Tấm chắn được thiết kế như thế nào trong cáp điện cao thế?

Cáp điện cao thế là những thành phần thiết yếu trong hệ thống điện hiện đại, truyền tải điện hiệu quả và an toàn trên khoảng cách xa. Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của các loại cáp này là chúng thiết kế che chắn , đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cả độ tin cậy và an toàn khi vận hành.

Hiểu vai trò của việc che chắn

Che chắn trong cáp điện cao thế phục vụ nhiều mục đích:

1. Kiểm soát điện trường: Dây dẫn điện áp cao tạo ra điện trường mạnh. Việc che chắn đảm bảo các trường này được phân bố đều, ngăn ngừa ứng suất cục bộ có thể làm suy giảm lớp cách điện hoặc gây hư hỏng.
2. An toàn: Bằng cách chứa điện trường, tấm chắn giúp giảm nguy cơ tiếp xúc vô tình, điều này đặc biệt quan trọng đối với người lao động và thiết bị gần đó.
3. Giảm thiểu nhiễu điện từ (EMI): Dòng điện cao áp có thể tạo ra các trường điện từ gây nhiễu các thiết bị điện tử nhạy cảm gần đó. Việc che chắn thích hợp sẽ giảm thiểu vấn đề này.
4. Giảm căng thẳng điện áp: Việc che chắn giúp duy trì độ dốc điện áp đồng đều trong cáp, kéo dài tuổi thọ cách điện và nâng cao độ tin cậy.

Về bản chất, che chắn vừa là tính năng bảo vệ vừa nâng cao hiệu suất.

Các thành phần che chắn trong cáp điện cao thế

Cáp điện cao thế là cấu trúc phức tạp và lớp che chắn là một trong những lớp không thể thiếu. Các thành phần chính liên quan đến che chắn bao gồm:

1. Màn hình dây dẫn:

   • Đây là lớp bán dẫn được phủ trực tiếp lên dây dẫn.
   • Chức năng chính của nó là loại bỏ các cạnh sắc trên bề mặt dây dẫn có thể tập trung điện trường và làm căng lớp cách điện.
   • Vật liệu: Các hợp chất polymer bán dẫn điển hình được ép đùn.

2. Cách nhiệt:

   • Mặc dù bản thân nó không phải là tấm chắn nhưng lớp cách nhiệt hoạt động song song với dây dẫn và màn chắn cách điện để ngăn ngừa sự cố điện.

3. Màn hình cách nhiệt:

   • Lớp bán dẫn này được áp dụng trên lớp cách nhiệt.
   • Mục đích của nó là đảm bảo sự tiếp xúc trơn tru giữa lớp cách nhiệt và tấm chắn kim loại, ngăn ngừa các khoảng trống hoặc khe hở không khí có thể dẫn đến phóng điện cục bộ.

4. Khiên kim loại (hoặc màn hình):

   • Lớp này bao gồm dây đồng, băng hoặc vỏ chì bao quanh hoàn toàn lớp cách nhiệt.
   • Nó cung cấp một đường dẫn cho dòng điện sự cố, nối đất và che chắn điện từ.
   • Tấm chắn kim loại cũng bảo vệ cáp khỏi hư hỏng cơ học bên ngoài trong một số thiết kế.

5. Vỏ ngoài:

   • Lớp vỏ bên ngoài là lớp bảo vệ cuối cùng, che chắn cho màn hình kim loại khỏi các yếu tố môi trường như độ ẩm, hóa chất, tác động cơ học.

Các loại che chắn trong cáp điện cao thế

Việc che chắn có thể khác nhau tùy thuộc vào mức điện áp, ứng dụng cáp và môi trường lắp đặt. Các loại chính bao gồm:

1. Trung tính đồng tâm (hoặc che chắn dây)

• Dây đồng được quấn xoắn quanh lớp cách điện hoặc dây dẫn.
• Cung cấp khả năng nối đất tuyệt vời và dễ dàng kết thúc bằng các đầu nối tiêu chuẩn.
• Thường được sử dụng trong các loại cáp điện trung thế và cao thế trong các ứng dụng công nghiệp và tiện ích.

2. Che chắn băng

• Các băng kim loại mỏng, thường là đồng hoặc nhôm, được quấn xoắn ốc hoặc theo chiều dọc xung quanh lớp cách điện.
• Cung cấp vùng phủ sóng đồng đều và giảm trở kháng cho dòng điện sự cố.
• Phổ biến trong cáp điện áp cao và điện áp cực cao do bề mặt tiếp xúc trơn tru với lớp cách điện.

3. Che chắn vỏ chì

• Một lớp chì có thể được phủ để vừa che chắn điện vừa bảo vệ độ ẩm.
• Chủ yếu được sử dụng trong cáp điện áp cao ngầm hoặc dưới biển, nơi bảo vệ môi trường là rất quan trọng.
• Tấm chắn chì có độ bền cao nhưng nặng hơn và kém linh hoạt hơn tấm chắn làm bằng đồng.

4. Polyethylene liên kết ngang (XLPE) với tấm chắn bán dẫn

• Cáp cao thế hiện đại thường sử dụng vật liệu cách điện XLPE kết hợp với tấm chắn bán dẫn.
• Các lớp bán dẫn làm giảm nguy cơ phóng điện cục bộ đồng thời cung cấp sự phân bố ứng suất điện áp đồng đều.
• Nhẹ và thích hợp cho các ứng dụng ngầm có điện áp cao.

Những cân nhắc về thiết kế để che chắn

Thiết kế lớp che chắn cho cáp điện cao thế đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các yếu tố điện, cơ và môi trường.

1. Cấp điện áp

• Điện áp càng cao thì việc che chắn càng trở nên quan trọng.
• Các ứng dụng điện áp cao yêu cầu điều khiển chính xác điện trường để ngăn chặn sự cố cách điện.

2. Khả năng chuyên chở hiện tại

• Tấm chắn phải chứa dòng điện sự cố một cách an toàn.
• Các nhà thiết kế tính toán diện tích mặt cắt cần thiết của tấm chắn kim loại để xử lý dòng điện sự cố tối đa mà không bị quá nhiệt.

3. Điều kiện môi trường

• Cáp ngầm có thể phải đối mặt với độ ẩm, hóa chất trong đất hoặc áp suất cơ học.
• Cáp ngầm yêu cầu vật liệu chống thấm nước và chống ăn mòn.

4. Tương thích điện từ (EMC)

• Cáp điện cao thế có thể tạo ra các trường điện từ đáng kể.
• Thiết kế che chắn xem xét việc đặt gần các thiết bị nhạy cảm để giảm nhiễu.

5. Tính linh hoạt và cài đặt

• Cáp có thể cần phải uốn quanh các góc hoặc đi qua ống dẫn.
• Việc che chắn phải duy trì tính toàn vẹn về điện và cơ ngay cả khi chịu ứng suất uốn.

6. Cân nhắc về nhiệt

• Các tấm chắn dẫn nhiệt ra khỏi dây dẫn.
• Thiết kế nhiệt phù hợp đảm bảo tuổi thọ cách nhiệt và ngăn ngừa quá nhiệt trong điều kiện bình thường hoặc lỗi.

Kiểm tra hiệu suất che chắn

Đảm bảo tấm chắn hoạt động như dự kiến là rất quan trọng để vận hành an toàn và đáng tin cậy. Các xét nghiệm phổ biến bao gồm:

1. Kiểm tra phóng điện một phần

   • Phát hiện các khoảng trống, khuyết tật hoặc khoảng trống giữa lớp cách nhiệt và lớp che chắn.

2. Kiểm tra chịu được điện áp

   • Điện áp cao được áp dụng để xác nhận rằng lớp cách điện và tấm chắn có thể xử lý điện áp hoạt động một cách an toàn.