Zaštita koja se koristi u žičanim i kabelskim proizvodima ima dva potpuno različita koncepta: elektromagnetsku zaštitu i zaštitu električnog polja. Elektromagnetska zaštita osmišljena je kako bi se spriječilo da kabeli koji prenose visokofrekventne signale (kao što su RF kabeli i elektronički kabeli) uzrokuju vanjske smetnje ili da se blokira ometanje vanjskih elektromagnetskih valova s kabelima koji prenose slabe struje (kao što su signalni ili mjerni kabeli), kao i da se smanji preslušavanje između žica. Zaštita električnog polja osmišljena je kako bi se uravnotežilo jako električno polje na površini vodiča ili izolacijskoj površini srednjenaponskih i visokonaponskih energetskih kabela.
1. Struktura i zahtjevi slojeva za zaštitu električnog polja
Zaštita energetskih kabela uključuje zaštitu vodiča, zaštitu izolacije i metalnu zaštitu. Prema relevantnim standardima, kabeli s nazivnim naponom većim od 0,6/1 kV trebaju imati metalni zaštitni sloj, koji se može nanijeti na svaku izoliranu jezgru ili na višežilnu jezgru kabela. Za XLPE-izolirane kabele s nazivnim naponom ne manjim od 3,6/6 kV i EPR tankoizolirane kabele s nazivnim naponom ne manjim od 3,6/6 kV (ili debeloizolirane kabele s nazivnim naponom ne manjim od 6/10 kV), također su potrebne unutarnje i vanjske poluvodljive zaštitne strukture.
(1) Zaštita vodiča i zaštita izolacije
Zaštita vodiča (unutarnja poluvodička zaštita) treba biti nemetalna, sastojati se od ekstrudiranog poluvodičkog materijala ili poluvodičke trake omotane oko vodiča, nakon čega slijedi ekstrudirani poluvodički sloj.
Izolacijski zaštitni sloj (vanjski poluvodički zaštitni sloj) je nemetalni poluvodički sloj ekstrudiran izravno na vanjsku površinu svake izolirane jezgre, koji se može čvrsto vezati za izolaciju ili odvojiti od nje. Ekstrudirani unutarnji i vanjski poluvodički slojevi trebaju biti čvrsto vezani za izolaciju, s glatkim površinama, bez vidljivih tragova niti i bez oštrih rubova, čestica, tragova spaljivanja ili ogrebotina. Otpornost prije i nakon starenja ne smije prelaziti 1000 Ω·m za zaštitni sloj vodiča i 500 Ω·m za zaštitni sloj izolacije.
Unutarnji i vanjski poluvodljivi zaštitni materijali izrađuju se miješanjem odgovarajućih izolacijskih materijala (kao što su umreženi polietilen, etilen-propilenska guma itd.) s ugljičnim crnilom, antioksidansima, kopolimerom etilen-vinil acetata i drugim aditivima. Čestice ugljičnog crnila trebaju biti jednoliko raspršene unutar polimera, bez aglomeracije ili slabe disperzije.
Debljina unutarnjeg i vanjskog poluvodljivog zaštitnog sloja povećava se s razinom napona. Budući da je jakost električnog polja na izolacijskom sloju veća iznutra, a niža izvana, debljina poluvodljivih zaštitnih slojeva također bi trebala biti veća iznutra nego izvana. U prošlosti se vanjski poluvodički oklop izrađivao nešto debljim od unutarnjeg kako bi se spriječile ogrebotine zbog loše kontrole progiba ili probijanja uzrokovanih previše tvrdim bakrenim trakama. Sada, s automatskim online praćenjem progiba i žarenim mekim bakrenim trakama, unutarnji poluvodički zaštitni sloj trebao bi biti nešto deblji ili jednak vanjskom sloju. Za kabele od 6–10–35 kV, debljina unutarnjeg sloja općenito je 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Metalna zaštita
Kabeli s nazivnim naponom većim od 0,6/1 kV trebaju imati metalni zaštitni sloj. Metalni zaštitni sloj treba se nanijeti na svaku izoliranu jezgru ili jezgru kabela. Metalni oklop treba se sastojati od jedne ili više metalnih traka, metalnih pletenica, koncentričnih slojeva metalnih žica ili kombinacije metalnih žica i metalnih traka.
U Europi i drugim razvijenim zemljama, zbog upotrebe dvostrukih krugova uzemljenih otporom s većim strujama kratkog spoja, uobičajeno se koristi zaštita bakrenom žicom. Neki proizvođači ugrađuju bakrene žice u razdjelni omotač ili vanjski omotač kako bi smanjili promjer kabela. U Kini, osim nekih ključnih projekata koji koriste dvostruke krugove uzemljene otporom, većina sustava koristi jednostruke izvore napajanja uzemljene zavojnicom za suzbijanje luka, koji ograničavaju struju kratkog spoja na minimum, pa se može koristiti zaštita bakrenom trakom. Tvornice kabela obrađuju kupljene tvrde bakrene trake rezanjem i žarenjem kako bi se postiglo određeno istezanje i vlačna čvrstoća (pretvrde će ogrebati sloj izolacijskog zaštitnog sloja, premekane će se naborati) prije upotrebe. Meke bakrene trake trebaju biti u skladu s GB/T11091-2005 Bakrena traka za kabele.
Zaštita od bakrene trake trebala bi se sastojati od jednog sloja preklopljene meke bakrene trake ili dva sloja spiralno omotane meke bakrene trake s razmacima. Prosječna stopa preklapanja bakrene trake trebala bi biti 15% njezine širine (nominalna vrijednost), a minimalna stopa preklapanja ne smije biti manja od 5%. Nazivna debljina bakrene trake trebala bi biti najmanje 0,12 mm za jednožilne kabele i najmanje 0,10 mm za višežilne kabele. Minimalna debljina bakrene trake ne smije biti manja od 90% nazivne vrijednosti. Ovisno o vanjskom promjeru izolacijskog oklopa (≤25 mm ili >25 mm), širina bakrene trake obično je 30–35 mm.
Bakrena žičana zaštita izrađena je od spiralno namotanih mekih bakrenih žica, pričvršćenih protuspiralnim omatanjem bakrenih žica ili bakrenih traka. Njena otpornost treba zadovoljavati zahtjeve GB/T3956-2008 Vodiča za kabele, a njena nominalna površina poprečnog presjeka treba se odrediti prema kapacitetu struje kratkog spoja. Bakrena žičana zaštita može se nanijeti preko unutarnjeg plašta trožilnih kabela ili izravno preko izolacije, vanjskog poluvodljivog zaštitnog sloja ili odgovarajućeg unutarnjeg plašta jednožilnih kabela. Prosječni razmak između susjednih bakrenih žica ne smije prelaziti 4 mm. Prosječni razmak G izračunava se pomoću formule:
gdje:
D – promjer jezgre kabela ispod oklopa od bakrene žice, u mm;
d – promjer bakrene žice, u mm;
n – broj bakrenih žica.
2. Uloga zaštitnih slojeva i njihov odnos prema razinama napona
(1) Uloga unutarnjeg i vanjskog poluvodljivog oklopa
Kabelski vodiči su općenito zbijeni od višežilnih žica. Tijekom ekstruzije izolacije, između površine vodiča i izolacijskog sloja mogu postojati praznine, neravnine i druge površinske nepravilnosti, što uzrokuje koncentraciju električnog polja, što dovodi do lokalnog pražnjenja u zračnom rasporu i pražnjenja u obliku stabla te smanjuje dielektrične performanse. Ekstruzijom sloja poluvodljivog materijala (zaštite vodiča) preko površine vodiča osigurava se čvrsti kontakt s izolacijom. Budući da su poluvodljivi sloj i vodič na istom potencijalu, čak i ako postoje praznine između njih, neće biti djelovanja električnog polja, čime se sprječavaju djelomična pražnjenja.
Slično tome, postoje praznine između vanjske površine izolacije i metalnog plašta (ili metalnog oklopa), a što je viša razina napona, veća je vjerojatnost da će doći do pražnjenja u zračnom rasporu. Ekstrudiranjem poluvodljivog sloja (izolacijski oklop) na vanjsku površinu izolacije, s metalnim plaštom se formira vanjska ekvipotencijalna površina, čime se eliminiraju električna polja u prazninama i sprječavaju djelomična pražnjenja.
(2) Uloga metalnog oklopa
Funkcije metalnog oklopa uključuju: provođenje kapacitivne struje u normalnim uvjetima, služenje kao put za struju kratkog spoja tijekom kvarova; ograničavanje električnog polja unutar izolacije (smanjenje vanjskih elektromagnetskih smetnji) i osiguravanje ujednačenog radijalnog električnog polja; djelovanje kao neutralna linija u trofaznim četverožičnim sustavima za provođenje neuravnotežene struje; i pružanje radijalne zaštite od blokiranja vode.
Vrijeme objave: 28. srpnja 2025.