7. 3 中压电缆的绝缘屏蔽
中压电缆的绝缘屏蔽由两部分组成:
1) 半导电层或者应力消减层。
2) 金属层, 包括一层或多层金属带、 屏蔽引出线、 同心中性线或者金属管。这两个组成部分的功能是保证电缆的长期使用寿命。
7. 3. 1 应力消减层
挤出的聚合物屏蔽层多年以前就已经代替了包带屏蔽层。 这挤出的一层叫做绝缘屏蔽或者外屏蔽。 绝缘屏蔽的特性和兼容性要求与导体屏蔽相近。 但是标准对绝缘屏蔽的体积电阻率要求是不得大于 500Ω·m。 与导体屏蔽相比, 电阻率要求值的降低意味着外面的金属屏蔽层可能不会连续接触绝缘屏蔽 ( 比如屏蔽线间有空隙), 而且事实上在电缆带电时, 人员有可能接触电缆的外层。
非金属屏蔽层直接挤包在绝缘上, 界面上电场强度低于导体屏蔽与绝缘层界面的场强。 为了安装接头和终端的方便, 在电压不高于 46kV 时, 绝缘屏蔽不需要粘结绝缘层。 在更高电压时, 强烈建议使用粘结绝缘的屏蔽层。
由于大多数用户希望绝缘屏蔽易于剥离, 绝缘电缆工程师协会 ( ICEA) 的标准 S- 94- 649- 2004[2] 规定了剥离拉力的限值。 目前限值是把平行于导体的 0. 5in 的薄片以与绝缘表面垂直方向剥离的拉力应该在 3 ~ 24lbf 之间。
7. 3. 2 金属屏蔽
绝缘屏蔽或者外屏蔽的金属部分为充电电流提供了必要低电阻接地通道。 必须
第 7 章 电力电缆的屏蔽
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意识到, 挤出的屏蔽层不能在持续的大于几毫安的电流下保持完好。 这些材料能经受小的充电电流, 但是不能承受不平衡电流或者故障电流。
一方面, 绝缘屏蔽系统的金属部分必须能容纳更大的电流。 另一方面, 单芯电缆屏蔽中使用太多的金属在下述两个方面都很不划算。 首先, 多余的金属屏蔽层增加了电缆的初始成本。 其次, 绝缘屏蔽的金属越多 ( 电导率大), 导体电流在屏蔽中产生的屏蔽损耗也就越大。 这一点在本书第 14 章 ( 电缆载流量) 会详细说明。
电缆设计时必须设计足够的金属屏蔽, 以确保在电缆寿命期内出现电缆故障时能起动后备保护。 这也关系到屏蔽损耗。 因此, 下列问题是很重要的。
1) 分析回路的短路设备。 熔断器、 重合闸或者回路断路器的设计和运行特性如何?
2) 在电缆寿命期内, 故障电流水平如何?
3) 能够承受的屏蔽损耗水平。 屏蔽多少次接地? 是否配有防止接地电流的屏蔽断路器?
尽管在 ICEA 标准中对单芯地下直埋电缆有全回流线和 1 / 3 回流线的布置, 但对于特定的工程, 这可能不是最经济的设计。 如何最优化中性线的金属使用已经有研究成果发表[3,4] 。 在进行电缆设计前, 应该阅读相应的文献。 本书第 14 章对屏蔽损耗有深入的探讨。
7. 3. 3 同心中性线电缆
使用同心中性线电缆时, 应按照适用的 ICEA 标准制造同心中性线。 无镀层单线应符合 ASTM B3 标准, 有镀层单线应符合 ASTM B33 标准。 屏蔽单线直接绞合在非金属绝缘屏蔽上, 绞合节距是中性线外径的 6 ~ 10 倍。 该电缆用于承受屏蔽中的中性回路电流, 还能完成电缆金属屏蔽的其他功能。 这有可能在屏蔽中需要使用更多的金属, 导致较大的屏蔽损耗。
回路的交变正弦波中不断增加的谐波是一个复杂的因素。 如果谐波分量太大的话, 需要额外的中性线容量。