Ecranarea utilizată în produsele din sârmă și cablu are două concepte complet diferite: ecranare electromagnetică și ecranare câmp electric. Ecranarea electromagnetică este concepută pentru a împiedica cablurile care transmit semnale de înaltă frecvență (cum ar fi cablurile RF și cablurile electronice) să provoace interferențe externe sau pentru a bloca undele electromagnetice externe să interfereze cu cablurile care transmit curenți slabi (cum ar fi cablurile de semnal sau de măsurare), precum și pentru a reduce diafonia dintre fire. Ecranarea câmpului electric este concepută pentru a echilibra câmpul electric puternic de pe suprafața conductorului sau de pe suprafața de izolație a cablurilor de alimentare de medie și înaltă tensiune.
1. Structura și cerințele straturilor de ecranare a câmpului electric
Ecranarea cablurilor de alimentare include ecranarea conductorului, ecranarea izolației și ecranarea metalică. Conform standardelor relevante, cablurile cu o tensiune nominală mai mare de 0,6/1kV trebuie să aibă un strat de ecranare metalică, care poate fi aplicat pe fiecare miez izolat sau pe miezul cablului multifilar. Pentru cablurile izolate cu XLPE cu o tensiune nominală de cel puțin 3,6/6kV și cablurile cu izolație subțire EPR cu o tensiune nominală de cel puțin 3,6/6kV (sau cablurile cu izolație groasă cu o tensiune nominală de cel puțin 6/10kV), sunt necesare și structuri de ecranare semiconductoare interioare și exterioare.
(1) Ecranarea conductorului și ecranarea izolației
Ecranarea conductorului (ecranarea semiconductoare interioară) trebuie să fie nemetalică, constând dintr-un material semiconductor extrudat sau o bandă semiconductoare înfășurată în jurul conductorului, urmată de un strat semiconductor extrudat.
Ecranarea izolației (ecranarea semiconductoare exterioară) este un strat semiconductor nemetalic extrudat direct pe suprafața exterioară a fiecărui miez izolat, care poate fi fie lipit strâns de izolație, fie detașabil de aceasta. Straturile semiconductoare interioare și exterioare extrudate trebuie să fie lipite strâns de izolație, cu interfețe netede, fără urme evidente de fire și fără muchii ascuțite, particule, urme de arsură sau zgârieturi. Rezistența înainte și după îmbătrânire nu trebuie să depășească 1000 Ω·m pentru stratul de ecranare a conductorului și 500 Ω·m pentru stratul de ecranare a izolației.
Materialele de ecranare semiconductoare interioare și exterioare sunt fabricate prin amestecarea materialelor izolatoare corespunzătoare (cum ar fi polietilenă reticulată, cauciuc etilenă-propilenă etc.) cu negru de fum, antioxidanți, copolimer etilenă-acetat de vinil și alți aditivi. Particulele de negru de fum trebuie să fie dispersate uniform în interiorul polimerului, fără aglomerare sau dispersie slabă.
Grosimea straturilor de ecranare semiconductoare interioare și exterioare crește odată cu nivelul de tensiune. Deoarece intensitatea câmpului electric pe stratul de izolație este mai mare în interior și mai mică în exterior, grosimea straturilor de ecranare semiconductoare ar trebui să fie, de asemenea, mai mare în interior decât în exterior. În trecut, ecranarea semiconductoare exterioară era fabricată puțin mai groasă decât cea interioară pentru a preveni zgârieturile cauzate de controlul deficitar al flăcării sau perforațiile cauzate de benzile de cupru prea dure. Acum, cu monitorizarea automată online a flăcării și benzile de cupru moale recoapte, stratul de ecranare semiconductoare interior ar trebui fabricat puțin mai gros sau egal cu stratul exterior. Pentru cablurile de 6–10–35 kV, grosimea stratului interior este în general de 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Ecranare metalică
Cablurile cu o tensiune nominală mai mare de 0,6/1kV trebuie să aibă un strat de ecranare metalic. Stratul de ecranare metalic trebuie aplicat pe fiecare miez izolat sau miez de cablu. Ecranarea metalică trebuie să fie formată dintr-una sau mai multe benzi metalice, împletituri metalice, straturi concentrice de fire metalice sau o combinație de fire metalice și benzi metalice.
În Europa și în alte țări dezvoltate, datorită utilizării sistemelor cu dublu circuit, cu împământare prin rezistență, cu curenți de scurtcircuit mai mari, se utilizează în mod obișnuit ecranarea cu fir de cupru. Unii producători încorporează firele de cupru în teaca de separare sau în teaca exterioară pentru a reduce diametrul cablului. În China, cu excepția unor proiecte cheie care utilizează sisteme cu dublu circuit, cu împământare prin rezistență, majoritatea sistemelor utilizează surse de alimentare cu un singur circuit, cu bobină de suprimare a arcului, care limitează la minimum curentul de scurtcircuit, astfel încât se poate utiliza ecranarea cu bandă de cupru. Fabricile de cabluri procesează benzile de cupru dur achiziționate prin tăiere și recoacere pentru a obține o anumită alungire și rezistență la tracțiune (prea tare va zgâria stratul de ecranare a izolației, prea moale se va șifona) înainte de utilizare. Benzile de cupru moale trebuie să respecte standardul GB/T11091-2005 Bandă de cupru pentru cabluri.
Ecranarea cu bandă de cupru trebuie să fie alcătuită dintr-un strat de bandă de cupru moale suprapusă sau două straturi de bandă de cupru moale înfășurată elicoidal, cu goluri. Rata medie de suprapunere a benzii de cupru trebuie să fie de 15% din lățimea sa (valoare nominală), iar rata minimă de suprapunere nu trebuie să fie mai mică de 5%. Grosimea nominală a benzii de cupru trebuie să fie de cel puțin 0,12 mm pentru cablurile cu un singur fir și de cel puțin 0,10 mm pentru cablurile cu mai multe fire. Grosimea minimă a benzii de cupru nu trebuie să fie mai mică de 90% din valoarea nominală. În funcție de diametrul exterior al ecranării izolației (≤25 mm sau >25 mm), lățimea benzii de cupru este de obicei de 30–35 mm.
Ecranarea din fir de cupru este realizată din fire de cupru moi înfășurate elicoidal, fixate cu o înfășurare contra-elicoidală din fire de cupru sau benzi de cupru. Rezistența sa trebuie să îndeplinească cerințele standardului GB/T3956-2008 Conductori de cabluri, iar aria secțiunii transversale nominale trebuie determinată în funcție de capacitatea curentului de defect. Ecranarea din fir de cupru poate fi aplicată peste mantaua interioară a cablurilor trifilare sau direct peste izolație, stratul exterior de ecranare semiconductoare sau o manta interioară adecvată a cablurilor monofilare. Distanța medie dintre firele de cupru adiacente nu trebuie să depășească 4 mm. Distanța medie G se calculează folosind formula:
unde:
D – diametrul miezului cablului sub ecranarea firului de cupru, în mm;
d – diametrul firului de cupru, în mm;
n – numărul de fire de cupru.
2. Rolul straturilor de ecranare și relația acestora cu nivelurile de tensiune
(1) Rolul ecranării semiconductoare interioare și exterioare
Conductorii de cablu sunt în general compactați din mai multe fire torsadate. În timpul extrudării izolației, pot exista goluri, bavuri și alte neregularități de suprafață între suprafața conductorului și stratul de izolație, provocând concentrarea câmpului electric, ducând la descărcarea locală a spațiului de aer și la descărcarea de tip arborescent, reducând performanța dielectrică. Prin extrudarea unui strat de material semiconductor (ecranarea conductorului) peste suprafața conductorului, se asigură un contact strâns cu izolația. Deoarece stratul semiconductor și conductorul au același potențial, chiar dacă există goluri între ele, nu va exista nicio acțiune a câmpului electric, prevenind astfel descărcările parțiale.
În mod similar, există goluri între suprafața izolatoare exterioară și teaca metalică (sau ecranarea metalică), iar cu cât nivelul tensiunii este mai mare, cu atât este mai probabilă apariția descărcării în golul de aer. Prin extrudarea unui strat semiconductor (ecranare izolatoare) pe suprafața izolatoare exterioară, se formează o suprafață echipotențială exterioară cu teaca metalică, eliminând câmpurile electrice din goluri și prevenind descărcările parțiale.
(2) Rolul ecranării metalice
Funcțiile ecranării metalice includ: transportul curentului capacitiv în condiții normale, servind ca o cale pentru curentul de scurtcircuit în timpul defectelor; limitarea câmpului electric în interiorul izolației (reducând interferențele electromagnetice externe) și asigurarea unui câmp electric radial uniform; acționarea ca linie neutră în sistemele trifazate cu patru fire pentru a transporta curentul dezechilibrat; și asigurarea protecției radiale împotriva blocării apei.
Data publicării: 28 iulie 2025