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 các loại cáp truyền tín hiệu tần số cao (như cáp RF và cáp điện tử) gây nhiễu từ bên ngoài hoặc để chặn sóng điện từ bên ngoài gây nhiễu cho các loại cáp truyền dòng điện yếu (như cáp tín hiệu hoặc cáp đo lường), cũng như để giảm nhiễu xuyên âm giữa các dây dẫn. 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 áp.
1. Cấu trúc và yêu cầu của lớp chắn điện trường
Việc chống nhiễu cho cáp điện bao gồm chống nhiễu dây dẫn, chống nhiễu lớp cách điện và chống nhiễu kim loại. Theo các tiêu chuẩn liên quan, cáp có điện áp định mức lớn hơn 0,6/1kV phải có lớp chống nhiễu kim loại, có thể được áp dụng cho từng lõi cách điện hoặc cho lõi cáp đa lõi. Đối với cáp cách điện XLPE có điện áp định mức không nhỏ hơn 3,6/6kV và cáp cách điện mỏng EPR có điện áp định mức không nhỏ hơn 3,6/6kV (hoặc cáp cách điện dày có điện áp định mức không nhỏ hơn 6/10kV), cần phải có thêm cấu trúc chống nhiễu bán dẫn bên trong và bên ngoài.
(1) Che chắn dây dẫn và che chắn cách điện
Lớp chắn dẫn điện (lớp chắn bán dẫn bên trong) phải là vật liệu phi kim loại, bao gồm vật liệu bán dẫn đùn hoặc băng bán dẫn quấn quanh dây dẫn, tiếp theo là một lớp bán dẫn đùn khác.
Lớp chắn cách điện (lớp chắn bán dẫn bên ngoài) là một lớp bán dẫn phi kim loại được ép đùn trực tiếp lên bề mặt ngoài của mỗi lõi cách điện, có thể được liên kết chặt chẽ với lớp cách điện hoặc có thể bóc tách khỏi lớp cách điện. Các lớp bán dẫn bên trong và bên ngoài được ép đùn phải liên kết chặt chẽ với lớp cách điện, với các mặt tiếp xúc nhẵn mịn, không có dấu vết sợi rõ ràng, và không có cạnh sắc, hạt bụi, vết cháy 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 chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài được tạo ra bằng cách trộn các vật liệu cách điện tương ứng (như polyetylen liên kết ngang, cao su etylen-propylen, v.v.) với muội than, chất chống oxy hóa, copolyme etylen-vinyl axetat và các chất phụ gia khác. Các hạt muội than phải được phân tán đồng đều trong polyme, không bị vón cục hoặc phân tán kém.
Độ dày của lớp chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài tăng theo mức điện áp. Do cường độ điện trường trên lớp cách điện cao hơn ở bên trong và thấp hơn ở bên ngoài, 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 lớp bên trong để tránh bị 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 đã được ủ, lớp chắn bán dẫn bên trong nên được làm dày hơn một chút hoặc bằng lớp bên ngoài. Đối với cáp 6–10–35 kV, độ dày lớp bên trong thường là 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Tấm chắn kim loại
Cáp có điện áp định mức lớn hơn 0,6/1kV cần có lớp chắn kim loại. Lớp chắn kim loại này cần được phủ lên từng lõi cách điện hoặc từng lõi cáp. Lớp chắn kim loại có thể bao gồm một hoặc nhiều dải kim loại, bện kim loại, các lớp dây kim loại đồng tâm, hoặc sự kết hợp giữa dây kim loại và dải kim loại.
Tại châu Âu và các nước phát triển khác, do sử dụng hệ thống mạch kép nối đất bằng điện trở với dòng ngắn mạch cao hơn, nên việc sử dụng dây đồng chắn thường được áp dụng. Một số nhà sản xuất nhúng dây đồng vào lớp vỏ cách điện hoặc lớp vỏ ngoài để giảm đường kính cáp. Tại 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 một mạch nối đất bằng cuộn dây triệt tiêu hồ quang, giúp hạn chế dòng ngắn mạch ở mức tối thiểu, do đó có thể sử dụng băng đồng chắn. Các nhà máy sản xuất cáp xử lý các băng đồng cứng mua về bằng cách cắt 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 tiêu chuẩn GB/T11091-2005 Băng đồng dùng cho cáp.
Lớp chắn bằng 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 lên nhau trung bình của băng đồng nên là 15% chiều rộng của nó (giá trị danh nghĩa), và tỷ lệ chồng lên nhau tối thiểu không được nhỏ hơn 5%. Độ dày danh nghĩa của băng đồng phải ít nhất là 0,12 mm đối với cáp đơn lõi và ít nhất là 0,10 mm đối với cáp đa 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 chắn cách điện (≤25 mm hoặc >25 mm), chiều rộng của băng đồng thường là 30–35 mm.
Lớp chắn bằng dây đồng được làm từ các dây đồng mềm quấn xoắn ốc, được cố định bằng cách quấn ngược chiều xoắn ốc bằng dây đồng hoặc băng đồng. Điện trở của nó phải đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn GB/T3956-2008 về Dây dẫn cáp, và diện tích mặt cắt ngang danh nghĩa phải được xác định theo khả năng chịu dòng ngắn mạch. Lớp chắn bằng dây đồng có thể được áp dụng trên lớp vỏ trong của cáp ba lõi hoặc trực tiếp trên lớp cách điện, lớp chắn bán dẫn bên ngoài, hoặc lớp vỏ 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 bằng công thức:
Ở đâu:
D – đường kính lõi cáp bên dưới lớp vỏ bọc bằng dây đồng, tính bằng mm;
d – đường kính của dây đồng, tính bằng mm;
n – số lượng dây đồng.
2. Vai trò của các lớp chắn và mối quan hệ của chúng với các mức điện áp
(1) Vai trò của lớp chắn bán dẫn bên trong và bên ngoài
Dây dẫn cáp thường được nén từ nhiều dây dẫn nhỏ. Trong quá trình ép đùn lớp cách điện, có thể tồn tại các khe hở, gờ và các bất thường bề mặt khác giữa bề mặt dây dẫn và lớp cách điện, gây ra sự tập trung điện trường, dẫn đến phóng điện cục bộ trong khe hở không khí và phóng điện dạng nhánh, làm giảm hiệu suất điện môi. Bằng cách ép đùn một lớp vật liệu bán dẫn (lớp chắn dây dẫn) lên bề mặt dây dẫn, người ta đảm bảo sự tiếp xúc chặt chẽ với lớp cách điện. Vì lớp bán dẫn và dây 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 lớp vỏ kim loại (hoặc lớp chắn kim loại), và điện áp càng cao thì khả năng xảy ra phóng điện khe hở càng lớn. Bằng cách ép 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 lớp vỏ kim loại, loại bỏ điện trường trong các khe hở và ngăn ngừa phóng điện cục bộ.
(2) Vai trò của tấm chắn kim loại
Các 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 trường hợp sự cố; giới hạn điện trường bên trong lớp cách điện (giảm nhiễu điện từ bên ngoài) và đảm bảo điện trường xuyên tâm đồng đều; hoạt động như dây trung tính trong hệ thống ba pha bốn dây để dẫn dòng điện không cân bằng; và cung cấp khả năng chống thấm nước xuyên tâm.
Thời gian đăng bài: 28/7/2025