Johdin- ja kaapelituotteissa käytetyllä suojauksella on kaksi täysin eri käsitettä: sähkömagneettinen suojaus ja sähkökenttäsuojaus. Sähkömagneettisen suojauksen tarkoituksena on estää korkeataajuisia signaaleja siirtävien kaapeleiden (kuten RF-kaapeleiden ja elektroniikkakaapeleiden) aiheuttamat ulkoiset häiriöt tai estää ulkoisten sähkömagneettisten aaltojen häiritsemästä heikkoja virtoja siirtäviä kaapeleita (kuten signaali- tai mittauskaapeleita) sekä vähentää johtimien välistä ylikuulumista. Sähkökenttäsuojauksen tarkoituksena on tasapainottaa voimakasta sähkökenttää keski- ja suurjännitekaapeleiden johtimen pinnalla tai eristyspinnalla.
1. Sähkökentän suojauskerrosten rakenne ja vaatimukset
Voimakaapeleiden suojaukseen kuuluvat johtimen suojaus, eristyssuojaus ja metallinen suojaus. Asiaankuuluvien standardien mukaan kaapeleissa, joiden nimellisjännite on yli 0,6/1 kV, tulisi olla metallinen suojakerros, joka voidaan levittää jokaiselle eristetylle ytimelle tai monijohtimiselle kaapelin säikeelle. XLPE-eristetyille kaapeleille, joiden nimellisjännite on vähintään 3,6/6 kV, ja EPR-ohuteristeisille kaapeleille, joiden nimellisjännite on vähintään 3,6/6 kV (tai paksueristeisille kaapeleille, joiden nimellisjännite on vähintään 6/10 kV), vaaditaan myös sisä- ja ulkopuoliskoiset puolijohtavat suojarakenteet.
(1) Johtimen suojaus ja eristyssuojaus
Johtimen suojauksen (sisäisen puolijohtavan suojauksen) tulee olla ei-metallista ja koostua puristetusta puolijohtavasta materiaalista tai johtimen ympärille kiedotusta puolijohtavasta teipistä, jota seuraa puristettu puolijohtava kerros.
Eristyssuojaus (ulompi puolijohtava suojaus) on ei-metallinen puolijohtava kerros, joka pursotetaan suoraan kunkin eristetyn ytimen ulkopinnalle. Se voi olla joko tiiviisti liimattu eristeeseen tai kuorittavissa siitä irti. Pursotettujen sisä- ja ulkopuolijohtavien kerroksien tulee olla tiiviisti liimattu eristeeseen, sileiden rajapintojen, ilman näkyviä säikeiden jälkiä eikä teräviä reunoja, hiukkasia, palojälkiä tai naarmuja. Resistiivisyys ennen ja jälkeen vanhentamisen ei saa ylittää 1000 Ω·m johtimen suojakerrokselle ja 500 Ω·m eristyksen suojakerrokselle.
Sisä- ja ulkopuoliset puolijohtavat suojausmateriaalit valmistetaan sekoittamalla vastaavat eristemateriaalit (kuten silloitettu polyeteeni, etyleeni-propeenikumi jne.) hiilimustan, antioksidanttien, etyleeni-vinyyliasetaattikopolymeerin ja muiden lisäaineiden kanssa. Hiilimustan hiukkasten tulee olla tasaisesti jakautuneet polymeeriin ilman agglomeraatiota tai huonoa dispersiota.
Sisä- ja ulkokuoren puolijohtavan suojakerroksen paksuus kasvaa jännitetason mukana. Koska eristyskerroksen sähkökentän voimakkuus on suurempi sisäpuolella ja pienempi ulkopuolella, myös puolijohtavan suojakerroksen paksuuden tulisi olla suurempi sisäpuolella kuin ulkopuolella. Aiemmin ulkokuoren puolijohtava suojaus tehtiin hieman paksummaksi kuin sisäkuoren, jotta vältettäisiin naarmut, jotka johtuivat huonosta roikkumisen hallinnasta tai liian kovien kuparinauhojen aiheuttamista reikiintymisistä. Nykyään automaattisen online-roikkumisen valvonnan ja hehkutettujen pehmeiden kuparinauhojen ansiosta sisäkuoren puolijohtavan suojakerroksen tulisi olla hieman paksumpi tai yhtä paksu kuin ulkokerroksen. 6–10–35 kV:n kaapeleissa sisäkerroksen paksuus on yleensä 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Metallinen suojaus
Kaapeleissa, joiden nimellisjännite on yli 0,6/1 kV, tulisi olla metallinen suojakerros. Metallinen suojakerros tulisi levittää jokaiseen eristettyyn ytimeen tai kaapelin ytimeen. Metallisen suojauksen tulisi koostua yhdestä tai useammasta metallinauhasta, metallipunoksesta, samankeskisestä metallilankakerroksesta tai metallilankojen ja -nauhojen yhdistelmästä.
Euroopassa ja muissa kehittyneissä maissa käytetään yleisesti kuparilankasuojausta, koska niissä käytetään vastusmaadoitettuja kaksoispiirijärjestelmiä, joilla on suuremmat oikosulkuvirrat. Jotkut valmistajat upottavat kuparilankoja erotusvaippaan tai ulkovaippaan kaapelin halkaisijan pienentämiseksi. Kiinassa, lukuun ottamatta joitakin keskeisiä hankkeita, joissa käytetään vastusmaadoitettuja kaksoispiirijärjestelmiä, useimmat järjestelmät käyttävät valokaarisuojauksella maadoitettuja yksipiirivirtalähteitä, jotka minimoivat oikosulkuvirran, joten voidaan käyttää kuparinauhasuojausta. Kaapelitehtaat käsittelevät ostettuja kovia kuparinauhoja viiltämällä ja hehkuttamalla niitä tietyn venymän ja vetolujuuden saavuttamiseksi (liian kova naarmuttaa eristyssuojakerrosta, liian pehmeä rypistää). Pehmeiden kuparinauhojen tulee täyttää standardi GB/T11091-2005 Copper Tape for Cables.
Kuparinauhasuojauksen tulisi koostua yhdestä kerroksesta päällekkäin asetettua pehmeää kuparinauhaa tai kahdesta kerroksesta kierteisesti kierrettyä pehmeää kuparinauhaa, jossa on rakoja. Kuparinauhan keskimääräisen päällekkäisyyden tulisi olla 15 % sen leveydestä (nimellisarvo), ja pienimmän päällekkäisyyden tulisi olla vähintään 5 %. Kuparinauhan nimellispaksuuden tulisi olla vähintään 0,12 mm yksijohtimisissa kaapeleissa ja vähintään 0,10 mm monijohtimisissa kaapeleissa. Kuparinauhan vähimmäispaksuuden tulisi olla vähintään 90 % nimellisarvosta. Eristyssuojauksen ulkohalkaisijasta (≤25 mm tai >25 mm) riippuen kuparinauhan leveys on yleensä 30–35 mm.
Kuparilankasuojaus on valmistettu kierteisesti kierretyistä pehmeistä kuparilangoista, jotka on kiinnitetty vastakierteellä kuparilangoista tai kuparinauhoista tehdyillä kierteillä. Sen resistanssin tulee täyttää standardin GB/T3956-2008 Conductors of Cables vaatimukset, ja sen nimellinen poikkileikkauspinta-ala tulee määrittää vikavirtakapasiteetin mukaan. Kuparilankasuojaus voidaan asentaa kolmijohtimisissa kaapeleissa sisävaipan päälle tai suoraan eristeen, ulomman puolijohtavan suojakerroksen tai sopivan sisävaipan päälle yksijohtimisissa kaapeleissa. Vierekkäisten kuparijohtimien välinen keskimääräinen rako ei saa ylittää 4 mm. Keskimääräinen rako G lasketaan kaavalla:
jossa:
D – kuparilankasuojauksen alla olevan kaapelin sydämen halkaisija millimetreinä;
d – kuparilangan halkaisija millimetreinä;
n – kuparijohtimien lukumäärä.
2. Suojauskerrosten rooli ja niiden suhde jännitetasoihin
(1) Sisäisen ja ulkoisen puolijohtavan suojauksen rooli
Kaapelijohtimet on yleensä tiivistetty useista säikeisistä johtimista. Eristeen pursotuksen aikana johtimen pinnan ja eristekerroksen väliin voi muodostua rakoja, purseita ja muita pinnan epätasaisuuksia, jotka aiheuttavat sähkökentän keskittymistä, mikä puolestaan johtaa paikalliseen ilmaraon purkaukseen ja puupurkaukseen ja heikentää dielektristä suorituskykyä. Puristamalla puolijohtavaa materiaalia (johtimen suojaus) johtimen pinnalle varmistetaan tiivis kosketus eristeeseen. Koska puolijohtava kerros ja johdin ovat samassa potentiaalissa, vaikka niiden välissä olisi rakoja, sähkökenttää ei synny, mikä estää osittaispurkaukset.
Samoin ulkoeristeen pinnan ja metallisen vaipan (tai metallisen suojauksen) välillä on rakoja, ja mitä korkeampi jännitetaso on, sitä todennäköisemmin ilmaraon purkaus tapahtuu. Puristamalla puolijohtava kerros (eristyssuojaus) ulkoeristeen pinnalle muodostetaan metallisen vaipan kanssa ulkoinen ekvipotentiaalipinta, joka poistaa sähkökentät raoissa ja estää osittaispurkaukset.
(2) Metallisen suojauksen rooli
Metallisen suojauksen tehtäviin kuuluvat: kapasitiivisen virran kuljettaminen normaaleissa olosuhteissa, oikosulkuvirran reittinä toimiminen vikojen aikana; sähkökentän rajaaminen eristeen sisään (vähentää ulkoisia sähkömagneettisia häiriöitä) ja tasaisen säteittäisen sähkökentän varmistaminen; toimiminen nollajohtona kolmivaiheisissa nelijohdinjärjestelmissä epätasapainoisen virran kuljettamiseksi; ja säteittäisen vesisuojauksen tarjoaminen.
Julkaisuaika: 28.7.2025