Чому для силового кабелю потрібно екранування мідного дроту?


10

Сьогодні я був свідком закопування 10-кіловольтного силового кабелю в землю. Я відзначив марку кабелю і погладив його. Опис досить цікавий. Це одножильний кабель - для трифазної лінії потрібно три таких кабелю. У специфікації (це російською мовою, тому я можу зробити переклад неправильно) перелічені наступні компоненти:

  • набір алюмінієвих проводів із загальним перетином 240 квадратних міліметрів
  • кілька шарів пластику, що оточують цей набір проводів
  • "розділовий шар", зроблений з "водопровідної провідної стрічки"
  • щит мідних дротів із загальним перерізом не менше 25 квадратних міліметрів
  • "розділовий шар"
  • ще один шар пластику

Тепер я розумію, що на 10 кіловольт ізоляція не є тривіальною - шар клейкої стрічки не обійдеться, і це пояснює, чому так багато шарів пластику. Також кабель не повинен банально пошкоджувати, щоб виникнути потреба у зовнішньому шарі.

Але в чому причина екранування мідного дроту? Якій цілі він служить?

Відповіді:


20

TLDR: Щит виключає діелектричні втрати і вирівнює навантаження на внутрішній діелектрик.

Справжні речі EE нижче:

Не погоджуйтесь з відповідями вище (нижче) щодо аспекту безпеки. Ні, це не для безпеки. Домінуючим аспектом розподілу електроенергії є втрати. Наявність електричного поля змінного струму, що міститься в передбачуваному просторі, виключатиме втрату діелектриків та провідників від участі в розсіюванні енергії (грошей).

Якщо кабель не екранований, то для 3 цього в 3-фазній лінії навколишнє повітря, бетон, ґрунт будуть частиною лінії, виконуючи функцію втратного діелектрика в конденсаторі змінного струму 100 мікрофарадів, розтягнутим на кілька кілометрів і маючи великі діелектричні втрати.

У крайньому випадку гострий струмопровідний об’єкт поруч із кабелем фокусуватиме потенційні градієнтні лінії та персиковий діелектрик. Щит знімає цей вид стресу повністю. Одне напруження для поля, найближчого до центрального провідника, виключається за допомогою напівпровідникового шару.

Таємниця - чому це мідь. Можливо, якщо хтось займається математикою, алюміній або залізо не будуть настільки ефективними для того ж аспекту (диелектрична втрата втрат).

Копання ще: Якщо щит недостатньо добре провідний, то омічне падіння напруги в щиті в далекій точці лінії (індуковане коаксіальним трансформатором нульового повороту + лінія як конденсатор) може дістатись до сотень вольт і спричинити інші неприємності. Тут ви частково безпеку і втрати покриті краще міддю, ніж алюмінієм.

І, можливо, щит також повинен бути заземлений і перехрещений для 3-х кабелів в декількох середніх точках лінії з тих же "причин втрат", щоб зменшити індукований струм і скоротити шлях зміщеного струму, оскільки 3-фазова тригонометрія дасть таку перевагу (перевагу створити віртуальна плаваюча земля посередині на довгій лінії або просто реальна земля).

Ще одне зауваження: якщо російський замовник у Москові, то, мабуть, в місті є дуже обмежений простір для силових трансформаторів, тому такий кабель є економічно обґрунтованим, коли потрібно подавати відносно низьку напругу з дуже високим струмом від посилок з меншою кількістю землі вартість дуже дорогих земельних ділянок.

Про коаксіатор з нульовим оборотом: Один генератор електростанції в Україні має виходи 50 кВ / 10КА, захищені масивною мідною трубкою, відкритою на одному кінці та заземленою на раму генератора. На відкритому кінці напруга становить близько 500В. Струм змінного струму в трубці невідомий, але може бути близьким до нуля або декількох ампер. Якщо не ця трубка, то набагато більший струм, викликаний відкритим 3-фазним конденсатором, міг би проходити через залізні стрижні всередині стін будівлі, втрати D / E також нагріватимуть бетонні стіни і розплавлять все.


Я завжди читав, що генератори виробляють лише низьку напругу - щось на зразок декількох сотень вольт, тому я дуже здивований, що ви згадуєте генератор 50 кВ.
shartooth

@sharptooth: Я вважаю, що генератори електростанцій (тип 400 МВт) зазвичай 11 кВ або 17 кВ. Не цитуйте мене з цього приводу, але, безумовно, набагато більше, ніж "кілька сотень вольт".
Li-aung Yip

8

Ні, це зовсім не банально, високонапружені поховані кабелі є високотехнологічними і коштують понад 100 євро за метр. У порівнянні з повітряними високовольтними (> 10 кВ) кабелями, які зазвичай оголені (взагалі відсутні ізоляції).

Зазвичай високовольтний кабель складається з:

  1. Провідник (мідь / алюміній)
  2. Тонкий ізоляційний шар.
  3. Товстий напівпровідниковий шар, який призначений для проведення у разі перенапруги.
  4. Тонкий ізоляційний шар.
  5. Провідний щит.
  6. Набагато більше ізоляційного матеріалу.

Це кабель 20 кВ, фото зроблено з мого телефону, але ви зрозуміли, що це ідея. Діаметр близько 5см. введіть тут опис зображення

Основна причина електропровідного екранування - механізм повернення у разі несправності:

  1. У разі несправності перенапруги напівпровідникове екранування передасть струм від провідника до заземленого струмопровідного екрана.
  2. У разі випадкового обрізання лінії землерийними машинами провідний щит повинен (теоретично) торкатися провідника перед машиною і забезпечувати менш резистивний шлях до землі.

Насправді ми використовуємо струм через екранування для перевірки на наявність неполадок перенапруги. Якщо датчики струму в заземленій точці виявляють будь-який струм, вони автоматично вживають заходів пожежної безпеки. Наприклад, якщо трансформатор, який використовується для введення енергії в електромережу, отримує надмірну напругу на вході (низька напруга), вихід також буде перенапружений. Виявлення струму витоку через екранування відкриє вимикач на кінці високої напруги.

Я впевнений, що існує кілька інших застосувань, таких як механічний захист напівпровідникового шару тощо.


Виявлення пошкодження кабелю - головна причина, про яку я знаю. (Подрібнений кабель -> екран з мідного дроту торкнеться фазового провідника -> несправність фази до заземлення -> працює захист від заземлення.)
Li-aung Yip

4

Захист міді має забезпечувати відомий шлях повернення у разі несправності кабелю, коли кабель розрізається. Але це не захистити людину, яка прорізає це; це зменшити проблеми з "потенційними можливостями дотику", коли струм вийде з алюмінієвих проводів і знайде найпростіший шлях назад до землі, який викликає можливі небезпечні напруги, де б він не протікав. Див. Зростання потенціалу Землі .


@FedericoRusso, а ваше твердження? Поясніть, яке у вас виникло питання, поділіться кількома посиланнями на те, чому ви знаєте, що є несправності, або просто скажіть, що ви хочете посилань, оскільки це не погоджується з вашим власним досвідом.
Кортук

2
@Kortuk: ІМО ! Якщо це повинен бути зворотний шлях, то повинно бути з'єднання, яке різання не гарантує. Так званий зворотний шлях може провести набагато менше струму і може / може спричинити небезпечне падіння напруги. IMO це не забезпечує ніякої безпеки.
Федеріко Руссо

1
@Federico, Заява не достовірна без істотного тексту - це неконструктивна критика. Просто спробуйте повідомити користувачеві про те, у чому полягає проблема, або скажіть, що ви хочете посилань, але сказати комусь, що вони не заслуговують довіри, це відносно негативна річ, яку слід прочитати для користувача.
Кортук

1
@Kortuk: Я можу зрозуміти, що ми один одному приємні, але це не означає, що ми всі так, людина, чи не так? Ну, я сподіваюся, що ні. Якщо хтось дасть відповідь, я хотів би мати право сказати, що не вірю, що це правильно. Скажіть, ви випили з другом. Розкажи йому історію. Він каже, що вам не вірить. Ви виходите на нього ???
Федеріко Руссо

@Federico, саме для цього є потворна заява. Залиште коментар, якщо ви хочете залишити конструктивну критику.
Кортук
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.