لایه‌های محافظ کابل برق: تحلیل جامع ساختار و مواد

در محصولات سیم و کابل، ساختارهای محافظ به دو مفهوم مجزا تقسیم می‌شوند: محافظ الکترومغناطیسی و محافظ میدان الکتریکی. محافظ الکترومغناطیسی در درجه اول برای جلوگیری از تداخل کابل‌های سیگنال فرکانس بالا (مانند کابل‌های RF و کابل‌های الکترونیکی) با محیط خارجی یا جلوگیری از تداخل امواج الکترومغناطیسی خارجی با کابل‌های انتقال جریان‌های ضعیف (مانند کابل‌های سیگنال و اندازه‌گیری) و همچنین کاهش تداخل متقابل بین کابل‌ها استفاده می‌شود. از سوی دیگر، محافظ میدان الکتریکی برای متعادل کردن میدان‌های الکتریکی قوی روی سطح هادی یا سطح عایق کابل‌های برق ولتاژ متوسط ​​و بالا طراحی شده است.

۱. ساختار و الزامات لایه‌های محافظ میدان الکتریکی

محافظ کابل‌های برق به محافظ هادی، محافظ عایق و محافظ فلزی تقسیم می‌شود. طبق استانداردهای مربوطه، کابل‌هایی با ولتاژ نامی بیشتر از 0.6/1 کیلوولت باید دارای یک لایه محافظ فلزی باشند که می‌تواند روی هسته‌های عایق‌بندی شده جداگانه یا کل هسته کابل اعمال شود. برای کابل‌هایی با ولتاژ نامی حداقل 3.6/6 کیلوولت با استفاده از عایق XLPE (پلی‌اتیلن کراس لینک) یا کابل‌هایی با ولتاژ نامی حداقل 3.6/6 کیلوولت با استفاده از عایق نازک EPR (لاستیک اتیلن پروپیلن) (یا عایق ضخیم با ولتاژ نامی حداقل 6/10 کیلوولت)، یک ساختار محافظ نیمه رسانای داخلی و خارجی نیز مورد نیاز است.

(1) محافظ هادی و محافظ عایق

محافظ هادی (محافظ نیمه رسانای داخلی): این محافظ باید غیرفلزی باشد و از مواد نیمه رسانای اکسترود شده یا ترکیبی از نوار نیمه رسانای پیچیده شده به دور هادی و به دنبال آن مواد نیمه رسانای اکسترود شده تشکیل شده باشد.

محافظ عایق (محافظ نیمه رسانای بیرونی): این محافظ مستقیماً روی سطح بیرونی هر هسته عایق اکسترود شده و محکم به لایه عایق متصل شده یا از آن جدا می‌شود.

لایه‌های نیمه‌رسانای داخلی و خارجی اکسترود شده باید محکم به عایق متصل شوند، با سطحی صاف و عاری از هرگونه آثار تابیدگی هادی، لبه‌های تیز، ذرات، سوختگی یا خراش. مقاومت ویژه قبل و بعد از فرسودگی نباید بیش از ۱۰۰۰ اهم متر برای لایه محافظ هادی و بیش از ۵۰۰ اهم متر برای لایه محافظ عایق باشد.

مواد محافظ نیمه رسانای داخلی و خارجی با مخلوط کردن مواد عایق مربوطه (مانند پلی اتیلن شبکه‌ای (XLPE) و لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR)) با افزودنی‌هایی مانند کربن سیاه، عوامل ضد پیری و کوپلیمر اتیلن-وینیل استات ساخته می‌شوند. ذرات کربن سیاه باید به طور یکنواخت در پلیمر توزیع شوند، بدون تجمع یا پراکندگی ضعیف.
ضخامت لایه‌های محافظ نیمه‌رسانای داخلی و خارجی با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد. از آنجایی که قدرت میدان الکتریکی روی لایه عایق در داخل بیشتر و در خارج کمتر است، ضخامت لایه‌های محافظ نیمه‌رسانا نیز باید در داخل ضخیم‌تر و در خارج نازک‌تر باشد. برای کابل‌های با ولتاژ نامی 6 تا 10 تا 35 کیلوولت، ضخامت لایه داخلی معمولاً بین 0.5 تا 0.6 تا 0.8 میلی‌متر است.

(2) محافظ فلزی

کابل‌های با ولتاژ نامی بیشتر از ۰.۶/۱ کیلوولت باید دارای یک لایه محافظ فلزی باشند. لایه محافظ فلزی باید قسمت بیرونی هر هسته عایق یا هسته کابل را بپوشاند. محافظ فلزی می‌تواند شامل یک یا چند نوار فلزی، قیطان فلزی، لایه‌های متحدالمرکز سیم‌های فلزی یا ترکیبی از سیم‌ها و نوارهای فلزی باشد.

در اروپا و کشورهای توسعه‌یافته، که از سیستم‌های دو مداره با مقاومت زمین‌شده استفاده می‌شود و جریان‌های اتصال کوتاه بالاتر است، اغلب از محافظ سیم مسی استفاده می‌شود. در چین، سیستم‌های منبع تغذیه تک مداره با سیم‌پیچ زمین‌شده برای سرکوب قوس رایج‌تر هستند، بنابراین معمولاً از محافظ نوار مسی استفاده می‌شود. تولیدکنندگان کابل، نوارهای مسی سخت خریداری‌شده را با برش و آنیل کردن برای نرم شدن قبل از استفاده، پردازش می‌کنند. نوارهای مسی نرم باید با استاندارد GB/T11091-2005 «نوارهای مسی برای کابل‌ها» مطابقت داشته باشند.

محافظ نوار مسی باید شامل یک لایه نوار مسی نرم روی هم افتاده یا دو لایه نوار مسی نرم با فاصله باشد. میانگین نرخ همپوشانی باید ۱۵٪ از عرض نوار باشد و حداقل نرخ همپوشانی نباید کمتر از ۵٪ باشد. ضخامت اسمی نوار مسی برای کابل‌های تک رشته‌ای نباید کمتر از ۰.۱۲ میلی‌متر و برای کابل‌های چند رشته‌ای نباید کمتر از ۰.۱۰ میلی‌متر باشد. حداقل ضخامت نباید کمتر از ۹۰٪ مقدار اسمی باشد.

محافظ سیم مسی شامل سیم‌های مسی نرم با پیچش شل است که سطح آن توسط سیم‌ها یا نوارهای مسی با پیچش معکوس محکم شده است. مقاومت آن باید مطابق با استاندارد GB/T3956-2008 "هادی‌های کابل" باشد و سطح مقطع اسمی آن باید بر اساس ظرفیت جریان خطا تعیین شود.

۲. وظایف لایه‌های محافظ و ارتباط آنها با ولتاژ نامی

(1) عملکردهای محافظ نیمه رسانای داخلی و خارجی

هادی‌های کابل معمولاً از چندین سیم رشته‌ای و فشرده تشکیل شده‌اند. در طول اکستروژن عایق، شکاف‌های موضعی، برآمدگی‌ها یا بی‌نظمی‌های سطحی بین سطح هادی و لایه عایق می‌تواند باعث تمرکز میدان الکتریکی شود و منجر به تخلیه جزئی و تخلیه درختی شود که عملکرد الکتریکی را کاهش می‌دهد. با اکسترود کردن یک لایه از ماده نیمه رسانا (محافظ هادی) بین سطح هادی و لایه عایق، می‌تواند به طور محکم با عایق پیوند برقرار کند. از آنجایی که لایه نیمه رسانا پتانسیل یکسانی با هادی دارد، هرگونه شکاف بین آنها اثرات میدان الکتریکی را تجربه نخواهد کرد و در نتیجه از تخلیه جزئی جلوگیری می‌شود.

به طور مشابه، شکاف‌های بین سطح عایق بیرونی و غلاف فلزی (یا محافظ فلزی) نیز می‌تواند منجر به تخلیه جزئی شود، به خصوص در ولتاژهای بالاتر. با اکسترود کردن یک لایه از ماده نیمه رسانا (محافظ عایق) روی سطح عایق بیرونی، یک سطح هم پتانسیل با غلاف فلزی تشکیل می‌شود که اثرات میدان الکتریکی را در شکاف‌ها از بین می‌برد و از تخلیه جزئی جلوگیری می‌کند.

(2) کارکردهای محافظ فلزی

وظایف محافظ فلزی شامل موارد زیر است: هدایت جریان‌های خازنی در شرایط عادی، عمل به عنوان مسیری برای جریان‌های اتصال کوتاه (خطا)، محدود کردن میدان الکتریکی درون عایق (کاهش تداخل الکترومغناطیسی با محیط خارجی) و تضمین میدان‌های الکتریکی یکنواخت (میدان‌های الکتریکی شعاعی). در سیستم‌های سه فاز چهار سیمه، این محافظ همچنین به عنوان خط خنثی عمل می‌کند، جریان‌های نامتعادل را حمل می‌کند و عایق‌بندی شعاعی را فراهم می‌کند.

۳. درباره کابل OW

شرکت OW Cable به عنوان یکی از تأمین‌کنندگان پیشرو در زمینه مواد اولیه سیم و کابل، پلی‌اتیلن کراس‌لینک (XLPE)، نوارهای مسی، سیم‌های مسی و سایر مواد محافظ با کیفیت بالا را که به طور گسترده در ساخت کابل‌های برق، کابل‌های ارتباطی و کابل‌های ویژه استفاده می‌شوند، ارائه می‌دهد. محصولات ما مطابق با استانداردهای بین‌المللی هستند و ما متعهد به ارائه راه‌حل‌های قابل اعتماد برای محافظت از کابل به مشتریان خود هستیم.