ชั้นป้องกันสายไฟฟ้า: การวิเคราะห์โครงสร้างและวัสดุอย่างครอบคลุม

ในผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิล โครงสร้างป้องกันแบ่งออกเป็นสองแนวคิดที่แตกต่างกัน ได้แก่ การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการป้องกันสนามไฟฟ้า การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้เพื่อป้องกันสายสัญญาณความถี่สูง (เช่น สาย RF และสายอิเล็กทรอนิกส์) ไม่ให้ก่อให้เกิดการรบกวนต่อสภาพแวดล้อมภายนอก หรือเพื่อป้องกันไม่ให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกรบกวนสายเคเบิลที่ส่งกระแสไฟฟ้าอ่อน (เช่น สายสัญญาณและสายวัด) รวมถึงเพื่อลดการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างสายเคเบิล ในทางกลับกัน การป้องกันสนามไฟฟ้าถูกออกแบบมาเพื่อสร้างสมดุลของสนามไฟฟ้าแรงสูงบนพื้นผิวตัวนำหรือพื้นผิวฉนวนของสายไฟฟ้าแรงดันปานกลางและแรงดันสูง

1. โครงสร้างและข้อกำหนดของชั้นป้องกันสนามไฟฟ้า

การป้องกันสายไฟฟ้าแบ่งออกเป็นการป้องกันตัวนำ การป้องกันฉนวน และการป้องกันโลหะ ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง สายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดมากกว่า 0.6/1 กิโลโวลต์ควรมีชั้นป้องกันโลหะ ซึ่งสามารถนำไปใช้กับแกนฉนวนแต่ละแกนหรือแกนสายเคเบิลทั้งหมดได้ สำหรับสายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอย่างน้อย 3.6/6 กิโลโวลต์ โดยใช้ฉนวน XLPE (พอลิเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง) หรือสายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอย่างน้อย 3.6/6 กิโลโวลต์ โดยใช้ฉนวน EPR (ยางเอทิลีนโพรพิลีน) บาง (หรือฉนวนหนาที่มีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอย่างน้อย 6/10 กิโลโวลต์) จำเป็นต้องมีโครงสร้างป้องกันกึ่งตัวนำทั้งภายในและภายนอก

(1) การป้องกันตัวนำและการป้องกันฉนวน

การป้องกันตัวนำ (การป้องกันกึ่งตัวนำด้านใน): ควรเป็นแบบที่ไม่ใช่โลหะ ประกอบด้วยวัสดุกึ่งตัวนำที่รีดขึ้นรูป หรือการรวมกันของเทปกึ่งตัวนำที่พันรอบตัวนำ ตามด้วยวัสดุกึ่งตัวนำที่รีดขึ้นรูป

การป้องกันฉนวน (การป้องกันกึ่งนำไฟฟ้าภายนอก): จะถูกอัดออกโดยตรงไปยังพื้นผิวด้านนอกของแกนฉนวนแต่ละแกน และยึดติดแน่นกับหรือลอกออกจากชั้นฉนวนได้

ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ด้านในและด้านนอกที่อัดขึ้นรูปควรยึดติดแน่นกับฉนวน มีส่วนต่อประสานที่เรียบ ปราศจากรอยพันเกลียวของตัวนำ ขอบคม เศษผง รอยไหม้ หรือรอยขีดข่วน ค่าความต้านทานไฟฟ้าก่อนและหลังการบ่มไม่ควรเกิน 1,000 โอห์ม·เมตรสำหรับชั้นป้องกันตัวนำ และไม่เกิน 500 โอห์ม·เมตรสำหรับชั้นป้องกันฉนวน

วัสดุป้องกันกึ่งตัวนำทั้งด้านในและด้านนอกผลิตจากการผสมวัสดุฉนวนที่เกี่ยวข้อง (เช่น โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) และยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR)) กับสารเติมแต่ง เช่น คาร์บอนแบล็ก สารป้องกันการเสื่อมสภาพ และโคพอลิเมอร์เอทิลีนไวนิลอะซิเตต อนุภาคคาร์บอนแบล็กควรกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในพอลิเมอร์ โดยไม่เกาะกลุ่มกันหรือกระจายตัวไม่ดี
ความหนาของชั้นฉนวนกึ่งนำไฟฟ้าทั้งด้านในและด้านนอกจะเพิ่มขึ้นตามค่าแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าบนชั้นฉนวนด้านในมีค่าสูงกว่าด้านนอก ความหนาของชั้นฉนวนกึ่งนำไฟฟ้าจึงควรหนากว่าด้านในและบางกว่าด้านนอก สำหรับสายเคเบิลที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้า 6~10~35 กิโลโวลต์ โดยทั่วไปความหนาของชั้นในจะอยู่ระหว่าง 0.5~0.6~0.8 มิลลิเมตร

(2) การป้องกันด้วยโลหะ

สายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดมากกว่า 0.6/1 กิโลโวลต์ ควรมีชั้นป้องกันโลหะ ชั้นป้องกันโลหะควรคลุมด้านนอกของแกนฉนวนแต่ละแกนหรือแกนสายเคเบิล การป้องกันโลหะอาจประกอบด้วยเทปโลหะหนึ่งเส้นหรือมากกว่า เกลียวโลหะ ชั้นลวดโลหะซ้อนกันหลายชั้น หรือลวดโลหะและเทปผสมกัน

ในยุโรปและประเทศที่พัฒนาแล้ว ซึ่งใช้ระบบวงจรคู่แบบต่อลงดินด้วยความต้านทานและมีกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงกว่า มักใช้ฉนวนหุ้มสายทองแดง ในประเทศจีน ระบบจ่ายไฟวงจรเดียวแบบต่อลงดินด้วยขดลวดป้องกันอาร์กเป็นที่นิยมมากกว่า จึงมักใช้ฉนวนหุ้มสายทองแดง ผู้ผลิตสายเคเบิลจะแปรรูปสายทองแดงแข็งที่ซื้อมาโดยการกรีดและอบอ่อนเพื่อให้อ่อนตัวลงก่อนใช้งาน สายทองแดงอ่อนต้องเป็นไปตามมาตรฐาน GB/T11091-2005 “เทปทองแดงสำหรับสายเคเบิล”

การป้องกันด้วยเทปทองแดงควรประกอบด้วยเทปทองแดงอ่อนซ้อนทับหนึ่งชั้น หรือเทปทองแดงอ่อนพันช่องว่างสองชั้น อัตราการซ้อนทับโดยเฉลี่ยควรอยู่ที่ 15% ของความกว้างของเทป โดยมีอัตราการซ้อนทับขั้นต่ำไม่น้อยกว่า 5% ความหนาที่กำหนดของเทปทองแดงควรไม่น้อยกว่า 0.12 มม. สำหรับสายแกนเดียว และไม่น้อยกว่า 0.10 มม. สำหรับสายหลายแกน ความหนาขั้นต่ำควรไม่น้อยกว่า 90% ของค่าที่กำหนด

การป้องกันสายทองแดงประกอบด้วยสายทองแดงอ่อนที่พันอย่างหลวมๆ ยึดพื้นผิวด้วยสายทองแดงหรือเทปพันกลับ ความต้านทานของสายทองแดงควรเป็นไปตามมาตรฐาน GB/T3956-2008 “ตัวนำไฟฟ้าของสายเคเบิล” และควรคำนวณพื้นที่หน้าตัดที่กำหนดโดยพิจารณาจากความจุกระแสไฟฟ้าลัดวงจร

2. หน้าที่ของชั้นป้องกันและความสัมพันธ์กับระดับแรงดันไฟฟ้า

(1) ฟังก์ชันการป้องกันกึ่งตัวนำภายในและภายนอก

โดยทั่วไปตัวนำสายเคเบิลประกอบด้วยสายหลายเส้นที่พันกันเป็นเกลียวและอัดแน่น ในระหว่างการอัดรีดฉนวน ช่องว่างเฉพาะที่ รอยเสี้ยน หรือความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวระหว่างพื้นผิวตัวนำและชั้นฉนวนอาจทำให้เกิดความเข้มข้นของสนามไฟฟ้า นำไปสู่การคายประจุบางส่วนและการคายประจุแบบทรีอิง ซึ่งลดประสิทธิภาพทางไฟฟ้า การอัดรีดชั้นวัสดุกึ่งตัวนำ (แผ่นหุ้มตัวนำ) ระหว่างพื้นผิวตัวนำและชั้นฉนวนสามารถยึดติดแน่นกับฉนวนได้ เนื่องจากชั้นสารกึ่งตัวนำมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับตัวนำ ช่องว่างใดๆ ระหว่างชั้นเหล่านี้จะไม่ได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้า จึงป้องกันการคายประจุบางส่วน

ในทำนองเดียวกัน ช่องว่างระหว่างพื้นผิวฉนวนด้านนอกและปลอกโลหะ (หรือแผ่นโลหะป้องกัน) ก็สามารถทำให้เกิดการคายประจุบางส่วนได้เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่แรงดันไฟฟ้าสูง โดยการอัดชั้นวัสดุกึ่งตัวนำ (แผ่นโลหะป้องกัน) บนพื้นผิวฉนวนด้านนอก ทำให้เกิดพื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับปลอกโลหะ ซึ่งช่วยลดผลกระทบของสนามไฟฟ้าภายในช่องว่างและป้องกันการคายประจุบางส่วน

(2) หน้าที่ของการป้องกันโลหะ

หน้าที่ของแผ่นโลหะป้องกันประกอบด้วย: การนำกระแสไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟภายใต้สภาวะปกติ ทำหน้าที่เป็นเส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (ไฟฟ้าลัดวงจร) จำกัดสนามไฟฟ้าภายในฉนวน (ลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากสภาพแวดล้อมภายนอก) และรักษาสนามไฟฟ้าให้สม่ำเสมอ (สนามไฟฟ้าแนวรัศมี) ในระบบสามเฟสสี่สาย แผ่นโลหะป้องกันยังทำหน้าที่เป็นสายกลาง นำกระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุล และป้องกันการรั่วซึมแนวรัศมีอีกด้วย

3. เกี่ยวกับ OW Cable

ในฐานะผู้จัดจำหน่ายวัตถุดิบชั้นนำสำหรับสายไฟและสายเคเบิล OW Cable จัดจำหน่ายวัสดุโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) คุณภาพสูง เทปทองแดง สายทองแดง และวัสดุป้องกันอื่นๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสายไฟฟ้า สายสื่อสาร และสายเคเบิลพิเศษ ผลิตภัณฑ์ของเราเป็นไปตามมาตรฐานสากล และเรามุ่งมั่นที่จะนำเสนอโซลูชันการป้องกันสายเคเบิลที่เชื่อถือได้ให้กับลูกค้า