Полупроводящий слой в кабелях СН — экран по жиле и экран по изоляции согласно IEC 60502-2

Статья о кабельных концевых муфтах — конус выравнивания поля и управление полем рассматривает, как конус выравнивания поля управляет локальным полем в месте, где обрезается наружный экран кабеля среднего напряжения. Эта статья рассматривает сам слой, который там обрезается: полупроводящие экраны, которые содержит каждый кабель среднего напряжения согласно IEC 60502-2, и почему они являются функциональным, а не косметическим элементом конструкции кабеля.

Два полупроводящих слоя, две разные границы раздела

Кабель среднего напряжения по IEC 60502-2 по умолчанию содержит два экструдированных полупроводящих слоя с удельным сопротивлением обычно порядка от нескольких до нескольких сотен Ом·см, с максимумом согласно IEC 60502-2 порядка 1000 Ом·м (10⁵ Ом·см) при рабочей температуре — значительно более проводящих, чем изоляция, но не таких проводящих, как медная жила или сам металлический экран:

• Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой): накладывается непосредственно на скрученную жилу, перед изоляцией.
• Экран по изоляции (наружный полупроводящий слой): накладывается непосредственно на изоляцию, между изоляцией и металлическим экраном (медные проволоки, лента или фольга), который затем обеспечивает путь заземления для оболочки кабеля.

В современных кабелях оба слоя химически связаны с изоляцией («bonded»), так что между экраном и изоляцией не может образоваться микроскопический воздушный зазор, в котором могло бы возникнуть частичное разряжение.

Зачем эти слои существуют: равномерное радиальное поле

Скрученная медная жила, даже после уплотнения, имеет неровную, слегка ребристую поверхность. Без экрана по жиле электрическое поле локально концентрировалось бы вокруг каждой мелкой неровности или перехода между проволоками, создавая резкие пики поля — именно те условия, при которых могут возникать частичные разряды и, со временем, электрическое триинг через изоляцию. Экран по жиле электрически сглаживает эту поверхность, так что изоляция «видит» равномерное, чисто радиальное поле вместо ряда локальных концентраций поля. Экран по изоляции выполняет ту же функцию снаружи изоляции, между изоляцией и заземлённым металлическим экраном.

Внимание: полупроводящий слой, таким образом, не является другим названием металлического (медного) экрана кабеля. Металлический экран проводит ток заземления и возможный ток повреждения; полупроводящие слои лишь сглаживают электрическое поле по обе стороны изоляции. Кабелю нужны оба, каждый со своей отдельной функцией.

Связь с кабельными концевыми муфтами

Именно в том месте, где кабель разделывается для концевой или соединительной муфты, экран по изоляции должен быть обрезан, чтобы обнажить голую изоляцию для подключения. Это место обрезки неизбежно является точкой, где тщательно сглаженное поле внезапно вновь концентрируется — именно эту проблему затем должен решить конус выравнивания поля (см. связанную статью), постепенно «растягивая» экран на определённой длине, а не позволяя ему резко обрываться.

Риск повреждения: почему это частая причина отказа

Удаление экрана по изоляции при подготовке концевой или соединительной муфты — это прецизионная работа, при которой могут возникнуть две ошибки:

• Не полностью удалённые остатки экрана: тонкий слой полупроводящего материала, оставшийся приклеенным к изоляции за пределами предусмотренной границы обрезки, создаёт неконтролируемую, неопределённую переходную точку, где всё ещё может развиться локальная концентрация поля и частичный разряд.
• Повреждение нижележащей изоляции: неправильный инструмент для снятия экрана или слишком сильное давление при ручном удалении экрана может оставить борозды или царапины на поверхности изоляции — именно там, где поле уже наиболее критично.

Это одна из причин, почему коронный разряд и частичные разряды (см. связанные статьи) сравнительно часто обнаруживаются именно у кабельной концевой муфты, а не на прямом участке кабеля: концевая муфта — это точка, где заводское управление полем, обеспечиваемое полупроводящими слоями, впервые прерывается.

Практическая значимость

При оценке кабельной установки среднего напряжения — особенно при подготовке или инспекции концевой или соединительной муфты — важно проверить, что экран по изоляции удалён точно согласно спецификации производителя (размер обрезки, угол скоса), без видимых остатков экрана за пределами предусмотренной границы и без борозд на обнажённой изоляции.

Частые ошибки

1. Неполное удаление остатков экрана по изоляции за пределами предусмотренной границы обрезки, что оставляет неопределённую, критическую переходную точку в поле.
2. Использование неправильного инструмента для снятия экрана или применение слишком большого усилия при ручном удалении экрана, вызывающее царапины или борозды в нижележащей изоляции.
3. Путаница полупроводящего слоя с металлическим экраном кабеля — оба выполняют разные, взаимодополняющие функции.
4. Несоблюдение размера обрезки и угла скоса производителя при подготовке концевой или соединительной муфты, из-за чего конус выравнивания поля не может корректно управлять полем.

Связанные материалы

• Кабельные концевые муфты — конус выравнивания поля для кабелей СН
• Измерение частичных разрядов (PD/tan-delta) на кабелях СН
• Коронный разряд — UV-камера и ультразвуковая детекция
• Кабельные муфты — подземные соединения