Zaščita, ki se uporablja v žičnih in kabelskih izdelkih, ima dva popolnoma različna koncepta: elektromagnetno zaščito in zaščito električnega polja. Elektromagnetna zaščita je zasnovana tako, da preprečuje, da bi kabli, ki oddajajo visokofrekvenčne signale (kot so RF kabli in elektronski kabli), povzročali zunanje motnje, ali da blokira zunanje elektromagnetne valove, ki bi motili kable, ki oddajajo šibke tokove (kot so signalni ali merilni kabli), ter da zmanjša presluh med žicami. Zaščita električnega polja je zasnovana tako, da uravnava močno električno polje na površini vodnika ali izolacijski površini srednje- in visokonapetostnih energetskih kablov.
1. Struktura in zahteve za plasti za zaščito električnega polja
Zaščita energetskih kablov vključuje zaščito vodnikov, zaščito izolacije in kovinsko zaščito. V skladu z ustreznimi standardi morajo imeti kabli z nazivno napetostjo nad 0,6/1 kV kovinsko zaščitno plast, ki se lahko nanese na vsako izolirano jedro ali na večžilno jedro kabla. Za kable z XLPE izolacijo z nazivno napetostjo najmanj 3,6/6 kV in tanko izolirane kable EPR z nazivno napetostjo najmanj 3,6/6 kV (ali debelo izolirane kable z nazivno napetostjo najmanj 6/10 kV) so potrebne tudi notranje in zunanje polprevodniške zaščitne strukture.
(1) Zaščita vodnikov in izolacijska zaščita
Zaščita prevodnika (notranja polprevodniška zaščita) mora biti nekovinska, sestavljena iz ekstrudiranega polprevodniškega materiala ali polprevodniškega traku, ovitega okoli prevodnika, ki mu sledi ekstrudirana polprevodniška plast.
Izolacijska zaščita (zunanja polprevodniška zaščita) je nekovinska polprevodniška plast, ekstrudirana neposredno na zunanjo površino vsakega izoliranega jedra, ki je lahko tesno pritrjena na izolacijo ali pa jo je mogoče od nje odluščiti. Ekstrudirana notranja in zunanja polprevodniška plast morata biti tesno pritrjeni na izolacijo, z gladkimi stiki, brez očitnih sledi žic in brez ostrih robov, delcev, ožganih sledi ali prask. Upornost pred in po staranju ne sme presegati 1000 Ω·m za zaščitno plast vodnika in 500 Ω·m za zaščitno plast izolacije.
Notranji in zunanji polprevodni zaščitni materiali so izdelani z mešanjem ustreznih izolacijskih materialov (kot so zamreženi polietilen, etilen-propilenski kavčuk itd.) s sajami, antioksidanti, kopolimerom etilen-vinil acetata in drugimi dodatki. Delci saj morajo biti enakomerno razpršeni v polimeru, brez aglomeracije ali slabe disperzije.
Debelina notranje in zunanje polprevodniške zaščitne plasti se povečuje z napetostnim nivojem. Ker je jakost električnega polja na izolacijski plasti višja znotraj in nižja zunaj, mora biti debelina polprevodniških zaščitnih plasti tudi znotraj večja kot zunaj. V preteklosti je bila zunanja polprevodniška zaščita nekoliko debelejša od notranje, da bi preprečili praske zaradi slabega nadzora povesa ali predrtja, ki ga povzročajo preveč trdi bakreni trakovi. Zdaj, z avtomatskim spletnim spremljanjem povesa in žarjenimi mehkimi bakrenimi trakovi, mora biti notranja polprevodniška zaščitna plast nekoliko debelejša ali enaka zunanji plasti. Za kable 6–10–35 kV je debelina notranje plasti običajno 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Kovinska zaščita
Kabli z nazivno napetostjo nad 0,6/1 kV morajo imeti kovinsko zaščitno plast. Kovinska zaščitna plast mora biti nanesena na vsako izolirano jedro ali kabelsko jedro. Kovinska zaščita mora biti sestavljena iz enega ali več kovinskih trakov, kovinskih pletenic, koncentričnih plasti kovinskih žic ali kombinacije kovinskih žic in kovinskih trakov.
V Evropi in drugih razvitih državah se zaradi uporabe uporovno ozemljenih dvokrožnih sistemov z višjimi kratkostičnimi tokovi pogosto uporablja zaščita z bakreno žico. Nekateri proizvajalci vgradijo bakrene žice v ločilni plašč ali zunanji plašč, da zmanjšajo premer kabla. Na Kitajskem, razen pri nekaterih ključnih projektih, ki uporabljajo uporovno ozemljene dvokrožne sisteme, večina sistemov uporablja enokrožne napajalnike z ozemljitvijo in tuljavo za dušenje obloka, ki omejujejo kratkostični tok na minimum, zato se lahko uporabi zaščita z bakrenim trakom. Tovarne kablov pred uporabo obdelujejo kupljene trde bakrene trakove z rezanjem in žarjenjem, da dosežejo določen raztezek in natezno trdnost (pretrdi trakovi bodo opraskali izolacijsko zaščitno plast, premehki pa se bodo zgubali). Mehki bakreni trakovi morajo biti skladni z GB/T11091-2005 Bakreni trakovi za kable.
Bakreni trak za zaščito mora biti sestavljen iz ene plasti prekrivajočega se mehkega bakrenega traku ali dveh plasti spiralno ovitega mehkega bakrenega traku z režami. Povprečna stopnja prekrivanja bakrenega traku mora biti 15 % njegove širine (nominalna vrednost), minimalna stopnja prekrivanja pa ne sme biti manjša od 5 %. Nazivna debelina bakrenega traku mora biti vsaj 0,12 mm za enožilne kable in vsaj 0,10 mm za večježilne kable. Najmanjša debelina bakrenega traku ne sme biti manjša od 90 % nazivne vrednosti. Širina bakrenega traku je običajno 30–35 mm, odvisno od zunanjega premera izolacijskega ščita (≤25 mm ali >25 mm).
Bakrena žična zaščita je izdelana iz spiralno navitih mehkih bakrenih žic, pritrjenih s protispiralnim ovijanjem iz bakrenih žic ali bakrenih trakov. Njena upornost mora izpolnjevati zahteve standarda GB/T3956-2008 za vodnike kablov, njena nazivna površina prečnega prereza pa mora biti določena glede na nosilnost toka okvare. Bakrena žična zaščita se lahko namesti čez notranji plašč trižilnih kablov ali neposredno čez izolacijo, zunanjo polprevodniško zaščitno plast ali ustrezen notranji plašč enožilnih kablov. Povprečna razdalja med sosednjimi bakrenimi žicami ne sme presegati 4 mm. Povprečna razdalja G se izračuna po formuli:
kjer:
D – premer kabelskega jedra pod oklopom iz bakrene žice, v mm;
d – premer bakrene žice, v mm;
n – število bakrenih žic.
2. Vloga zaščitnih plasti in njihov odnos do napetostnih nivojev
(1) Vloga notranjega in zunanjega polprevodniškega ščita
Kabelski vodniki so običajno stisnjeni iz več žic. Med ekstrudiranjem izolacije lahko med površino vodnika in izolacijsko plastjo nastanejo reže, zareze in druge površinske nepravilnosti, kar povzroča koncentracijo električnega polja, kar vodi do lokalnega praznjenja v zračni reži in drevesnega praznjenja ter zmanjšuje dielektrične lastnosti. Z ekstrudiranjem plasti polprevodnega materiala (zaščite vodnika) čez površino vodnika se zagotovi tesen stik z izolacijo. Ker sta polprevodna plast in vodnik na istem potencialu, tudi če so med njima reže, ne bo delovanja električnega polja, kar preprečuje delna praznjenja.
Podobno obstajajo reže med zunanjo izolacijsko površino in kovinskim plaščem (ali kovinskim oklopom), in višja kot je napetost, večja je verjetnost, da bo prišlo do razelektritve v zračni reži. Z ekstrudiranjem polprevodne plasti (izolacijskega oklopa) na zunanjo izolacijsko površino se s kovinskim plaščem oblikuje zunanja ekvipotencialna površina, ki odpravlja električna polja v režah in preprečuje delne razelektritve.
(2) Vloga kovinske zaščite
Funkcije kovinske zaščite vključujejo: prenos kapacitivnega toka v normalnih pogojih, delovanje kot pot za kratkostični tok med napakami; omejevanje električnega polja znotraj izolacije (zmanjšanje zunanjih elektromagnetnih motenj) in zagotavljanje enakomernega radialnega električnega polja; delovanje kot nevtralna linija v trifaznih štirižičnih sistemih za prenos neuravnoteženega toka; in zagotavljanje radialne zaščite pred blokiranjem vode.
Čas objave: 28. julij 2025