为什么电源线需要铜线屏蔽?


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今天,我目睹了将10千伏电力电缆埋在地下。我注意到了电缆标记并对其进行了搜索。描述很有趣。它是单导体电缆-三相电缆需要三根这样的电缆。规范(它是俄语的,所以我翻译可能会出错)列出了以下组件:

  • 一组总横截面为240平方毫米的铝线
  • 围绕那套电线的几层塑料
  • 由“阻水导电带”制成的“隔离层”
  • 总横截面至少为25平方毫米的铜线屏蔽层
  • 一个“分隔层”
  • 多一层塑料

现在我了解到,在10 kV的电压下绝缘绝非易事-一层胶带不会奏效,这解释了为什么会有如此多的塑料层。同样,电缆必须不易损坏,因此需要外层。

但是,屏蔽铜线的原因是什么?它有什么作用?

Answers:


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TLDR:屏蔽层可消除介电损耗,并使内部介电层上的应力均匀。

真正的EE内容如下:

不同意以上(以下)关于安全方面的回答。不,不是为了安全。配电的主要方面是损耗。在可预测的空间中包含交流电场将排除有损耗的电介质和导体参与能量(金钱)的耗散。

如果未屏蔽电缆,则对于三相线路中的3条线路,周围的空气,混凝土,土壤将成为线路的一部分,在100微法AC电容器中充当有损电介质,该电容器延伸数公里,并具有巨大的电介质损耗。

在极端情况下,靠近电缆的尖锐导电物体会聚焦电位梯度线和皮尔斯电介质。Shield完全消除了这种压力。通过使用半导体层,可以消除最靠近中心导体的相同应力。

神秘之处在于为什么它是铜。可能的话,如果进行数学计算,则铝或铁在相同的方面(介电损耗不受干扰)将不那么有效。

进一步挖掘:如果屏蔽层的导电性不够好,则线路远处的屏蔽层上的欧姆压降(由零匝同轴变压器+线路作为电容器引起)可能会达到数百伏,并引起其他麻烦。在这里,您的安全性和部分损失要比铜更好地覆盖了铜。

也许出于相同的“损耗原因”,屏蔽层也必须接地并在3个电缆的中线交叉点交叉连接,以减少感应电流并缩短屏蔽电流路径,因为三相三角法具有这种优势(在长线中间的虚拟浮动地面或只是真实地面)。

另一个观察结果:如果是莫斯科的俄罗斯客户,那么城市中的电力变压器空间可能非常有限,因此,这种电缆在经济上是合理的,当需要从包裹中以更少的土地提供相对较低的电压和很高的电流时成本非常昂贵的土地。

关于零转同轴电缆:乌克兰的一台电站发电机具有50KV / 10KA输出,该输出用大型铜管屏蔽,一端开路并接地至发电机机架。在开路端,电压约为500V。管的交流电流是未知的,但可能接近零或几安培。如果不使用该管,则由开放式三相电容器感应的高得多的电流可能会流过建筑物墙壁内的铁棒,D / E损耗也会加热混凝土墙壁并使所有东西熔化。


我总是读到发电机只产生相当低的电压-几百伏特,所以我很惊讶地提到一台50KV的发电机。
sharptooth 2011年

@sharptooth:我相信电站发电机(400 MW型)通常为11kV或17kV。不要在此引用我的名字,但绝对比“几百伏特”多得多。
叶李昂

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琐碎的高压地埋电缆是经过精心设计的,其价格高达100欧元/米。与通常是裸露的空中高压电缆(> 10kV)相比(完全没有绝缘)。

通常,高压电缆包括:

  1. 导体(铜/铝)
  2. 薄的绝缘层。
  3. 厚的半导体层,设计用于在过电压的情况下导通。
  4. 薄的绝缘层。
  5. 导电屏蔽。
  6. 更多的绝缘材料。

这是一条20kV的电缆,照片是从我的手机上拍摄的,但您明白了。直径约5cm。 在此处输入图片说明

导电屏蔽的主要原因是出现故障时的返回机制:

  1. 在过电压故障的情况下,半导体屏蔽层会将电流从导体传递到接地的导电屏蔽层。
  2. 如果通过土方机械意外切断电线,则导电屏蔽层(理论上)在机械之前接触导体,并提供一条对地的电阻较小的路径。

实际上,我们使用通过屏蔽的电流来测试过电压故障。如果接地点的电流传感器检测到任何电流,它们将自动采取安全措施。例如,如果用于向电网注入电力的变压器在输入端接收到过电压(低电压),则输出也将为过电压。检测到通过屏蔽的泄漏电流将断开高压端的断路器。

我确信还有其他几种用途,例如半导体层的机械保护等。


检测电缆损坏是我知道的主要原因。(压碎的电缆->铜线屏蔽层将接触相线->相对地故障->接地故障保护运行。)
Li-aung Yip 2015年

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铜屏蔽层可在电缆被切断的电缆故障情况下提供已知的返回路径。但这不是为了保护突破者。这样做是为了减少电流从铝线流出时的“接触电势”问题,并找到最简单的接地方式,无论其流向何处都可能产生危险的电压。请参阅地球电位上升


@FedericoRusso,您的发言是?说明您遇到的问题,共享一些链接以了解为什么会出现故障,或者只是说您希望参考,因为这与您的经验不符。
Kortuk

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@Kortuk:IMO!如果应该将其作为返回路径,则必须有一个连接,切割不能保证。所谓的返回路径可以承载少得多的电流,并且可能/将引起危险的电压降。IMO它不提供任何安全性。
Federico Russo

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@Federico,如果没有一些实质性文本,该声明就不可信,这是非建设性的批评。只是尝试让用户知道问题所在,或者说您想要链接,只是告诉某人他们不可信对用户来说是相对消极的事情。
2011年

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@Kortuk:我能理解我们彼此友好,但这并不意味着我们都是男人,是吗?好吧,我希望不会。如果有人给出答案,我想有权说我认为这是不正确的。假设您和朋友一起喝一杯。告诉他一个故事。他说他不相信你。你对他走出去吗???
Federico Russo

@Federico,那就是downvote的目的。如果您想留下建设性的批评,请发表评论。
2011年
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