Экранирование, используемое в кабельно-проводниковой продукции, имеет два совершенно разных принципа: электромагнитное экранирование и экранирование электрического поля. Электромагнитное экранирование предназначено для предотвращения внешних помех, создаваемых кабелями, передающими высокочастотные сигналы (например, радиочастотными и электронными кабелями), или для блокировки воздействия внешних электромагнитных волн на кабели, передающие слабые токи (например, сигнальные или измерительные кабели), а также для уменьшения перекрестных помех между проводами. Экранирование электрического поля предназначено для компенсации сильного электрического поля на поверхности проводника или изоляции силовых кабелей среднего и высокого напряжения.
1. Структура и требования к слоям экранирования электрического поля
Экранирование силовых кабелей включает экранирование проводников, экранирование изоляцией и металлическое экранирование. Согласно действующим стандартам, кабели с номинальным напряжением свыше 0,6/1 кВ должны иметь металлический экранирующий слой, который может быть нанесен на каждую изолированную жилу или на многожильный многожильный сердечник кабеля. Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) с номинальным напряжением не менее 3,6/6 кВ и кабелей с тонкой изоляцией из этиленпропиленового каучука (ЭПР) с номинальным напряжением не менее 3,6/6 кВ (или кабелей с толстой изоляцией с номинальным напряжением не менее 6/10 кВ) также требуется наличие внутреннего и внешнего полупроводящего экранирующего слоя.
(1) Экранирование проводников и экранирование изоляции
Экранирование проводника (внутреннее полупроводящее экранирование) должно быть неметаллическим и состоять из экструдированного полупроводящего материала или полупроводящей ленты, обернутой вокруг проводника, а затем экструдированного полупроводящего слоя.
Изоляционный экран (внешний полупроводящий экран) представляет собой неметаллический полупроводящий слой, экструдированный непосредственно на внешнюю поверхность каждой изолированной жилы. Этот слой может быть плотно приклеен к изоляции или отслаиваться от неё. Экструдированные внутренний и внешний полупроводящие слои должны быть плотно приклеены к изоляции, иметь гладкие поверхности, без видимых следов прожил, острых кромок, частиц, следов подгорания или царапин. Удельное сопротивление до и после старения не должно превышать 1000 Ом·м для экранирующего слоя проводника и 500 Ом·м для экранирующего слоя изоляции.
Внутренние и внешние полупроводящие экранирующие материалы изготавливаются путём смешивания соответствующих изоляционных материалов (таких как сшитый полиэтилен, этиленпропиленовый каучук и т.д.) с техническим углеродом, антиоксидантами, сополимером этилена и винилацетата и другими добавками. Частицы технического углерода должны быть равномерно распределены в полимере, без агломерации или плохого распределения.
Толщина внутреннего и внешнего полупроводящих экранирующих слоев увеличивается с ростом напряжения. Поскольку напряженность электрического поля на изоляционном слое выше внутри и ниже снаружи, толщина полупроводящих экранирующих слоев также должна быть больше внутри, чем снаружи. В прошлом внешний полупроводящий экран делался немного толще внутреннего, чтобы предотвратить царапины из-за плохого контроля провисания или проколы, вызванные слишком твердыми медными лентами. Теперь, с онлайн-автоматическим контролем провисания и отожженными мягкими медными лентами, внутренний полупроводящий экранирующий слой следует делать немного толще или равным внешнему слою. Для кабелей 6–10–35 кВ толщина внутреннего слоя обычно составляет 0,5–0,6–0,8 мм.
(2) Металлическое экранирование
Кабели с номинальным напряжением более 0,6/1 кВ должны иметь металлический экранирующий слой. Металлический экранирующий слой должен быть нанесён на каждую изолированную жилу или жилу кабеля. Металлический экранирующий слой должен состоять из одной или нескольких металлических лент, металлических оплеток, концентрических слоёв металлических проволок или комбинации металлических проволок и металлических лент.
В Европе и других развитых странах, в связи с использованием двухконтурных систем с резистивным заземлением и более высокими токами короткого замыкания, широко применяется экранирование медной проволокой. Некоторые производители встраивают медные провода в разделительную оболочку или внешнюю оболочку, чтобы уменьшить диаметр кабеля. В Китае, за исключением некоторых ключевых проектов, где используются двухконтурные системы с резистивным заземлением, в большинстве систем используются одноконтурные источники питания с заземлением через дугогасящую катушку, которые ограничивают ток короткого замыкания до минимума, поэтому можно использовать экранирование медной лентой. Кабельные заводы обрабатывают закупленные твердые медные ленты путем продольной резки и отжига для достижения определенного удлинения и прочности на разрыв (слишком твердые будут царапать слой экрана изоляции, слишком мягкие будут морщиться) перед использованием. Мягкие медные ленты должны соответствовать стандарту GB/T11091-2005 «Медная лента для кабелей».
Медный ленточный экран должен состоять из одного слоя перекрывающейся мягкой медной ленты или двух слоев спирально намотанной мягкой медной ленты с зазорами. Средний коэффициент перекрытия медной ленты должен составлять 15% от ее ширины (номинальное значение), а минимальный коэффициент перекрытия должен быть не менее 5%. Номинальная толщина медной ленты должна быть не менее 0,12 мм для одножильных кабелей и не менее 0,10 мм для многожильных кабелей. Минимальная толщина медной ленты должна быть не менее 90% от номинального значения. В зависимости от наружного диаметра изоляционного экрана (≤25 мм или >25 мм), ширина медной ленты обычно составляет 30–35 мм.
Медный проволочный экран выполнен из спирально намотанных мягких медных проволок, закрепленных встречно-спиральной обмоткой из медных проволок или медных лент. Его сопротивление должно соответствовать требованиям стандарта GB/T3956-2008 «Проводники кабелей», а номинальное сечение определяется в зависимости от допустимой силы тока короткого замыкания. Медный проволочный экран может быть наложен поверх внутренней оболочки трехжильных кабелей или непосредственно поверх изоляции, внешнего полупроводящего экранирующего слоя или соответствующей внутренней оболочки одножильных кабелей. Средний зазор между соседними медными проволоками не должен превышать 4 мм. Средний зазор G рассчитывается по формуле:
где:
D – диаметр жилы кабеля под экраном из медной проволоки, мм;
d – диаметр медной проволоки, в мм;
n – количество медных проводов.
2. Роль экранирующих слоев и их связь с уровнями напряжения
(1) Роль внутреннего и внешнего полупроводящего экранирования
Кабельные жилы обычно уплотняются из многожильных проводов. При экструзии изоляции между поверхностью проводника и слоем изоляции могут образовываться зазоры, заусенцы и другие неровности поверхности, что приводит к концентрации электрического поля, что приводит к локальным разрядам в воздушном зазоре и древесным разрядам, а также к снижению диэлектрических свойств. Экструдирование слоя полупроводящего материала (экрана проводника) на поверхность проводника обеспечивает плотный контакт с изоляцией. Поскольку полупроводящий слой и проводник находятся под одинаковым потенциалом, даже при наличии зазоров между ними электрическое поле отсутствует, что предотвращает частичные разряды.
Аналогично, между внешней поверхностью изоляции и металлической оболочкой (или металлическим экраном) имеются зазоры, и чем выше уровень напряжения, тем выше вероятность возникновения разряда в воздушном зазоре. Экструдирование полупроводящего слоя (изоляционного экрана) на внешней поверхности изоляции позволяет сформировать внешнюю эквипотенциальную поверхность с металлической оболочкой, устраняя электрические поля в зазорах и предотвращая частичные разряды.
(2) Роль металлического экранирования
Функции металлического экрана включают в себя: проведение емкостного тока в нормальных условиях, выполнение функции пути для тока короткого замыкания при неисправностях; ограничение электрического поля внутри изоляции (снижение внешних электромагнитных помех) и обеспечение равномерного радиального электрического поля; выполнение роли нейтральной линии в трехфазных четырехпроводных системах для передачи неуравновешенного тока; и обеспечение радиальной защиты от блокировки воды.
Время публикации: 28 июля 2025 г.