ชั้นฉนวนหุ้มสายไฟ: การวิเคราะห์โครงสร้างและวัสดุอย่างครอบคลุม

ในผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิล โครงสร้างการป้องกันแบ่งออกเป็นสองแนวคิดหลัก ได้แก่ การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการป้องกันสนามไฟฟ้า การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใช้เป็นหลักเพื่อป้องกันไม่ให้สายสัญญาณความถี่สูง (เช่น สาย RF และสายอิเล็กทรอนิกส์) ก่อให้เกิดการรบกวนต่อสิ่งแวดล้อมภายนอก หรือเพื่อป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกไม่ให้รบกวนสายเคเบิลที่ส่งกระแสไฟฟ้าอ่อน (เช่น สายสัญญาณและสายวัด) รวมถึงลดการรบกวนระหว่างสายเคเบิล การป้องกันสนามไฟฟ้าในทางกลับกัน ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลสนามไฟฟ้าแรงสูงบนพื้นผิวตัวนำหรือพื้นผิวฉนวนของสายไฟแรงดันปานกลางและสูง

1. โครงสร้างและข้อกำหนดของชั้นป้องกันสนามไฟฟ้า

การป้องกันสายเคเบิลไฟฟ้าแบ่งออกเป็น การป้องกันตัวนำ การป้องกันฉนวน และการป้องกันโลหะ ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง สายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดมากกว่า 0.6/1 kV ควรมีชั้นป้องกันโลหะ ซึ่งสามารถใช้กับแกนฉนวนแต่ละแกนหรือแกนสายเคเบิลทั้งหมดก็ได้ สำหรับสายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดอย่างน้อย 3.6/6 kV ที่ใช้ฉนวน XLPE (โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม) หรือสายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดอย่างน้อย 3.6/6 kV ที่ใช้ฉนวน EPR (ยางเอทิลีนโพรพิลีน) บาง (หรือฉนวนหนาที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดอย่างน้อย 6/10 kV) จำเป็นต้องมีโครงสร้างป้องกันกึ่งตัวนำทั้งด้านในและด้านนอกด้วย

(1) การป้องกันตัวนำและการป้องกันฉนวน

การป้องกันตัวนำ (การป้องกันกึ่งตัวนำภายใน): ควรเป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ประกอบด้วยวัสดุกึ่งตัวนำแบบอัดขึ้นรูป หรือการผสมผสานระหว่างเทปกึ่งตัวนำที่พันรอบตัวนำ ตามด้วยวัสดุกึ่งตัวนำแบบอัดขึ้นรูปอีกชั้นหนึ่ง

ฉนวนป้องกัน (ฉนวนป้องกันกึ่งตัวนำภายนอก): วัสดุนี้ถูกขึ้นรูปโดยตรงบนพื้นผิวด้านนอกของแกนฉนวนแต่ละอัน และยึดติดแน่นกับชั้นฉนวนหรือสามารถลอกออกได้

ชั้นกึ่งตัวนำด้านในและด้านนอกที่ขึ้นรูปด้วยการอัดรีดควรยึดติดกับฉนวนอย่างแน่นหนา โดยมีพื้นผิวเรียบ ปราศจากร่องรอยการพันกันของตัวนำ ขอบคม อนุภาค รอยไหม้ หรือรอยขีดข่วนที่เห็นได้ชัด ค่าความต้านทานก่อนและหลังการเสื่อมสภาพไม่ควรเกิน 1000 โอห์ม-เมตร สำหรับชั้นป้องกันตัวนำ และไม่ควรเกิน 500 โอห์ม-เมตร สำหรับชั้นป้องกันฉนวน

วัสดุป้องกันกึ่งตัวนำชั้นในและชั้นนอกทำขึ้นโดยการผสมวัสดุฉนวนที่เหมาะสม (เช่น โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE) และยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR)) กับสารเติมแต่ง เช่น ผงคาร์บอน สารป้องกันการเสื่อมสภาพ และโคพอลิเมอร์เอทิลีน-ไวนิลอะซิเตต อนุภาคผงคาร์บอนควรมีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในพอลิเมอร์ โดยไม่มีการจับตัวเป็นก้อนหรือการกระจายตัวที่ไม่ดี
ความหนาของชั้นฉนวนกึ่งตัวนำด้านในและด้านนอกจะเพิ่มขึ้นตามระดับแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าบนชั้นฉนวนจะสูงกว่าด้านในและต่ำกว่าด้านนอก ดังนั้นความหนาของชั้นฉนวนกึ่งตัวนำจึงควรหนากว่าด้านในและบางกว่าด้านนอก สำหรับสายเคเบิลที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้า 6~10~35 kV ความหนาของชั้นด้านในโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 0.5~0.6~0.8 มม.

(2) การป้องกันด้วยโลหะ

สายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดมากกว่า 0.6/1 kV ควรมีชั้นป้องกันที่เป็นโลหะ ชั้นป้องกันที่เป็นโลหะควรหุ้มด้านนอกของแกนฉนวนแต่ละแกนหรือแกนสายเคเบิล การป้องกันด้วยโลหะอาจประกอบด้วยเทปโลหะหนึ่งชั้นหรือมากกว่านั้น ถักด้วยโลหะ ชั้นลวดโลหะแบบวงกลม หรือการผสมผสานระหว่างลวดโลหะและเทป

ในยุโรปและประเทศที่พัฒนาแล้ว ซึ่งใช้ระบบวงจรคู่แบบต่อลงดินด้วยความต้านทานและกระแสลัดวงจรสูง มักใช้ลวดทองแดงเป็นฉนวนป้องกัน ในประเทศจีน ระบบจ่ายไฟแบบวงจรเดี่ยวต่อลงดินด้วยขดลวดระงับประกายไฟเป็นที่นิยมมากกว่า ดังนั้นจึงมักใช้เทปทองแดงเป็นฉนวนป้องกัน ผู้ผลิตสายเคเบิลจะนำเทปทองแดงแข็งที่ซื้อมามาแปรรูปโดยการตัดและอบอ่อนเพื่อให้อ่อนตัวลงก่อนใช้งาน เทปทองแดงอ่อนต้องเป็นไปตามมาตรฐาน GB/T11091-2005 “เทปทองแดงสำหรับสายเคเบิล”

การหุ้มฉนวนด้วยเทปทองแดงควรประกอบด้วยเทปทองแดงอ่อนแบบซ้อนทับกันหนึ่งชั้น หรือเทปทองแดงอ่อนแบบพันเว้นช่องว่างสองชั้น อัตราการซ้อนทับโดยเฉลี่ยควรอยู่ที่ 15% ของความกว้างของเทป โดยมีอัตราการซ้อนทับขั้นต่ำไม่น้อยกว่า 5% ความหนาที่กำหนดของเทปทองแดงควรไม่น้อยกว่า 0.12 มม. สำหรับสายเคเบิลแกนเดี่ยว และไม่น้อยกว่า 0.10 มม. สำหรับสายเคเบิลหลายแกน ความหนาขั้นต่ำควรไม่น้อยกว่า 90% ของค่าที่กำหนด

ฉนวนลวดทองแดงประกอบด้วยลวดทองแดงอ่อนที่พันกันอย่างหลวมๆ โดยมีพื้นผิวถูกยึดด้วยลวดทองแดงหรือเทปที่พันกลับด้าน ความต้านทานของฉนวนควรเป็นไปตามมาตรฐาน GB/T3956-2008 “ตัวนำของสายเคเบิล” และพื้นที่หน้าตัดที่กำหนดควรพิจารณาจากความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจร

2. หน้าที่ของชั้นฉนวนและความสัมพันธ์กับระดับแรงดันไฟฟ้า

(1) หน้าที่ของการป้องกันกึ่งตัวนำภายในและภายนอก

ตัวนำสายเคเบิลโดยทั่วไปประกอบด้วยเส้นลวดหลายเส้นที่ตีเกลียวและอัดแน่น ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูปฉนวน ช่องว่าง รอยขรุขระ หรือความไม่เรียบของพื้นผิวระหว่างพื้นผิวตัวนำและชั้นฉนวนอาจทำให้เกิดการรวมตัวของสนามไฟฟ้า นำไปสู่การคายประจุบางส่วนและการคายประจุแบบแตกแขนง ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าลดลง การอัดขึ้นรูปชั้นวัสดุกึ่งตัวนำ (ฉนวนป้องกันตัวนำ) ระหว่างพื้นผิวตัวนำและชั้นฉนวนจะช่วยให้ยึดติดกับฉนวนได้อย่างแน่นหนา เนื่องจากชั้นกึ่งตัวนำมีศักย์ไฟฟ้าเดียวกันกับตัวนำ ช่องว่างใดๆ ระหว่างกันจึงจะไม่ได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้า ทำให้ป้องกันการคายประจุบางส่วนได้

ในทำนองเดียวกัน ช่องว่างระหว่างพื้นผิวฉนวนด้านนอกกับปลอกโลหะ (หรือแผ่นโลหะป้องกัน) ก็อาจทำให้เกิดการคายประจุบางส่วนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับแรงดันไฟฟ้าสูง การอัดขึ้นรูปชั้นวัสดุกึ่งตัวนำ (แผ่นฉนวนป้องกัน) บนพื้นผิวฉนวนด้านนอก จะสร้างพื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับปลอกโลหะ ซึ่งจะช่วยขจัดผลกระทบของสนามไฟฟ้าภายในช่องว่างและป้องกันการคายประจุบางส่วนได้

(2) หน้าที่ของการป้องกันด้วยโลหะ

หน้าที่ของฉนวนโลหะ ได้แก่ การนำกระแสไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟภายใต้สภาวะปกติ การเป็นเส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (กระแสผิดปกติ) การจำกัดสนามไฟฟ้าไว้ภายในฉนวน (ลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสิ่งแวดล้อมภายนอก) และการทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ (สนามไฟฟ้าแบบรัศมี) ในระบบสามเฟสสี่สาย ฉนวนโลหะยังทำหน้าที่เป็นสายกลางที่นำกระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุล และให้การป้องกันน้ำแบบรัศมีด้วย

3. เกี่ยวกับ OW Cable

ในฐานะผู้จัดจำหน่ายวัตถุดิบชั้นนำสำหรับสายไฟและสายเคเบิล OW Cable จัดจำหน่ายโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE) คุณภาพสูง เทปทองแดง สายทองแดง และวัสดุหุ้มฉนวนอื่นๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสายไฟ สายเคเบิลสื่อสาร และสายเคเบิลพิเศษ ผลิตภัณฑ์ของเราเป็นไปตามมาตรฐานสากล และเรามุ่งมั่นที่จะส่งมอบโซลูชันการหุ้มฉนวนสายเคเบิลที่เชื่อถือได้แก่ลูกค้าของเรา