Skärmningen som används i tråd- och kabelprodukter har två helt olika koncept: elektromagnetisk skärmning och elektrisk fältskärmning. Elektromagnetisk skärmning är utformad för att förhindra att kablar som sänder högfrekventa signaler (såsom RF-kablar och elektroniska kablar) orsakar externa störningar eller för att blockera externa elektromagnetiska vågor från att störa kablar som sänder svaga strömmar (såsom signal- eller mätkablar), samt för att minska överhörning mellan ledningar. Elektrisk fältskärmning är utformad för att balansera det starka elektriska fältet på ledarens yta eller isoleringsytan på mellan- och högspänningskablar.
1. Struktur och krav för skärmningslager för elektriska fält
Skärmning av kraftkablar omfattar ledarskärmning, isolationsskärmning och metallisk skärmning. Enligt relevanta standarder bör kablar med en märkspänning större än 0,6/1 kV ha ett metalliskt skärmningsskikt, som kan appliceras på varje isolerad kärna eller på den flerledariga kabelkärnan. För XLPE-isolerade kablar med en märkspänning som inte understiger 3,6/6 kV och EPR-tunnisolerade kablar med en märkspänning som inte understiger 3,6/6 kV (eller tjockisolerade kablar med en märkspänning som inte understiger 6/10 kV) krävs även inre och yttre halvledande skärmningsstrukturer.
(1) Ledarskärmning och isolationsskärmning
Ledarskärmning (inre halvledande skärmning) ska vara icke-metallisk, bestående av extruderat halvledande material eller en halvledande tejp lindad runt ledaren följt av ett extruderat halvledande lager.
Isoleringsskärmning (yttre halvledande skärmning) är ett icke-metalliskt halvledande skikt som extruderas direkt på den yttre ytan av varje isolerad kärna, vilket antingen kan vara tätt sammanfogat med eller avskalat från isoleringen. De extruderade inre och yttre halvledande skikten ska vara tätt sammanfogade med isoleringen, med släta gränssnitt, inga uppenbara trådmärken och inga vassa kanter, partiklar, brännmärken eller repor. Resistiviteten före och efter åldring bör inte överstiga 1000 Ω·m för ledarskärmningsskiktet och 500 Ω·m för isoleringsskärmningsskiktet.
De inre och yttre halvledande skärmningsmaterialen tillverkas genom att blanda motsvarande isoleringsmaterial (såsom tvärbunden polyeten, etylen-propylengummi etc.) med kimrök, antioxidanter, etylen-vinylacetat-sampolymer och andra tillsatser. Kimrökspartiklarna bör vara jämnt dispergerade i polymeren, utan agglomerering eller dålig dispersion.
Tjockleken på de inre och yttre halvledande skärmningsskikten ökar med spänningsnivån. Eftersom den elektriska fältstyrkan på isoleringsskiktet är högre inuti och lägre ututi, bör tjockleken på de halvledande skärmningsskikten också vara större inuti än ututi. Tidigare gjordes den yttre halvledande skärmningen något tjockare än den inre för att förhindra repor på grund av dålig nedhängningskontroll eller punkteringar orsakade av alltför hårda kopparband. Numera, med automatisk onlineövervakning av nedhängning och glödgade mjuka kopparband, bör det inre halvledande skärmningsskiktet göras något tjockare eller lika med det yttre skiktet. För 6–10–35 kV-kablar är den inre skikttjockleken i allmänhet 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Metallisk avskärmning
Kablar med en märkspänning större än 0,6/1 kV bör ha ett metalliskt skärmskikt. Det metalliska skärmskiktet bör appliceras på varje isolerad kärna eller kabelkärna. Metallisk skärmning bör bestå av ett eller flera metallband, metallflätor, koncentriska lager av metalltrådar eller en kombination av metalltrådar och metallband.
I Europa och andra utvecklade länder används ofta koppartrådsskärmning på grund av användningen av resistansjordade dubbelkretssystem med högre kortslutningsströmmar. Vissa tillverkare bäddar in koppartrådar i separationsmanteln eller yttermanteln för att minska kabeldiametern. I Kina, förutom i vissa viktiga projekt som använder resistansjordade dubbelkretssystem, använder de flesta system ljusbågsdämpande spoljordade enkretsströmförsörjningar, vilket begränsar kortslutningsströmmen till ett minimum, så kopparbandsskärmning kan användas. Kabelfabriker bearbetar inköpta hårda kopparband genom skärning och glödgning för att uppnå en viss töjning och draghållfasthet (för hårt kommer att repa det isolerande skärmskiktet, för mjukt kommer att skrynklas) före användning. Mjuka kopparband bör uppfylla GB/T11091-2005 Koppartejp för kablar.
Kopparbandsskärmning bör bestå av ett lager överlappande mjuk kopparband eller två lager spiralformigt lindat mjuk kopparband med mellanrum. Kopparbandets genomsnittliga överlappningsgrad bör vara 15 % av dess bredd (nominellt värde), och den minsta överlappningsgraden bör inte vara mindre än 5 %. Kopparbandets nominella tjocklek bör vara minst 0,12 mm för enledarkablar och minst 0,10 mm för flerledarkablar. Kopparbandets minsta tjocklek bör inte vara mindre än 90 % av det nominella värdet. Beroende på isoleringsskärmningens ytterdiameter (≤25 mm eller >25 mm) är kopparbandets bredd vanligtvis 30–35 mm.
Koppartrådsskärmning är tillverkad av spirallindade mjuka koppartrådar, säkrade med en motspirallindning av koppartrådar eller kopparband. Dess resistans bör uppfylla kraven i GB/T3956-2008 Ledare för kablar, och dess nominella tvärsnittsarea bör bestämmas enligt felströmskapaciteten. Koppartrådsskärmning kan appliceras över innermanteln på trekärnkablar eller direkt över isoleringen, det yttre halvledande skärmningsskiktet eller en lämplig innermantel på enkärnkablar. Det genomsnittliga avståndet mellan intilliggande koppartrådar bör inte överstiga 4 mm. Det genomsnittliga avståndet G beräknas med hjälp av formeln:
där:
D – diametern på kabelkärnan under koppartrådens skärmning, i mm;
d – koppartrådens diameter, i mm;
n – antal koppartrådar.
2. Skärmskiktens roll och deras förhållande till spänningsnivåer
(1) Rollen av inre och yttre halvledande skärmning
Kabelledare är generellt kompakterade av flera fåtvinnade trådar. Under isoleringsextrudering kan det uppstå mellanrum, grader och andra ojämnheter i ytan mellan ledarytan och isoleringsskiktet, vilket orsakar koncentration av elektriskt fält, vilket leder till lokal luftgapurladdning och trädurladdning, och minskar den dielektriska prestandan. Genom att extrudera ett lager av halvledande material (ledarskärmning) över ledarytan säkerställs tät kontakt med isoleringen. Eftersom det halvledande skiktet och ledaren har samma potential, kommer det inte att finnas någon elektrisk fältpåverkan även om det finns mellanrum mellan dem, vilket förhindrar partiella urladdningar.
På liknande sätt finns det mellanrum mellan den yttre isoleringsytan och metallmanteln (eller metallskärmningen), och ju högre spänningsnivån är, desto mer sannolikt är det att luftgapurladdning uppstår. Genom att extrudera ett halvledande lager (isoleringsskärmning) på den yttre isoleringsytan bildas en yttre ekvipotentialyta med metallmanteln, vilket eliminerar elektriska fält i mellanrummen och förhindrar partiella urladdningar.
(2) Metallisk avskärmnings roll
Funktionerna hos metallisk skärmning inkluderar: att bära kapacitiv ström under normala förhållanden, fungera som en väg för kortslutningsström vid fel; begränsa det elektriska fältet inom isoleringen (reducera externa elektromagnetiska störningar) och säkerställa ett enhetligt radiellt elektriskt fält; fungera som neutralledning i trefasiga fyrtrådssystem för att bära obalanserad ström; och ge radiellt vattenblockerande skydd.
Publiceringstid: 28 juli 2025