Η θωράκιση που χρησιμοποιείται σε προϊόντα καλωδίων και καλωδίων έχει δύο εντελώς διαφορετικές έννοιες: την ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και την θωράκιση ηλεκτρικού πεδίου. Η ηλεκτρομαγνητική θωράκιση έχει σχεδιαστεί για να εμποδίζει τα καλώδια που μεταδίδουν σήματα υψηλής συχνότητας (όπως καλώδια RF και ηλεκτρονικά καλώδια) να προκαλούν εξωτερικές παρεμβολές ή για να εμποδίζει τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα να παρεμβάλλονται σε καλώδια που μεταδίδουν ασθενή ρεύματα (όπως καλώδια σήματος ή μέτρησης), καθώς και για να μειώνει την αλληλοπαρεμβολή μεταξύ των καλωδίων. Η θωράκιση ηλεκτρικού πεδίου έχει σχεδιαστεί για να εξισορροπεί το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στην επιφάνεια του αγωγού ή στην επιφάνεια μόνωσης των καλωδίων τροφοδοσίας μέσης και υψηλής τάσης.
1. Δομή και Απαιτήσεις των Στρωμάτων Θωράκισης Ηλεκτρικού Πεδίου
Η θωράκιση των καλωδίων ισχύος περιλαμβάνει θωράκιση αγωγών, θωράκιση μόνωσης και μεταλλική θωράκιση. Σύμφωνα με τα σχετικά πρότυπα, τα καλώδια με ονομαστική τάση μεγαλύτερη από 0,6/1kV θα πρέπει να έχουν μεταλλικό στρώμα θωράκισης, το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε μονωμένο πυρήνα ή στον πυρήνα του πολύκλωνου καλωδίου. Για καλώδια με μόνωση XLPE με ονομαστική τάση όχι μικρότερη από 3,6/6kV και καλώδια λεπτής μόνωσης EPR με ονομαστική τάση όχι μικρότερη από 3,6/6kV (ή καλώδια με παχιά μόνωση με ονομαστική τάση όχι μικρότερη από 6/10kV), απαιτούνται επίσης εσωτερικές και εξωτερικές ημιαγώγιμες δομές θωράκισης.
(1) Θωράκιση Αγωγού και Θωράκιση Μόνωσης
Η θωράκιση του αγωγού (εσωτερική ημιαγώγιμη θωράκιση) θα πρέπει να είναι μη μεταλλική, αποτελούμενη από εξωθημένο ημιαγώγιμο υλικό ή μια ημιαγώγιμη ταινία τυλιγμένη γύρω από τον αγωγό ακολουθούμενη από ένα εξωθημένο ημιαγώγιμο στρώμα.
Η θωράκιση μόνωσης (εξωτερική ημιαγώγιμη θωράκιση) είναι ένα μη μεταλλικό ημιαγώγιμο στρώμα που εξωθείται απευθείας στην εξωτερική επιφάνεια κάθε μονωμένου πυρήνα, το οποίο μπορεί είτε να είναι σφιχτά συνδεδεμένο με τη μόνωση είτε να αποκολλάται από αυτήν. Τα εξωθημένα εσωτερικά και εξωτερικά ημιαγώγιμα στρώματα πρέπει να είναι σφιχτά συνδεδεμένα με τη μόνωση, με ομαλές διεπαφές, χωρίς εμφανή σημάδια κλώνων και χωρίς αιχμηρές άκρες, σωματίδια, σημάδια καψίματος ή γρατσουνιές. Η ειδική αντίσταση πριν και μετά τη γήρανση δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 1000 Ω·m για το στρώμα θωράκισης αγωγού και τα 500 Ω·m για το στρώμα θωράκισης μόνωσης.
Τα εσωτερικά και εξωτερικά ημιαγώγιμα υλικά θωράκισης κατασκευάζονται με ανάμειξη των αντίστοιχων μονωτικών υλικών (όπως διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο, καουτσούκ αιθυλενίου-προπυλενίου κ.λπ.) με αιθάλη, αντιοξειδωτικά, συμπολυμερές αιθυλενίου-οξικού βινυλίου και άλλα πρόσθετα. Τα σωματίδια αιθάλης θα πρέπει να είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένα μέσα στο πολυμερές, χωρίς συσσωμάτωση ή κακή διασπορά.
Το πάχος των εσωτερικών και εξωτερικών ημιαγώγιμων στρωμάτων θωράκισης αυξάνεται με την τάση. Επειδή η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο μονωτικό στρώμα είναι υψηλότερη εσωτερικά και χαμηλότερη εξωτερικά, το πάχος των ημιαγώγιμων στρωμάτων θωράκισης θα πρέπει επίσης να είναι μεγαλύτερο εσωτερικά από ό,τι εξωτερικά. Στο παρελθόν, η εξωτερική ημιαγώγιμη θωράκιση ήταν ελαφρώς παχύτερη από την εσωτερική για να αποτρέπονται οι γρατζουνιές λόγω κακού ελέγχου χαλάρωσης ή οι τρυπήσεις που προκαλούνται από υπερβολικά σκληρές ταινίες χαλκού. Τώρα, με την αυτόματη παρακολούθηση χαλάρωσης online και τις ταινίες μαλακού χαλκού με ανόπτηση, το εσωτερικό ημιαγώγιμο στρώμα θωράκισης θα πρέπει να είναι ελαφρώς παχύτερο ή ίσο με το εξωτερικό στρώμα. Για καλώδια 6–10–35 kV, το πάχος του εσωτερικού στρώματος είναι γενικά 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Μεταλλική θωράκιση
Τα καλώδια με ονομαστική τάση μεγαλύτερη από 0,6/1kV θα πρέπει να έχουν μεταλλικό στρώμα θωράκισης. Το μεταλλικό στρώμα θωράκισης θα πρέπει να εφαρμόζεται σε κάθε μονωμένο πυρήνα ή πυρήνα καλωδίου. Η μεταλλική θωράκιση θα πρέπει να αποτελείται από μία ή περισσότερες μεταλλικές ταινίες, μεταλλικές πλεξούδες, ομόκεντρα στρώματα μεταλλικών συρμάτων ή συνδυασμό μεταλλικών συρμάτων και μεταλλικών ταινιών.
Στην Ευρώπη και σε άλλες ανεπτυγμένες χώρες, λόγω της χρήσης συστημάτων διπλού κυκλώματος με γείωση αντίστασης και υψηλότερα ρεύματα βραχυκυκλώματος, χρησιμοποιείται συνήθως θωράκιση χάλκινων καλωδίων. Ορισμένοι κατασκευαστές ενσωματώνουν χάλκινα σύρματα στο περίβλημα διαχωρισμού ή στο εξωτερικό περίβλημα για να μειώσουν τη διάμετρο του καλωδίου. Στην Κίνα, εκτός από ορισμένα βασικά έργα που χρησιμοποιούν συστήματα διπλού κυκλώματος με γείωση αντίστασης, τα περισσότερα συστήματα χρησιμοποιούν τροφοδοτικά μονοκυκλώματος με γείωση πηνίου καταστολής τόξου, τα οποία περιορίζουν το ρεύμα βραχυκυκλώματος στο ελάχιστο, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί θωράκιση ταινίας χαλκού. Τα εργοστάσια καλωδίων επεξεργάζονται τις σκληρές ταινίες χαλκού που αγοράζονται με σχισμή και ανόπτηση για να επιτύχουν μια ορισμένη επιμήκυνση και αντοχή σε εφελκυσμό (πολύ σκληρές θα γρατσουνίσουν το στρώμα θωράκισης μόνωσης, πολύ μαλακές θα ζαρώσουν) πριν από τη χρήση. Οι μαλακές ταινίες χαλκού πρέπει να συμμορφώνονται με το πρότυπο GB/T11091-2005 Ταινία Χάλκινων για Καλώδια.
Η θωράκιση της ταινίας χαλκού θα πρέπει να αποτελείται από ένα στρώμα επικαλυπτόμενης μαλακής ταινίας χαλκού ή δύο στρώματα ελικοειδώς τυλιγμένης μαλακής ταινίας χαλκού με κενά. Ο μέσος ρυθμός επικάλυψης της ταινίας χαλκού θα πρέπει να είναι 15% του πλάτους της (ονομαστική τιμή) και ο ελάχιστος ρυθμός επικάλυψης δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 5%. Το ονομαστικό πάχος της ταινίας χαλκού θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 0,12 mm για μονοπολικά καλώδια και τουλάχιστον 0,10 mm για πολυπολικά καλώδια. Το ελάχιστο πάχος της ταινίας χαλκού δεν πρέπει να είναι μικρότερο από 90% της ονομαστικής τιμής. Ανάλογα με την εξωτερική διάμετρο της θωράκισης μόνωσης (≤25 mm ή >25 mm), το πλάτος της ταινίας χαλκού είναι συνήθως 30–35 mm.
Η θωράκιση του χάλκινου σύρματος είναι κατασκευασμένη από ελικοειδώς τυλιγμένα μαλακά χάλκινα σύρματα, ασφαλισμένα με ένα αντίθετα ελικοειδές περιτύλιγμα από χάλκινα σύρματα ή χάλκινες ταινίες. Η αντίστασή της πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις του GB/T3956-2008 για τους Αγωγούς Καλωδίων και η ονομαστική διατομή της πρέπει να καθορίζεται σύμφωνα με την ικανότητα ρεύματος σφάλματος. Η θωράκιση του χάλκινου σύρματος μπορεί να εφαρμοστεί πάνω από το εσωτερικό περίβλημα των τριπύρηνων καλωδίων ή απευθείας πάνω από τη μόνωση, το εξωτερικό ημιαγώγιμο στρώμα θωράκισης ή ένα κατάλληλο εσωτερικό περίβλημα των μονοπύρηνων καλωδίων. Το μέσο κενό μεταξύ γειτονικών χάλκινων συρμάτων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 4 mm. Το μέσο κενό G υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:
όπου:
D – διάμετρος του πυρήνα του καλωδίου κάτω από την θωράκιση του χάλκινου σύρματος, σε mm.
d – διάμετρος χάλκινου σύρματος, σε mm;
n – αριθμός χάλκινων συρμάτων.
2. Ο Ρόλος των Στρωμάτων Θωράκισης και η Σχέση τους με τα Επίπεδα Τάσης
(1) Ο ρόλος της εσωτερικής και εξωτερικής ημιαγώγιμης θωράκισης
Οι αγωγοί καλωδίων γενικά συμπιέζονται από πολλαπλά πολύκλωνα σύρματα. Κατά την εξώθηση της μόνωσης, ενδέχεται να υπάρχουν κενά, γρέζια και άλλες επιφανειακές ανωμαλίες μεταξύ της επιφάνειας του αγωγού και του μονωτικού στρώματος, προκαλώντας συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου, οδηγώντας σε τοπική εκκένωση κενού αέρα και εκκένωση τύπου treeding, και μειώνοντας την διηλεκτρική απόδοση. Με την εξώθηση ενός στρώματος ημιαγώγιμου υλικού (θωράκιση αγωγού) πάνω από την επιφάνεια του αγωγού, εξασφαλίζεται στενή επαφή με τη μόνωση. Επειδή το ημιαγώγιμο στρώμα και ο αγωγός έχουν το ίδιο δυναμικό, ακόμη και αν υπάρχουν κενά μεταξύ τους, δεν θα υπάρχει δράση ηλεκτρικού πεδίου, αποτρέποντας έτσι τις μερικές εκκενώσεις.
Ομοίως, υπάρχουν κενά μεταξύ της εξωτερικής επιφάνειας μόνωσης και του μεταλλικού περιβλήματος (ή μεταλλικής θωράκισης), και όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο τάσης, τόσο πιο πιθανό είναι να συμβεί εκκένωση διακένου αέρα. Με την εξώθηση ενός ημιαγώγιμου στρώματος (θωράκιση μόνωσης) στην εξωτερική επιφάνεια μόνωσης, σχηματίζεται μια εξωτερική ισοδυναμική επιφάνεια με το μεταλλικό περίβλημα, εξαλείφοντας τα ηλεκτρικά πεδία στα κενά και αποτρέποντας τις μερικές εκκενώσεις.
(2) Ο ρόλος της μεταλλικής θωράκισης
Οι λειτουργίες της μεταλλικής θωράκισης περιλαμβάνουν: τη μεταφορά χωρητικού ρεύματος υπό κανονικές συνθήκες, τη λειτουργία ως διαδρομή για το ρεύμα βραχυκυκλώματος κατά τη διάρκεια σφαλμάτων, τον περιορισμό του ηλεκτρικού πεδίου εντός της μόνωσης (μείωση των εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών) και τη διασφάλιση ενός ομοιόμορφου ακτινικού ηλεκτρικού πεδίου, τη λειτουργία ως ουδέτερη γραμμή σε τριφασικά τετρασύρματα συστήματα για τη μεταφορά μη ισορροπημένου ρεύματος και την παροχή ακτινικής προστασίας από το μπλοκάρισμα νερού.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Ιουλίου 2025