenkant lager is, moet de dikte van de halfgeleidende afschermingslagen aan de binnenkant ook groter zijn dan aan de buitenkant. Vroeger werd de buitenste halfgeleidende afscherming iets dikker gemaakt dan de binnenste om krassen te voorkomen als gevolg van slechte doorhangcontrole of perforaties veroorzaakt door te harde kopertapes. Tegenwoordig, met online automatische doorhangbewaking en gegloeide zachte kopertapes, moet de binnenste halfgeleidende afscherming iets dikker of gelijk zijn aan de buitenste laag. Voor 6–10–35 kV-kabels is de dikte van de binnenste laag over het algemeen 0,5–0,6–0,8 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 metaaldraden of een combinatie van metaaldraden en tapes.
In Europa en andere ontwikkelde landen wordt koperdraadafscherming vaak gebruikt vanwege het gebruik van weerstandsgeaarde dubbelcircuitsystemen met hogere kortsluitstromen. Sommige fabrikanten verwerken koperdraden in de scheidingsmantel of buitenmantel om de kabeldiameter te verkleinen. In China, met uitzondering van enkele belangrijke projecten die weerstandsgeaarde dubbelcircuitsystemen gebruiken, gebruiken de meeste systemen enkelcircuitvoedingen met boogonderdrukking en spoelaarding. Deze beperken de kortsluitstroom tot een minimum, zodat kopertape-afscherming kan worden gebruikt. Kabelfabrieken verwerken aangekochte harde kopertapes door ze te snijden en te gloeien om een bepaalde rek en treksterkte te bereiken (te hard zal de isolatielaag krassen, te zacht zal kreukelen) vóór gebruik. Zachte kopertapes moeten voldoen aan GB/T11091-2005 Kopertape voor Kabels.
Afscherming met kopertape moet bestaan uit één overlappende laag zacht kopertape of twee spiraalvormig gewikkelde lagen zacht kopertape met openingen. De gemiddelde overlapping van de kopertape moet 15% van de breedte (nominale waarde) bedragen en de minimale overlapping mag niet minder dan 5% bedragen. De nominale dikte van de kopertape moet minimaal 0,12 mm zijn voor eenaderige kabels en minimaal 0,10 mm voor meeraderige kabels. De minimale dikte van de kopertape mag niet minder zijn dan 90% van de nominale waarde. Afhankelijk van de buitendiameter van de isolatieafscherming (≤ 25 mm of > 25 mm) bedraagt de breedte van de kopertape doorgaans 30-35 mm.
Koperdraadafscherming bestaat uit spiraalvormig gewikkelde zachte koperdraden, vastgezet met een tegenspiraalvormige wikkeling van koperdraden of kopertapes. 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 lekstroomcapaciteit. Koperdraadafscherming kan worden aangebracht over de binnenmantel van drie-aderige kabels of direct over de isolatie, de buitenste halfgeleidende afschermlaag 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 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 binnen- en buitenhalfgeleidende afscherming
Kabelgeleiders worden over het algemeen samengeperst uit meerdere strengen. Tijdens het extruderen van de isolatie kunnen er openingen, bramen en andere onregelmatigheden in het oppervlak ontstaan tussen het geleideroppervlak en de isolatielaag, waardoor elektrische veldconcentratie ontstaat. Dit leidt tot lokale luchtspleetontlading en treeing-ontlading, en vermindert de diëlektrische prestaties. Door een laag halfgeleidend materiaal (geleiderafscherming) over het geleideroppervlak te extruderen, wordt een nauw contact met de isolatie gegarandeerd. Omdat de halfgeleidende laag en de geleider hetzelfde potentiaal hebben, zal er, zelfs als er openingen tussen zitten, geen elektrische veldwerking optreden, waardoor gedeeltelijke ontladingen worden voorkomen.
Evenzo zijn er openingen tussen het buitenste isolatieoppervlak en de metalen mantel (of metalen afscherming), en hoe hoger het spanningsniveau, hoe groter de kans op luchtspleetontlading. Door een halfgeleidende laag (isolatieafscherming) op het buitenste isolatieoppervlak te extruderen, wordt een equipotentiaaloppervlak gevormd met de metalen mantel, waardoor elektrische velden in de openingen worden geëlimineerd en gedeeltelijke ontladingen worden voorkomen.
(2) Rol van metalen afscherming
De functies van metalen afscherming zijn onder meer: het geleiden van capacitieve stroom onder normale omstandigheden, het dienen als pad voor kortsluitstroom bij storingen, het beperken van het elektrische veld binnen de isolatie (vermindering van externe elektromagnetische interferentie) en het zorgen voor een uniform radiaal elektrisch veld, het fungeren als de neutrale lijn in driefasen-vierdraadssystemen om ongebalanceerde stroom te geleiden en het bieden van radiale bescherming tegen water.
Plaatsingstijd: 28-07-2025