Zaštita koja se koristi u žičanim i kablovskim proizvodima ima dva potpuno različita koncepta: elektromagnetnu zaštitu i zaštitu električnog polja. Elektromagnetna zaštita je dizajnirana da spriječi kablove koji prenose visokofrekventne signale (kao što su RF kablovi i elektronski kablovi) da uzrokuju vanjske smetnje ili da blokira vanjske elektromagnetne valove da ometaju kablove koji prenose slabe struje (kao što su signalni ili mjerni kablovi), kao i da smanji preslušavanje između žica. Zaštita električnog polja je dizajnirana da uravnoteži jako električno polje na površini provodnika ili površini izolacije srednjenaponskih i visokonaponskih energetskih kablova.
1. Struktura i zahtjevi slojeva za zaštitu električnog polja
Zaštita energetskih kablova uključuje zaštitu provodnika, zaštitu izolacije i metalnu zaštitu. Prema relevantnim standardima, kablovi sa nazivnim naponom većim od 0,6/1 kV trebaju imati metalni zaštitni sloj, koji se može nanijeti na svaku izolovanu jezgru ili na jezgru višežilnog kabla. Za XLPE-izolovane kablove sa nazivnim naponom ne manjim od 3,6/6 kV i EPR tankoizolovane kablove sa nazivnim naponom ne manjim od 3,6/6 kV (ili debeloizolovane kablove sa nazivnim naponom ne manjim od 6/10 kV), potrebne su i unutrašnje i vanjske poluprovodljive zaštitne strukture.
(1) Zaštita provodnika i zaštita izolacije
Zaštita provodnika (unutrašnja poluprovodna zaštita) treba biti nemetalna, sastavljena od ekstrudiranog poluprovodnog materijala ili poluprovodne trake omotane oko provodnika, nakon čega slijedi ekstrudirani poluprovodni sloj.
Izolacijsko zaštitno omotavanje (vanjsko poluprovodljivo zaštitno omotavanje) je nemetalni poluprovodljivi sloj ekstrudiran direktno na vanjsku površinu svake izolirane jezgre, koji se može čvrsto vezati za izolaciju ili odvojiti od nje. Ekstrudirani unutrašnji i vanjski poluprovodljivi slojevi trebaju biti čvrsto vezani za izolaciju, s glatkim površinama, bez vidljivih tragova niti i bez oštrih rubova, čestica, tragova nagorevanja ili ogrebotina. Otpornost prije i poslije starenja ne smije prelaziti 1000 Ω·m za zaštitni sloj provodnika i 500 Ω·m za zaštitni sloj izolacije.
Unutrašnji i vanjski poluprovodljivi 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 ravnomjerno raspršene unutar polimera, bez aglomeracije ili slabe disperzije.
Debljina unutrašnjeg i vanjskog poluprovodljivog zaštitnog sloja povećava se s nivoom napona. Budući da je jačina električnog polja na izolacijskom sloju veća iznutra, a niža izvana, debljina poluprovodljivih zaštitnih slojeva također bi trebala biti veća iznutra nego izvana. U prošlosti, vanjski poluprovodljivi oklop je pravljen nešto deblji od unutrašnjeg kako bi se spriječile ogrebotine zbog loše kontrole progiba ili probijanja uzrokovanih previše tvrdim bakrenim trakama. Sada, s online automatskim praćenjem progiba i žarenim mekim bakrenim trakama, unutrašnji poluprovodljivi zaštitni sloj trebao bi biti nešto deblji ili jednak vanjskom sloju. Za kablove od 6–10–35 kV, debljina unutrašnjeg sloja je uglavnom 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Metalna zaštita
Kablovi sa 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 Evropi i drugim razvijenim zemljama, zbog upotrebe dvostrukih kola uzemljenih otporom sa većim strujama kratkog spoja, uobičajeno se koristi zaštita bakrenom žicom. Neki proizvođači ugrađuju bakrene žice u razdjelni omotač ili vanjski omotač kako bi smanjili prečnik kabla. U Kini, osim nekih ključnih projekata koji koriste dvostruke kola uzemljene otporom, većina sistema koristi jednostruke izvore napajanja uzemljene zavojnicom za suzbijanje luka, koji ograničavaju struju kratkog spoja na minimum, tako da se može koristiti zaštita bakrenom trakom. Fabrike kablova obrađuju kupljene tvrde bakrene trake rezanjem i žarenjem kako bi se postiglo određeno izduženje i zatezna čvrstoća (pretvrde će ogrebati sloj izolacijskog zaštitnog sloja, previše mekane će se naborati) prije upotrebe. Meke bakrene trake trebaju biti u skladu sa GB/T11091-2005 Bakrena traka za kablove.
Zaštita od bakrene trake treba da se sastoji od jednog sloja preklopljene meke bakrene trake ili dva sloja spiralno omotane meke bakrene trake sa razmacima. Prosječna stopa preklapanja bakrene trake treba da bude 15% njene širine (nominalna vrijednost), a minimalna stopa preklapanja ne smije biti manja od 5%. Nominalna debljina bakrene trake treba da bude najmanje 0,12 mm za jednožilne kablove i najmanje 0,10 mm za višežilne kablove. Minimalna debljina bakrene trake ne smije biti manja od 90% nominalne vrijednosti. Ovisno o vanjskom prečniku izolacijskog štita (≤25 mm ili >25 mm), širina bakrene trake je obično 30–35 mm.
Zaštita od bakrene žice izrađena je od spiralno namotanih mekih bakrenih žica, pričvršćenih kontra-spiralnim omotačem od bakrenih žica ili bakrenih traka. Njena otpornost treba da ispunjava zahtjeve GB/T3956-2008 Provodnika za kablove, a njena nominalna površina poprečnog presjeka treba da se odredi prema kapacitetu struje kratkog spoja. Zaštita od bakrene žice može se nanijeti preko unutrašnjeg plašta trožilnih kablova ili direktno preko izolacije, vanjskog poluprovodnog zaštitnog sloja ili odgovarajućeg unutrašnjeg plašta jednožilnih kablova. Prosječni razmak između susjednih bakrenih žica ne smije biti veći od 4 mm. Prosječni razmak G se izračunava pomoću formule:
gdje:
D – prečnik jezgra kabla ispod oklopa od bakarne žice, u mm;
d – prečnik bakarne žice, u mm;
n – broj bakrenih žica.
2. Uloga zaštitnih slojeva i njihov odnos prema nivoima napona
(1) Uloga unutrašnjeg i vanjskog poluprovodnog oklopa
Kablovski provodnici se uglavnom sabijaju od višestrukih žica. Tokom ekstruzije izolacije, između površine provodnika i izolacijskog sloja mogu postojati praznine, neravnine i druge površinske nepravilnosti, što uzrokuje koncentraciju električnog polja, što dovodi do lokalnog pražnjenja u vazdušnom rasporu i pražnjenja u obliku stabla, te smanjuje dielektrične performanse. Ekstrudiranjem sloja poluprovodljivog materijala (zaštite provodnika) preko površine provodnika, osigurava se čvrsti kontakt s izolacijom. Budući da su poluprovodljivi sloj i provodnik na istom potencijalu, čak i ako postoje praznine između njih, neće biti djelovanja električnog polja, čime se sprječavaju djelimična pražnjenja.
Slično tome, postoje praznine između vanjske površine izolacije i metalnog omotača (ili metalnog štita), i što je viši nivo napona, veća je vjerovatnoća da će doći do pražnjenja u vazdušnom rasporu. Ekstrudiranjem poluprovodljivog sloja (izolacijski štit) na vanjsku površinu izolacije, formira se vanjska ekvipotencijalna površina sa metalnim omotačem, eliminišući električna polja u prazninama i sprečavajući djelimična pražnjenja.
(2) Uloga metalnog oklopa
Funkcije metalnog oklopa uključuju: provođenje kapacitivne struje u normalnim uslovima, služenje kao put za struju kratkog spoja tokom kvarova; ograničavanje električnog polja unutar izolacije (smanjenje vanjskih elektromagnetnih smetnji) i osiguravanje ujednačenog radijalnog električnog polja; djelovanje kao neutralna linija u trofaznim četverožičnim sistemima za provođenje neuravnotežene struje; i pružanje radijalne zaštite od blokiranja vode.
Vrijeme objave: 28. jula 2025.