Lớp chắn được sử dụng trong các sản phẩm dây và cáp có hai khái niệm hoàn toàn khác nhau: chắn điện từ và chắn điện trường. Chắn điện từ được thiết kế để ngăn chặn cáp truyền tín hiệu tần số cao (như cáp RF và cáp điện tử) khỏi gây nhiễu bên ngoài hoặc ngăn chặn sóng điện từ bên ngoài gây nhiễu cho cáp truyền dòng điện yếu (như cáp tín hiệu hoặc cáp đo lường), cũng như giảm nhiễu xuyên âm giữa các dây. Chắn điện trường được thiết kế để cân bằng điện trường mạnh trên bề mặt dây dẫn hoặc bề mặt cách điện của cáp điện trung và cao thế.
1. Cấu trúc và yêu cầu của lớp chắn điện trường
Che chắn cáp điện bao gồm che chắn ruột dẫn, che chắn cách điện và che chắn kim loại. Theo các tiêu chuẩn liên quan, cáp có điện áp định mức lớn hơn 0,6/1kV phải có lớp che chắn kim loại, có thể được áp dụng cho từng lõi cách điện hoặc cho lõi cáp xoắn nhiều lõi. Đối với cáp cách điện XLPE có điện áp định mức không dưới 3,6/6kV và cáp cách điện mỏng EPR có điện áp định mức không dưới 3,6/6kV (hoặc cáp cách điện dày có điện áp định mức không dưới 6/10kV), cũng cần có kết cấu che chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài.
(1) Che chắn dây dẫn và che chắn cách điện
Lớp chắn dây dẫn (lớp chắn bán dẫn bên trong) không được làm bằng kim loại, mà bao gồm vật liệu bán dẫn đùn hoặc băng bán dẫn quấn quanh dây dẫn, sau đó là lớp bán dẫn đùn.
Lớp chắn cách điện (lớp chắn bán dẫn bên ngoài) là một lớp bán dẫn phi kim loại được đùn trực tiếp lên bề mặt ngoài của mỗi lõi cách điện, có thể được liên kết chặt chẽ hoặc bóc ra khỏi lớp cách điện. Các lớp bán dẫn bên trong và bên ngoài được đùn ra phải được liên kết chặt chẽ với lớp cách điện, với bề mặt nhẵn, không có dấu vết sợi rõ ràng, không có cạnh sắc, hạt, vết cháy xém hoặc vết xước. Điện trở suất trước và sau khi lão hóa không được vượt quá 1000 Ω·m đối với lớp chắn dẫn điện và 500 Ω·m đối với lớp chắn cách điện.
Vật liệu che chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài được chế tạo bằng cách trộn các vật liệu cách điện tương ứng (như polyethylene liên kết ngang, cao su etylen-propylen, v.v.) với than đen, chất chống oxy hóa, copolymer etylen-vinyl axetat và các chất phụ gia khác. Các hạt than đen phải được phân tán đều trong polymer, không bị kết tụ hoặc phân tán kém.
Độ dày của lớp chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài tăng theo cấp điện áp. Do cường độ điện trường trên lớp cách điện bên trong cao hơn và bên ngoài thấp hơn, nên độ dày của lớp chắn bán dẫn bên trong cũng phải lớn hơn bên ngoài. Trước đây, lớp chắn bán dẫn bên ngoài được làm dày hơn một chút so với bên trong để tránh trầy xước do kiểm soát độ võng kém hoặc bị thủng do băng đồng quá cứng. Hiện nay, với hệ thống giám sát độ võng tự động trực tuyến và băng đồng mềm ủ, lớp chắn bán dẫn bên trong nên dày hơn một chút hoặc bằng lớp ngoài. Đối với cáp 6–10–35 kV, độ dày lớp trong thường là 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Che chắn kim loại
Cáp có điện áp định mức lớn hơn 0,6/1kV phải có lớp chắn kim loại. Lớp chắn kim loại phải được phủ lên từng lõi cách điện hoặc lõi cáp. Lớp chắn kim loại phải bao gồm một hoặc nhiều băng kim loại, lớp bện kim loại, các lớp dây kim loại đồng tâm, hoặc kết hợp dây kim loại và băng kim loại.
Ở Châu Âu và các nước phát triển khác, do sử dụng hệ thống mạch kép nối đất bằng điện trở với dòng điện ngắn mạch cao hơn nên thường sử dụng lớp chắn dây đồng. Một số nhà sản xuất nhúng dây đồng vào vỏ cách ly hoặc vỏ ngoài để giảm đường kính cáp. Ở Trung Quốc, ngoại trừ một số dự án trọng điểm sử dụng hệ thống mạch kép nối đất bằng điện trở, hầu hết các hệ thống đều sử dụng nguồn điện mạch đơn nối đất bằng cuộn dây dập hồ quang, giúp hạn chế dòng điện ngắn mạch ở mức tối thiểu, do đó có thể sử dụng lớp chắn băng đồng. Các nhà máy sản xuất cáp xử lý băng đồng cứng đã mua bằng cách rạch và ủ để đạt được độ giãn dài và độ bền kéo nhất định (quá cứng sẽ làm xước lớp chắn cách điện, quá mềm sẽ bị nhăn) trước khi sử dụng. Băng đồng mềm phải tuân thủ GB/T11091-2005 Băng đồng cho cáp.
Lớp chắn băng đồng nên bao gồm một lớp băng đồng mềm chồng lên nhau hoặc hai lớp băng đồng mềm quấn xoắn ốc có khe hở. Tỷ lệ chồng chéo trung bình của băng đồng nên bằng 15% chiều rộng của băng (giá trị danh nghĩa), và tỷ lệ chồng chéo tối thiểu không được nhỏ hơn 5%. Độ dày danh nghĩa của băng đồng phải ít nhất là 0,12 mm đối với cáp một lõi và ít nhất là 0,10 mm đối với cáp nhiều lõi. Độ dày tối thiểu của băng đồng không được nhỏ hơn 90% giá trị danh nghĩa. Tùy thuộc vào đường kính ngoài của lớp cách điện (≤25 mm hoặc >25 mm), chiều rộng băng đồng thường là 30–35 mm.
Lớp chắn dây đồng được làm bằng dây đồng mềm quấn xoắn ốc, được cố định bằng cách quấn ngược xoắn ốc bằng dây đồng hoặc băng đồng. Điện trở của lớp chắn phải đáp ứng các yêu cầu của GB/T3956-2008 về Dây dẫn cáp, và diện tích mặt cắt danh định của lớp chắn phải được xác định theo khả năng chịu dòng điện sự cố. Lớp chắn dây đồng có thể được áp dụng trên vỏ bọc bên trong của cáp ba lõi hoặc trực tiếp trên lớp cách điện, lớp chắn bán dẫn bên ngoài, hoặc vỏ bọc bên trong thích hợp của cáp một lõi. Khoảng cách trung bình giữa các dây đồng liền kề không được vượt quá 4 mm. Khoảng cách trung bình G được tính theo công thức:
Ở đâu:
D – đường kính lõi cáp dưới lớp bảo vệ dây đồng, tính bằng mm;
d – đường kính dây đồng, tính bằng mm;
n – số lượng dây đồng.
2. Vai trò của các lớp che chắn và mối quan hệ của chúng với mức điện áp
(1) Vai trò của lớp chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài
Ruột dẫn cáp thường được nén chặt từ nhiều sợi dây xoắn. Trong quá trình đùn cách điện, các khe hở, gờ và các bất thường bề mặt khác có thể tồn tại giữa bề mặt ruột dẫn và lớp cách điện, gây ra sự tập trung điện trường, dẫn đến phóng điện khe hở cục bộ và phóng điện cây, làm giảm hiệu suất điện môi. Bằng cách đùn một lớp vật liệu bán dẫn (lớp chắn ruột dẫn) lên bề mặt ruột dẫn, nó đảm bảo tiếp xúc chặt chẽ với lớp cách điện. Vì lớp bán dẫn và ruột dẫn có cùng điện thế, ngay cả khi có khe hở giữa chúng, sẽ không có tác động của điện trường, do đó ngăn ngừa phóng điện cục bộ.
Tương tự, có những khoảng trống giữa bề mặt cách điện bên ngoài và vỏ kim loại (hoặc lớp chắn kim loại), và mức điện áp càng cao thì khả năng xảy ra phóng điện qua khe hở không khí càng cao. Bằng cách đùn một lớp bán dẫn (lớp chắn cách điện) lên bề mặt cách điện bên ngoài, một bề mặt đẳng thế bên ngoài được hình thành với vỏ kim loại, loại bỏ trường điện trong các khoảng trống và ngăn ngừa phóng điện cục bộ.
(2) Vai trò của lớp chắn kim loại
Chức năng của lớp chắn kim loại bao gồm: dẫn dòng điện dung trong điều kiện bình thường, đóng vai trò là đường dẫn cho dòng điện ngắn mạch trong quá trình xảy ra sự cố; giới hạn trường điện bên trong lớp cách điện (giảm nhiễu điện từ bên ngoài) và đảm bảo trường điện hướng tâm đồng nhất; hoạt động như đường trung tính trong hệ thống ba pha bốn dây để dẫn dòng điện không cân bằng; và cung cấp khả năng bảo vệ chống nước hướng tâm.
Thời gian đăng: 28-07-2025