طبقات حماية كابلات الطاقة: تحليل شامل للهيكل والمواد

في منتجات الأسلاك والكابلات، تُقسم هياكل الحماية إلى مفهومين رئيسيين: الحماية الكهرومغناطيسية والحماية من المجال الكهربائي. تُستخدم الحماية الكهرومغناطيسية بشكل أساسي لمنع كابلات الإشارات عالية التردد (مثل كابلات الترددات الراديوية والكابلات الإلكترونية) من التسبب في تداخل مع البيئة الخارجية، أو لمنع الموجات الكهرومغناطيسية الخارجية من التداخل مع الكابلات التي تنقل تيارات ضعيفة (مثل كابلات الإشارة والقياس)، بالإضافة إلى تقليل التداخل المتبادل بين الكابلات. أما الحماية من المجال الكهربائي، فتُصمم لموازنة المجالات الكهربائية القوية على سطح الموصل أو سطح العزل لكابلات الطاقة ذات الجهد المتوسط ​​والعالي.

1. بنية ومتطلبات طبقات الحماية من المجال الكهربائي

ينقسم تدريع كابلات الطاقة إلى تدريع الموصل، وتدريع العزل، والتدريع المعدني. ووفقًا للمعايير ذات الصلة، يجب أن تحتوي الكابلات ذات الجهد المقنن الذي يزيد عن 0.6/1 كيلو فولت على طبقة تدريع معدنية، يمكن تطبيقها على النوى المعزولة الفردية أو على قلب الكابل بالكامل. أما بالنسبة للكابلات ذات الجهد المقنن الذي لا يقل عن 3.6/6 كيلو فولت والمستخدمة لعزل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)، أو الكابلات ذات الجهد المقنن الذي لا يقل عن 3.6/6 كيلو فولت والمستخدمة لعزل رقيق من مطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR) (أو عزل سميك بجهد مقنن لا يقل عن 6/10 كيلو فولت)، فيلزم أيضًا وجود بنية تدريع شبه موصلة داخلية وخارجية.

(1) حماية الموصل وحماية العزل

حماية الموصل (الحماية الداخلية شبه الموصلة): يجب أن تكون هذه الحماية غير معدنية، وتتكون من مادة شبه موصلة مقذوفة أو مزيج من شريط شبه موصل ملفوف حول الموصل متبوعًا بمادة شبه موصلة مقذوفة.

الحماية العازلة (الحماية الخارجية شبه الموصلة): يتم بثقها مباشرة على السطح الخارجي لكل قلب معزول وهي ملتصقة بإحكام بطبقة العزل أو قابلة للتقشير منها.

يجب أن تكون الطبقات شبه الموصلة الداخلية والخارجية المبثوقة ملتصقة بإحكام بالعازل، مع سطح تلامس أملس خالٍ من علامات تشابك الموصلات، والحواف الحادة، والجسيمات، والاحتراق، والخدوش. يجب ألا تتجاوز المقاومة النوعية قبل وبعد التقادم 1000 أوم متر لطبقة حماية الموصل، و500 أوم متر لطبقة حماية العازل.

تُصنع مواد التدريع شبه الموصلة الداخلية والخارجية عن طريق مزج مواد عازلة مناسبة (مثل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) ومطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR)) مع إضافات مثل الكربون الأسود، وعوامل مقاومة الشيخوخة، وبوليمر إيثيلين-فينيل أسيتات. يجب أن تتوزع جزيئات الكربون الأسود بالتساوي في البوليمر، دون أي تكتل أو تشتت ضعيف.
يزداد سُمك طبقتي الحماية شبه الموصلة الداخلية والخارجية مع زيادة الجهد الكهربائي المُقدَّر. ولأن شدة المجال الكهربائي على طبقة العزل تكون أعلى في الداخل وأقل في الخارج، يجب أن يكون سُمك طبقات الحماية شبه الموصلة أكبر في الداخل وأقل في الخارج. بالنسبة للكابلات ذات الجهد المُقدَّر من 6 إلى 10 إلى 35 كيلوفولت، يتراوح سُمك الطبقة الداخلية عادةً بين 0.5 و0.6 و0.8 ملم.

(2) التدريع المعدني

يجب أن تحتوي الكابلات ذات الجهد المقنن الذي يزيد عن 0.6/1 كيلوفولت على طبقة حماية معدنية. ينبغي أن تغطي طبقة الحماية المعدنية السطح الخارجي لكل سلك معزول أو لبّ الكابل. يمكن أن تتكون الحماية المعدنية من شريط معدني واحد أو أكثر، أو جدائل معدنية، أو طبقات متحدة المركز من الأسلاك المعدنية، أو مزيج من الأسلاك المعدنية والأشرطة.

في أوروبا والدول المتقدمة، حيث تُستخدم أنظمة الدوائر المزدوجة المؤرضة بالمقاومة وتكون تيارات قصر الدائرة أعلى، يُستخدم غالبًا التدريع بأسلاك نحاسية. أما في الصين، فأنظمة إمداد الطاقة أحادية الدائرة المؤرضة بملفات إخماد القوس الكهربائي أكثر شيوعًا، لذا يُستخدم عادةً التدريع بشريط نحاسي. يقوم مصنّعو الكابلات بمعالجة أشرطة النحاس الصلبة المشتراة عن طريق تقطيعها وتليينها قبل الاستخدام. يجب أن تتوافق أشرطة النحاس اللينة مع معيار GB/T11091-2005 "أشرطة النحاس للكابلات".

يجب أن يتكون التدريع بشريط النحاس من طبقة واحدة من شريط نحاسي مرن متداخل، أو طبقتين من شريط نحاسي مرن ملفوف بفجوات. يجب أن يكون متوسط ​​نسبة التداخل 15% من عرض الشريط، مع حد أدنى للتداخل لا يقل عن 5%. يجب ألا يقل السمك الاسمي لشريط النحاس عن 0.12 مم للكابلات أحادية النواة، ولا يقل عن 0.10 مم للكابلات متعددة النوى. يجب ألا يقل الحد الأدنى للسمك عن 90% من القيمة الاسمية.

يتكون غلاف الأسلاك النحاسية من أسلاك نحاسية لينة ملفوفة بشكل غير محكم، ويتم تثبيت سطحها بأسلاك أو أشرطة نحاسية ملفوفة بشكل عكسي. يجب أن تتوافق مقاومته مع معيار GB/T3956-2008 "موصلات الكابلات"، ويجب تحديد مساحة مقطعه العرضي الاسمية بناءً على قدرة تحمل تيار العطل.

2. وظائف طبقات الحماية وعلاقتها بتصنيفات الجهد

(1) وظائف الحماية شبه الموصلة الداخلية والخارجية

تتكون موصلات الكابلات عادةً من عدة أسلاك مجدولة ومضغوطة. أثناء عملية بثق العازل، قد تتسبب الفجوات الموضعية أو النتوءات أو عدم انتظام السطح بين سطح الموصل وطبقة العازل في تركيز المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى تفريغ جزئي وتفريغ متفرع، الأمر الذي يُضعف الأداء الكهربائي. من خلال بثق طبقة من مادة شبه موصلة (درع الموصل) بين سطح الموصل وطبقة العازل، يمكنها أن تلتصق بإحكام بالعازل. ولأن الطبقة شبه الموصلة لها نفس جهد الموصل، فإن أي فجوات بينهما لن تتأثر بالمجال الكهربائي، وبالتالي تمنع التفريغ الجزئي.

وبالمثل، يمكن أن تؤدي الفجوات بين سطح العزل الخارجي والغلاف المعدني (أو التدريع المعدني) إلى تفريغ جزئي، خاصةً عند الفولتيات العالية. ومن خلال بثق طبقة من مادة شبه موصلة (تدريع عازل) على سطح العزل الخارجي، تتشكل طبقة متساوية الجهد مع الغلاف المعدني، مما يلغي تأثيرات المجال الكهربائي داخل الفجوات ويمنع التفريغ الجزئي.

(2) وظائف التدريع المعدني

تشمل وظائف التدريع المعدني ما يلي: توصيل التيارات السعوية في الظروف العادية، والعمل كمسار لتيارات قصر الدائرة (الأعطال)، وحصر المجال الكهربائي داخل العازل (مما يقلل التداخل الكهرومغناطيسي مع البيئة الخارجية)، وضمان مجالات كهربائية منتظمة (مجالات كهربائية شعاعية). في أنظمة الأسلاك الثلاثية الطور ذات الأربعة أسلاك، يعمل أيضًا كخط محايد، ناقلًا التيارات غير المتوازنة، ويوفر عزلًا مائيًا شعاعيًا.

3. حول كابل OW

بصفتها مورداً رائداً للمواد الخام المستخدمة في صناعة الأسلاك والكابلات، توفر شركة OW Cable البولي إيثيلين المتشابك عالي الجودة (XLPE)، وأشرطة النحاس، وأسلاك النحاس، وغيرها من مواد الحماية المستخدمة على نطاق واسع في تصنيع كابلات الطاقة، وكابلات الاتصالات، والكابلات الخاصة. تتوافق منتجاتنا مع المعايير الدولية، ونحن ملتزمون بتوفير حلول حماية موثوقة للكابلات لعملائنا.