Juhtme- ja kaablitoodetes kasutataval varjestusel on kaks täiesti erinevat kontseptsiooni: elektromagnetiline varjestus ja elektrivälja varjestus. Elektromagnetilise varjestuse eesmärk on takistada kõrgsagedussignaale edastavate kaablite (näiteks raadiosageduskaablite ja elektroonikakaablite) väliste häirete teket või blokeerida väliste elektromagnetlainete häireid nõrku voolusid edastavate kaablite (näiteks signaali- või mõõtekaablite) toimimisel, samuti vähendada juhtmetevahelist läbikostet. Elektrivälja varjestus on loodud selleks, et tasakaalustada tugevat elektrivälja juhi pinnal või kesk- ja kõrgepingekaablite isolatsioonipinnal.
1. Elektrivälja varjestuskihtide struktuur ja nõuded
Toitekaablite varjestus hõlmab juhi varjestust, isolatsioonivarjestust ja metallvarjestust. Vastavalt asjakohastele standarditele peaks kaablitel, mille nimipinge on üle 0,6/1 kV, olema metallvarjestuskiht, mida saab kanda igale isoleeritud südamikule või mitmesoonelisele keerutatud kaablisüdamikule. XLPE-isolatsiooniga kaablite puhul, mille nimipinge on vähemalt 3,6/6 kV, ja EPR-õhukese isolatsiooniga kaablite puhul, mille nimipinge on vähemalt 3,6/6 kV (või paksu isolatsiooniga kaablite puhul, mille nimipinge on vähemalt 6/10 kV), on nõutavad ka sisemised ja välimised pooljuhtivad varjestusstruktuurid.
(1) Juhi varjestus ja isolatsiooni varjestus
Juhi varjestus (sisemine pooljuhtiv varjestus) peaks olema mittemetallist, koosnedes ekstrudeeritud pooljuhtivast materjalist või pooljuhtivast lindist, mis on mähitud ümber juhi, millele järgneb ekstrudeeritud pooljuhtiv kiht.
Isolatsioonivarjestus (välimine pooljuhtiv varjestus) on mittemetallist pooljuhtiv kiht, mis ekstrudeeritakse otse iga isoleeritud südamiku välispinnale ja mis võib olla kas isolatsiooniga tihedalt liimitud või sellest eemaldatav. Ekstrudeeritud sisemine ja välimine pooljuhtiv kiht peaksid olema isolatsiooniga tihedalt liimitud, siledate liidestega, ilma nähtavate kiujälgedeta ning teravate servade, osakeste, kõrbemisjälgede või kriimustusteta. Takistus enne ja pärast vanandamist ei tohiks juhi varjestuskihi puhul ületada 1000 Ω·m ja isolatsiooni varjestuskihi puhul 500 Ω·m.
Sisemine ja välimine pooljuhtiv varjestusmaterjal valmistatakse vastavate isolatsioonimaterjalide (näiteks ristseotud polüetüleeni, etüleen-propüleenkummi jne) segamisel süsinikmusta, antioksüdantide, etüleen-vinüülatsetaatkopolümeeri ja muude lisanditega. Süsinikmusta osakesed peaksid olema polümeeris ühtlaselt jaotunud, ilma aglomeratsiooni või halva hajumiseta.
Sisemise ja välimise pooljuhtiva varjestuskihi paksus suureneb koos pingetasemega. Kuna isolatsioonikihi elektrivälja tugevus on seespool suurem ja väljas väiksem, peaks ka pooljuhtiva varjestuskihi paksus olema seespool suurem kui väljas. Varem tehti välimine pooljuhtiv varjestus veidi paksemaks kui sisemine, et vältida kriimustusi, mis võivad tekkida halva läbipainde kontrolli või liiga kõvade vaskteipide põhjustatud läbitorkamiste tõttu. Nüüd, tänu automaatsele läbipainde jälgimisele ja lõõmutatud pehmetele vaskteipidele, peaks sisemine pooljuhtiv varjestuskiht olema veidi paksem või võrdne välimise kihi paksusega. 6–10–35 kV kaablite puhul on sisemise kihi paksus üldiselt 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Metallist varjestus
Kaablid, mille nimipinge on üle 0,6/1 kV, peaksid olema varustatud metallist varjestuskihiga. Metallist varjestuskiht tuleks kanda igale isoleeritud südamikule või kaablisüdamikule. Metallist varjestus peaks koosnema ühest või mitmest metalllindist, metallpunutisest, kontsentrilistest metalltraadi kihist või metalltraatide ja metalllintide kombinatsioonist.
Euroopas ja teistes arenenud riikides kasutatakse tavaliselt vasktraadist varjestust, kuna kasutatakse takistusega maandatud kaheahelalisi süsteeme suurema lühisvooluga. Mõned tootjad paigaldavad kaabli läbimõõdu vähendamiseks vaskjuhtmeid eralduskesta või väliskesta sisse. Hiinas, välja arvatud mõned võtmeprojektid, mis kasutavad takistusega maandatud kaheahelalisi süsteeme, kasutab enamik süsteeme kaarlahendusmähisega maandatud üheahelalisi toiteallikaid, mis piiravad lühisvoolu miinimumini, mistõttu saab kasutada vaskteibist varjestust. Kaablitehased töötlevad ostetud kõvasid vaskteipe enne kasutamist lõikamise ja lõõmutamise teel, et saavutada teatud venivus ja tõmbetugevus (liiga kõvad teibid kriimustavad isolatsiooni varjestuskihti, liiga pehmed teibid kortsuvad). Pehmed vaskteibid peaksid vastama standardile GB/T11091-2005 „Vaseteip kaablitele”.
Vasklindist varjestus peaks koosnema ühest kattuva pehme vasklindi kihist või kahest spiraalselt mähitud pehmest vasklindist, millel on vahed. Vasklindi keskmine kattuvusmäär peaks olema 15% selle laiusest (nimiväärtus) ja minimaalne kattuvusmäär ei tohiks olla väiksem kui 5%. Vasklindi nimipaksus peaks olema ühesooneliste kaablite puhul vähemalt 0,12 mm ja mitmesooneliste kaablite puhul vähemalt 0,10 mm. Vasklindi minimaalne paksus ei tohiks olla väiksem kui 90% nimiväärtusest. Sõltuvalt isolatsioonivarjestuse välisläbimõõdust (≤25 mm või >25 mm) on vasklindi laius tavaliselt 30–35 mm.
Vasktraadist varjestus on valmistatud spiraalselt keritud pehmetest vasktraatidest, mis on kinnitatud vasktraatide või vaskteipide vastasspiraalselt mähitud kaablitega. Selle takistus peaks vastama standardi GB/T3956-2008 „Kaablite juhid“ nõuetele ja selle nimiristlõikepindala tuleks määrata vastavalt rikkevoolu taluvusele. Vasktraadist varjestust saab paigaldada kolmesooneliste kaablite sisemisele kestale või otse isolatsioonile, välimisele pooljuhtivale varjestuskihile või ühesooneliste kaablite sobivale sisemisele kestale. Külgnevate vasktraatide vaheline keskmine vahe ei tohiks ületada 4 mm. Keskmine vahe G arvutatakse järgmise valemi abil:
kus:
D – vasktraadist varjestuse all oleva kaablisüdamiku läbimõõt millimeetrites;
d – vasktraadi läbimõõt millimeetrites;
n – vasktraatide arv.
2. Varjestuskihtide roll ja nende seos pingetasemetega
(1) Sisemise ja välimise pooljuhtiva varjestuse roll
Kaablijuhtmed on tavaliselt tihendatud mitmest keermestatud juhtmest. Isolatsiooni ekstrusiooni ajal võivad juhi pinna ja isolatsioonikihi vahele tekkida tühimikud, ebatasasused ja muud pinna ebatasasused, mis põhjustavad elektrivälja kontsentratsiooni, mis omakorda viib lokaalse õhupilu ja puudevahelise tühjenemiseni ning vähendab dielektrilist jõudlust. Pooljuhtiva materjali kihi (juhi varjestuse) ekstrudeerimine juhi pinnale tagab tiheda kontakti isolatsiooniga. Kuna pooljuhtiv kiht ja juht on samal potentsiaalil, siis isegi kui nende vahel on tühimikud, ei teki elektrivälja mõju, mis hoiab ära osalised tühjenemised.
Samamoodi on välimise isolatsioonipinna ja metallkesta (või metallvarjestuse) vahel tühimikud ning mida kõrgem on pingetase, seda tõenäolisemalt tekib õhupilu tühjenemine. Pooljuhtiva kihi (isolatsioonivarjestuse) ekstrudeerimisega välimisele isolatsioonipinnale moodustub metallkestaga väline ekvipotentsiaalpind, mis kõrvaldab tühimike elektriväljad ja hoiab ära osalised tühjenemised.
(2) Metallist varjestuse roll
Metallvarjestuse funktsioonide hulka kuuluvad: mahtuvusliku voolu juhtimine tavatingimustes, lühisvoolu edastamine rikete ajal; elektrivälja piiramine isolatsioonis (vähendades väliseid elektromagnetilisi häireid) ja ühtlase radiaalse elektrivälja tagamine; toimimine neutraaljoonena kolmefaasilistes neljajuhtmelistes süsteemides tasakaalustamata voolu edastamiseks; ja radiaalse veetõkke pakkumine.
Postituse aeg: 28. juuli 2025