Напівпровідний шар у кабелях СН — екран по жилі та екран по ізоляції за IEC 60502-2

Стаття про кабельні кінцеві муфти — конус вирівнювання поля та керування полем розглядає, як конус вирівнювання поля керує локальним полем у місці, де обрізається зовнішній екран кабелю середньої напруги. Ця стаття розглядає сам шар, який там обрізається: напівпровідні екрани, які містить кожен кабель середньої напруги за IEC 60502-2, і чому вони є функціональним, а не косметичним елементом конструкції кабелю.

Два напівпровідні шари, дві різні межі розділу

Кабель середньої напруги за IEC 60502-2 за замовчуванням містить два екструдовані напівпровідні шари з питомим опором зазвичай у діапазоні приблизно від кількох до кількох сотень Ом·см, з максимумом згідно з IEC 60502-2 порядку 1000 Ом·м (10⁵ Ом·см) за робочої температури — значно більш провідних, ніж ізоляція, але не таких провідних, як мідна жила чи сам металевий екран:

• Екран по жилі (внутрішній напівпровідний шар): накладається безпосередньо на скручену жилу, перед ізоляцією.
• Екран по ізоляції (зовнішній напівпровідний шар): накладається безпосередньо на ізоляцію, між ізоляцією та металевим екраном (мідні дроти, стрічка чи фольга), який потім забезпечує шлях заземлення для оболонки кабелю.

У сучасних кабелях обидва шари хімічно зв'язані з ізоляцією («bonded»), тому між екраном та ізоляцією не може утворитися мікроскопічний повітряний зазор, у якому міг би виникнути частковий розряд.

Навіщо ці шари існують: рівномірне радіальне поле

Скручена мідна жила, навіть після ущільнення, має нерівну, злегка ребристу поверхню. Без екрана по жилі електричне поле локально концентрувалося б навколо кожної дрібної нерівності чи переходу між дротами, створюючи різкі піки поля — саме ті умови, за яких можуть виникати часткові розряди та, з часом, електричне трингування крізь ізоляцію. Екран по жилі електрично згладжує цю поверхню, тому ізоляція «бачить» рівномірне, чисто радіальне поле замість низки локальних концентрацій поля. Екран по ізоляції виконує ту саму функцію зовні ізоляції, між ізоляцією та заземленим металевим екраном.

Увага: напівпровідний шар, таким чином, не є іншою назвою металевого (мідного) екрана кабелю. Металевий екран проводить струм заземлення і можливий струм пошкодження; напівпровідні шари лише згладжують електричне поле з обох боків ізоляції. Кабелю потрібні обидва, кожен зі своєю окремою функцією.

Зв'язок з кабельними кінцевими муфтами

Саме в тому місці, де кабель розроблюється для кінцевої чи з'єднувальної муфти, екран по ізоляції має бути обрізаний, щоб оголити голу ізоляцію для підключення. Це місце обрізання неминуче є точкою, де ретельно згладжене поле раптово знову концентрується — саме цю проблему потім має вирішити конус вирівнювання поля (див. пов'язану статтю), поступово «розтягуючи» екран на визначеній довжині, а не дозволяючи йому різко обриватися.

Ризик пошкодження: чому це часта причина відмови

Видалення екрана по ізоляції під час підготовки кінцевої чи з'єднувальної муфти — це прецизійна робота, при якій можуть виникнути дві помилки:

• Не повністю видалені залишки екрана: тонкий шар напівпровідного матеріалу, що залишився приклеєним до ізоляції за межами передбаченої межі обрізання, створює неконтрольовану, невизначену перехідну точку, де все ще може розвинутися локальна концентрація поля та частковий розряд.
• Пошкодження нижчележачої ізоляції: неправильний інструмент для знімання екрана або занадто сильний тиск при ручному видаленні екрана може залишити борозни чи подряпини на поверхні ізоляції — саме там, де поле вже найбільш критичне.

Це одна з причин, чому коронний розряд і часткові розряди (див. пов'язані статті) порівняно часто виявляють саме на кабельній кінцевій муфті, а не на прямій ділянці кабелю: кінцева муфта — це точка, де заводське керування полем, яке забезпечують напівпровідні шари, вперше переривається.

Практична значущість

При оцінці кабельної установки середньої напруги — особливо під час підготовки чи інспекції кінцевої чи з'єднувальної муфти — важливо перевірити, що екран по ізоляції видалено точно згідно зі специфікацією виробника (розмір обрізання, кут скосу), без видимих залишків екрана за межами передбаченої межі та без борозен на оголеній ізоляції.

Часті помилки

1. Неповне видалення залишків екрана по ізоляції за межами передбаченої межі обрізання, що залишає невизначену, критичну перехідну точку в полі.
2. Використання неправильного інструмента для знімання або застосування занадто великого зусилля при ручному видаленні екрана, що спричиняє подряпини чи борозни в нижчележачій ізоляції.
3. Плутанина напівпровідного шару з металевим екраном кабелю — обидва виконують різні, взаємодоповнювальні функції.
4. Недотримання розміру обрізання та кута скосу виробника під час підготовки кінцевої чи з'єднувальної муфти, через що конус вирівнювання поля не може коректно керувати полем.

Пов'язані матеріали

• Кабельні кінцеві муфти — конус вирівнювання поля для кабелів СН
• Вимірювання часткових розрядів (PD/tan-delta) на кабелях СН
• Коронний розряд — UV-камера та ультразвукова детекція
• Кабельні муфти — підземні з'єднання