Afscherming van stroomkabels

Waarom afscherming van kabels?

Midden- en hoogspanningskabels, in circuitsmeer dan 2000 volt, hebben meestal een schildlaag van koper of aluminiumtape of geleidend polymeer. Als een onafgeschermde geïsoleerde kabel in contact is met de aarde of een geaard voorwerp, zal het elektrostatische veld rond de geleider worden geconcentreerd op het contactpunt, resulterend in corona-ontlading en uiteindelijke vernietiging van de isolatie.

Eveneens, lekstroom en capacitieve stroom door de isolatie vormt een gevaar vanelektrische schok. Het geaarde schild compenseert de elektrische spanning rond de geleider en leidt eventuele lekstroom af naar de aarde. Zorg ervoor dat u spanningsverlichting / kegels aan de uiteinden van de afscherming aanbrengt, vooral voor kabels die op meer dan 2KV naar aarde werken.

Schilden op stroomkabels zijn verbonden met aardevermalen aan elk afschermeinde en aan splitsingen voor redundantie om schokken te voorkomen, hoewel geïnduceerde stroom in het scherm zal vloeien. Deze stroom produceert verliezen en verwarming en verlaagt de maximale stroombelasting van het circuit. Tests tonen aan dat het hebben van een blote aardgeleider naast de geïsoleerde draden de foutstroom sneller naar aarde zal geleiden. Op hoge stroomcircuits kunnen de schermen slechts aan één uiteinde zijn aangesloten.

Op zeer lange hoogspanningscircuits, het schildkan in meerdere secties worden onderverdeeld, omdat een lange afscherming tijdens een circuitstoring tot gevaarlijke spanningen kan oplopen. Het risico van schokken waarbij slechts één uiteinde van het schild is geaard, moet echter worden beoordeeld op het risico!

Afscherming van een elektrische stroomkabel wordt bereikt door het geheel of de isolatie te omgeven met een geaard geleidend medium. Dit beperkt het diëlektrische veld tot de binnenkant van dit schild.

Het doel van het isolatieschild is om:

• Zorg voor een symmetrische radiale spanningsverdeling met de isolatie.
• Elimineer tangentiële en longitudinale spanningen op het oppervlak van de isolatie.
• Sluit materialen uit het diëlektrische veld uit, zoals vlechten, tapes en vullers die niet bedoeld zijn als isolatie.
• Bescherm de kabels tegen geïnduceerde of directe aver-voltages. Schilden doen dit door de stootimpedantie uniform te maken langs de lengte van de kabel en door te helpen de stootspanningen te verzwakken.

Afscherming van de conducteur

Papier geïsoleerde kabel

In kabels met een vermogen van meer dan 2000 volt, een geleiderschild is vereist volgens industriestandaarden. Het doel van de halfgeleidende, ook afschermende, materiaal over de geleider is om een ​​gladde cilinder te verschaffen in plaats van het relatief ruwe oppervlak van een geslagen geleider om de spanningsconcentratie op het grensvlak met de isolatie te verminderen.

De gebruikte materialen zijn halfgeleidende materialen of materialen met een hoge diëlektrische constante en staan ​​bekend als stressbestrijdingsmaterialen. Beide dienen dezelfde functie van stressvermindering.

Dirigent schilden voor papier geïsoleerde kabels zijn carbonzwartbanden of gemetalliseerd papiertapes. De geleiderafschermingsmaterialen waren oorspronkelijk gemaakt van halfgeleidende tapes die spiraalvormig om de geleider waren gewikkeld. Huidige standaarden maken nog steeds zo'n band mogelijk over de geleider. Dit wordt gedaan, vooral op grote geleiders, om de strengen stevig samen te houden tijdens de toepassing van het geëxtrudeerde halfgeleidende materiaal dat nu vereist is voor middenspanningskabels.

Ervaring met kabels die alleen een halfgeleidetape hadden, was niet bevredigend, dus de industrie veranderde hun vereisten om een ​​geëxtrudeerde laag over de geleider te vragen.

In geëxtrudeerde kabels wordt deze laag nu geëxtrudeerdrechtstreeks over de geleider en is verbonden met de isolatielaag die over deze spanningsontlastingslaag wordt aangebracht. Het is uitermate belangrijk dat er geen holtes of vreemd materiaal tussen deze twee lagen bestaat.

Presentday geëxtrudeerde lagen zijn niet alleen schoon(vrij van ongewenste onzuiverheden) maar zijn zeer soepel en rond. Dit heeft de vorming van waterputten die kunnen ontstaan ​​door onregelmatige oppervlakken sterk verminderd. Door tegelijkertijd de twee lagen te extruderen, worden het geleiderschild en de isolatie tegelijkertijd uitgehard. Dit zorgt voor de onscheidbare band die de kans op de vorming van een holte op de kritieke interface minimaliseert.

Om compatibiliteitsredenen wordt de geëxtrudeerde afschermlaag meestal gemaakt van hetzelfde of een vergelijkbaar polymeer als de isolatie.

Een waterondoordringbaar materiaal kan worden opgenomenals onderdeel van het geleiderschild om radiale vochttransmissie te voorkomen. Deze laag bestaat uit een dunne laag aluminium of lood die is gesandwiched tussen halfgeleidend materiaal. Een soortgelijk laminaat kan om dezelfde reden worden gebruikt voor een isolatieschild.

Er is geen definitieve norm die de klasse van extrudeerbare afschermingsmaterialen beschrijft die bekend staan ​​als "super soepel, super schoon”. Het is meestal niet praktisch om de naam of het artikelnummer van een fabrikant te gebruiken om materiaal te beschrijven.

Het punt is dat deze nieuwere materialen de kabelprestaties aanzienlijk hebben verbeterd in laboratoriumevaluaties.

Isolatiebeveiliging voor middenspanningskabels

Het isolatiescherm voor een middenspanningskabel bestaat uit twee componenten:

• Halfgeleidende of spanningsarme laag
• Metalen laag tape of tap, drain-draden, concentrische neutrale draden of een metalen buis.

Ze moeten functioneren als een eenheid voor een kabel om een ​​lange levensduur te bereiken

Stress Relief Layer

De polymeerlaag die wordt gebruikt met geëxcodeerde kabels heeftvervangen de tapes schilden die vele jaren geleden werden gebruikt. Deze geëxtrudeerde laag wordt het geëxtrudeerde isolatiescherm of -scherm genoemd. De eigenschappen en compatibiliteitseisen zijn vergelijkbaar met de geleiderafscherming die eerder is beschreven, behalve dat normen vereisen dat de volumeweerstand van deze externe laag wordt beperkt tot 500 meter-ohm.

De niet-metallische laag bevindt zich direct boven deisolatie en de spanningsspanning op die interface is lager dan bij de interface van de geleiderscherm. Deze buitenlaag hoeft niet te worden verbonden voor kabels met een nominale waarde tot 35 kV. Bij spanningen daarboven wordt sterk aanbevolen om deze laag aan de isolatie te hechten.

Omdat de meeste gebruikers willen dat deze laag eenvoudig verwijderbaar is, is de Vereniging van Edison Illuminating Companies (AEIC) heeft stringspanningslimieten vastgesteld. Op dit moment zijn deze limieten dat een strip met een breedte van 1/2 inch breed evenwijdig aan de geleider aftrekt met een minimum van 6 pond en een minimum van 24 pond kracht die zich in een hoek van 90º ten opzichte van het isolatieoppervlak bevindt.

Metalen schild

Het metalen deel van het isolatieschild ofscherm is nodig om een ​​pad met lage weerstand te bieden voor het laden van stroom naar aarde. Het is belangrijk om te beseffen dat de geëxtrudeerde afschermmaterialen een langdurige stroom van meer dan enkele milliampères niet zullen overleven. Deze materialen zijn in staat om de kleine hoeveelheden laadstroom over te dragen, maar kunnen geen ongebalanceerde of foutstromen verdragen.

Het metalen onderdeel van de isolatie schild systeem moet in staat zijn om deze hoger tegemoet te komenstromen. Aan de andere kant is een overmatige hoeveelheid metaal in het scherm van een kabel met een enkele geleider op twee manieren kostbaar. Ten eerste verhoogt extra metaal over de hoeveelheid die feitelijk nodig is, de initiële kosten van de kabel. Ten tweede, hoe groter de metalen component van de isolatieschild, hoe hoger de afschermingsverliezen die het gevolg zijn van de stroomstroming in de centrale geleider.

Er moet een voldoende hoeveelheid metaal aanwezig zijnhet kabelontwerp om ervoor te zorgen dat de kabel de back-upbescherming activeert in het geval van een kabelfout gedurende de levensduur van die kabel. Er is ook de zorg voor schildverliezen.

</ Li> </ Ul>

Concentrische neutrale kabels

Wanneer concentrische neutrale kabels worden gespecificeerd, moeten de concentrische neutralen worden vervaardigd in overeenstemming met ICEA-normen. Deze draden moeten elkaar ontmoeten ASTM B3 voor niet-gecoate draden of B33 voor gecoate draden.

Deze draden worden rechtstreeks op het niet-metalen isolatieschild aangebracht met een laag van niet minder dan zes of meer dan tien keer de diameter over de concentrische draden.

Afscherming van laagspanningskabels

Afscherming van laagspanningskabels is in het algemeenvereist waar inductieve interferentie een probleem kan zijn. In talrijke communicatie-, instrumentatie- en besturingskabeltoepassingen kunnen kleine elektrische signalen worden verzonden op de kabelgeleider en versterkt aan het ontvangende uiteinde. Ongewenste signalen (lawaai) als gevolg van inductieve interferentie kan de ontvanger signaal geven. Dit kan resulteren in valse signalen of hoorbare ruis die spraakcommunicatie kan beïnvloeden.

Over het gehele frequentiespectrum is het noodzakelijk om storingen te scheiden in elektrische veldeffecten en magnetische veldeffecten.

Elektrische velden

Elektrische veldeffecten zijn die welke een zijnfunctie van de capacitieve koppeling of wederzijdse capaciteit tussen de circuits. Afscherming kan worden uitgevoerd door een ononderbroken metalen afscherming om het verstoorde circuit van het storende circuit te isoleren.

Zelfs halfgeleidende extrusies of tapes aangevuld met een geaarde dmin-draad kunnen enige afschermfunctie dienen voor elektrische veldeffecten.

Magnetische velden

Magnetische veldeffecten zijn het resultaat van een magnetische veldkoppeling tussen circuits. Dit is een beetje complexer dan voor elektrische effecten.

Bij relatief lage frequenties wordt de energie uitgestraaldvan de bron wordt behandeld als straling. Dit neemt toe met het kwadraat van de frequentie. Deze elektromagnetische straling kan aanzienlijke afstanden veroorzaken en door elke "opening" in de afscherming dringen. Dit kan gebeuren met vlechtschilden of tapes die niet overlappen. Het type metaal dat in het schild wordt gebruikt, kan ook de hoeveelheid verstoring beïnvloeden.

Elk metalen schildmateriaal, in tegenstelling totmagnetische metalen, zullen enige bescherming bieden vanwege de wervelstromen die door het botsende veld in de metalen afscherming worden geplaatst. Deze wervelstromen hebben de neiging om het verontrustende veld te neutraliseren. Niet-metalen, halfgeleidende afscherming is niet effectief voor magnetische effecten. Over het algemeen is de meest effectieve afscherming een complete stalen buis, maar dit is niet altijd praktisch.

De effectiviteit van een schild wordt de "afschermingsfactor"En wordt gegeven als:

</ Strong>

Testcircuits voor het meten van de effectiviteit van verschillende afschermingsontwerpen tegen elektrische veldeffecten en magnetische veldeffecten zijn gemeld door Gooding en Slade.

BRON: Lawrence J. Kelly en Carl C. Landinger, Wikipedia