पावर केबल की परिरक्षण परतों की संरचना और सामग्री

तार और केबल उत्पादों में उपयोग होने वाली शील्डिंग दो पूरी तरह से अलग अवधारणाओं पर आधारित है: विद्युत चुम्बकीय शील्डिंग और विद्युत क्षेत्र शील्डिंग। विद्युत चुम्बकीय शील्डिंग का उद्देश्य उच्च आवृत्ति वाले सिग्नल (जैसे आरएफ केबल और इलेक्ट्रॉनिक केबल) संचारित करने वाले केबलों को बाहरी हस्तक्षेप से बचाना या कमजोर धारा संचारित करने वाले केबलों (जैसे सिग्नल या मापन केबल) में बाहरी विद्युत चुम्बकीय तरंगों के हस्तक्षेप को रोकना है, साथ ही तारों के बीच क्रॉसस्टॉक को कम करना है। विद्युत क्षेत्र शील्डिंग का उद्देश्य मध्यम और उच्च वोल्टेज पावर केबलों की चालक सतह या इन्सुलेशन सतह पर मजबूत विद्युत क्षेत्र को संतुलित करना है।

1. विद्युत क्षेत्र परिरक्षण परतों की संरचना और आवश्यकताएँ

विद्युत केबलों की परिरक्षण प्रक्रिया में कंडक्टर परिरक्षण, इन्सुलेशन परिरक्षण और धात्विक परिरक्षण शामिल हैं। प्रासंगिक मानकों के अनुसार, 0.6/1kV से अधिक रेटेड वोल्टेज वाले केबलों में धात्विक परिरक्षण परत होनी चाहिए, जिसे प्रत्येक इन्सुलेटेड कोर या बहु-कोर फंसे हुए केबल के कोर पर लगाया जा सकता है। 3.6/6kV से कम रेटेड वोल्टेज वाले XLPE इन्सुलेटेड केबलों और 3.6/6kV से कम रेटेड वोल्टेज वाले EPR पतले इन्सुलेटेड केबलों (या 6/10kV से कम रेटेड वोल्टेज वाले मोटे इन्सुलेटेड केबलों) के लिए आंतरिक और बाहरी अर्धचालक परिरक्षण संरचनाओं की भी आवश्यकता होती है।

(1) कंडक्टर शील्डिंग और इन्सुलेशन शील्डिंग

कंडक्टर शील्डिंग (आंतरिक अर्ध-चालक शील्डिंग) गैर-धात्विक होनी चाहिए, जिसमें एक्सट्रूडेड अर्ध-चालक सामग्री या कंडक्टर के चारों ओर लपेटी गई अर्ध-चालक टेप और उसके बाद एक्सट्रूडेड अर्ध-चालक परत शामिल हो।

इन्सुलेशन शील्डिंग (बाहरी अर्ध-चालक शील्डिंग) एक अधात्विक अर्ध-चालक परत होती है जिसे प्रत्येक इन्सुलेटेड कोर की बाहरी सतह पर सीधे एक्सट्रूड किया जाता है। यह परत इन्सुलेशन से मजबूती से जुड़ी हो सकती है या उससे अलग की जा सकती है। एक्सट्रूड की गई आंतरिक और बाहरी अर्ध-चालक परतें इन्सुलेशन से मजबूती से जुड़ी होनी चाहिए, जिनमें चिकनी सतह हो, कोई स्पष्ट स्ट्रैंड के निशान न हों, और कोई नुकीले किनारे, कण, झुलसने के निशान या खरोंच न हों। चालक शील्डिंग परत के लिए प्रतिरोधकता, एजिंग से पहले और बाद में, 1000 Ω·m से अधिक नहीं होनी चाहिए और इन्सुलेशन शील्डिंग परत के लिए प्रतिरोधकता 500 Ω·m से अधिक नहीं होनी चाहिए।

आंतरिक और बाह्य अर्धचालक परिरक्षण सामग्री को संबंधित इन्सुलेशन सामग्री (जैसे क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन, एथिलीन-प्रोपाइलीन रबर आदि) को कार्बन ब्लैक, एंटीऑक्सीडेंट, एथिलीन-विनाइल एसीटेट कॉपोलिमर और अन्य योजकों के साथ मिलाकर बनाया जाता है। कार्बन ब्लैक के कणों को पॉलीमर के भीतर समान रूप से फैलाया जाना चाहिए, उनका कोई जमाव या असमान फैलाव नहीं होना चाहिए।

आंतरिक और बाहरी अर्धचालक परिरक्षण परतों की मोटाई वोल्टेज स्तर के साथ बढ़ती है। चूंकि इन्सुलेशन परत पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता अंदर अधिक और बाहर कम होती है, इसलिए अर्धचालक परिरक्षण परतों की मोटाई भी बाहर की तुलना में अंदर अधिक होनी चाहिए। पहले, खराब सैग नियंत्रण के कारण होने वाली खरोंचों या अत्यधिक कठोर तांबे के टेपों के कारण होने वाले छिद्रों को रोकने के लिए बाहरी अर्धचालक परिरक्षण परत को आंतरिक परत से थोड़ा मोटा बनाया जाता था। अब, ऑनलाइन स्वचालित सैग निगरानी और एनील्ड नरम तांबे के टेपों के साथ, आंतरिक अर्धचालक परिरक्षण परत को बाहरी परत से थोड़ा मोटा या उसके बराबर बनाया जाना चाहिए। 6–10–35 kV केबलों के लिए, आंतरिक परत की मोटाई आमतौर पर 0.5–0.6–0.8 मिमी होती है।

(2) धात्विक परिरक्षण

0.6/1kV से अधिक रेटेड वोल्टेज वाले केबलों में धात्विक परिरक्षण परत होनी चाहिए। यह परत प्रत्येक इन्सुलेटेड कोर या केबल कोर पर लगाई जानी चाहिए। धात्विक परिरक्षण में एक या अधिक धातु के टेप, धातु की लेस, धातु के तारों की संकेंद्रित परतें, या धातु के तारों और टेपों का संयोजन शामिल हो सकता है।

यूरोप और अन्य विकसित देशों में, उच्च शॉर्ट-सर्किट धाराओं वाले प्रतिरोध-ग्राउंडेड डबल-सर्किट सिस्टम के उपयोग के कारण, कॉपर वायर शील्डिंग का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। कुछ निर्माता केबल का व्यास कम करने के लिए कॉपर वायर को सेपरेशन शीथ या बाहरी शीथ में एम्बेड करते हैं। चीन में, प्रतिरोध-ग्राउंडेड डबल-सर्किट सिस्टम का उपयोग करने वाली कुछ प्रमुख परियोजनाओं को छोड़कर, अधिकांश सिस्टम आर्क-सप्रेशन कॉइल-ग्राउंडेड सिंगल-सर्किट पावर सप्लाई का उपयोग करते हैं, जो शॉर्ट-सर्किट करंट को न्यूनतम रखते हैं, इसलिए कॉपर टेप शील्डिंग का उपयोग किया जा सकता है। केबल कारखाने खरीदे गए हार्ड कॉपर टेप को उपयोग से पहले स्लिटिंग और एनीलिंग द्वारा संसाधित करते हैं ताकि एक निश्चित बढ़ाव और तन्यता शक्ति प्राप्त हो सके (बहुत कठोर होने पर इंसुलेशन शील्डिंग परत पर खरोंच आ सकती है, बहुत नरम होने पर झुर्रियाँ पड़ सकती हैं)। सॉफ्ट कॉपर टेप को केबल के लिए कॉपर टेप के GB/T11091-2005 मानकों का पालन करना चाहिए।

कॉपर टेप शील्डिंग में ओवरलैप की हुई सॉफ्ट कॉपर टेप की एक परत या अंतराल के साथ हेलिकली लिपटी हुई सॉफ्ट कॉपर टेप की दो परतें होनी चाहिए। कॉपर टेप का औसत ओवरलैप रेट इसकी चौड़ाई का 15% (नाममात्र मान) होना चाहिए, और न्यूनतम ओवरलैप रेट 5% से कम नहीं होना चाहिए। सिंगल-कोर केबलों के लिए कॉपर टेप की नाममात्र मोटाई कम से कम 0.12 मिमी और मल्टी-कोर केबलों के लिए कम से कम 0.10 मिमी होनी चाहिए। कॉपर टेप की न्यूनतम मोटाई नाममात्र मान के 90% से कम नहीं होनी चाहिए। इंसुलेशन शील्डिंग के बाहरी व्यास (≤25 मिमी या >25 मिमी) के आधार पर, कॉपर टेप की चौड़ाई आमतौर पर 30-35 मिमी होती है।

कॉपर वायर शील्डिंग, सर्पिलाकार रूप से लिपटे नरम कॉपर तारों से बनी होती है, जिसे कॉपर तारों या कॉपर टेपों की प्रति-चतुर्भुजाकार परत से सुरक्षित किया जाता है। इसका प्रतिरोध GB/T3956-2008 केबल कंडक्टरों की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए, और इसका नाममात्र अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल फॉल्ट करंट क्षमता के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए। कॉपर वायर शील्डिंग को तीन-कोर केबलों के आंतरिक आवरण पर या एकल-कोर केबलों के इन्सुलेशन, बाहरी अर्ध-चालक शील्डिंग परत, या उपयुक्त आंतरिक आवरण पर सीधे लगाया जा सकता है। आसन्न कॉपर तारों के बीच औसत अंतर 4 मिमी से अधिक नहीं होना चाहिए। औसत अंतर G की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

कहाँ:
D – तांबे के तार की शील्डिंग के नीचे केबल कोर का व्यास, मिलीमीटर में;
d – तांबे के तार का व्यास, मिलीमीटर में;
n – तांबे के तारों की संख्या।

2. परिरक्षण परतों की भूमिका और वोल्टेज स्तरों के साथ उनका संबंध

(1) आंतरिक और बाह्य अर्धचालक परिरक्षण की भूमिका
केबल कंडक्टर आमतौर पर कई फंसे हुए तारों को मिलाकर बनाए जाते हैं। इंसुलेशन की प्रक्रिया के दौरान, कंडक्टर की सतह और इंसुलेशन परत के बीच अंतराल, उभार और अन्य अनियमितताएं हो सकती हैं, जिससे विद्युत क्षेत्र का संकेंद्रण होता है। इसके परिणामस्वरूप स्थानीय वायु अंतराल निर्वहन और ट्री डिस्चार्ज होता है, जिससे डाइइलेक्ट्रिक प्रदर्शन कम हो जाता है। कंडक्टर की सतह पर अर्धचालक पदार्थ (कंडक्टर शील्डिंग) की एक परत चढ़ाने से इंसुलेशन के साथ मजबूत संपर्क सुनिश्चित होता है। चूंकि अर्धचालक परत और कंडक्टर एक ही विभव पर होते हैं, इसलिए उनके बीच अंतराल होने पर भी विद्युत क्षेत्र की क्रिया नहीं होती, जिससे आंशिक डिस्चार्ज रुक जाता है।

इसी प्रकार, बाहरी इन्सुलेशन सतह और धात्विक आवरण (या धात्विक परिरक्षण) के बीच अंतराल होते हैं, और वोल्टेज स्तर जितना अधिक होगा, वायु अंतराल निर्वहन होने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। बाहरी इन्सुलेशन सतह पर एक अर्ध-चालक परत (इन्सुलेशन परिरक्षण) को उभारकर, धात्विक आवरण के साथ एक समविभव बाहरी सतह बनाई जाती है, जिससे अंतरालों में विद्युत क्षेत्र समाप्त हो जाते हैं और आंशिक निर्वहन को रोका जा सकता है।

(2) धात्विक परिरक्षण की भूमिका

धातु परिरक्षण के कार्यों में शामिल हैं: सामान्य परिस्थितियों में संधारित्र धारा का वहन करना, दोषों के दौरान अल्पपरिक्रमण धारा के लिए एक मार्ग के रूप में कार्य करना; विद्युत क्षेत्र को इन्सुलेशन के भीतर सीमित करना (बाह्य विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करना) और एक समान त्रिज्या विद्युत क्षेत्र सुनिश्चित करना; असंतुलित धारा को वहन करने के लिए तीन-चरण चार-तार प्रणालियों में तटस्थ रेखा के रूप में कार्य करना; और त्रिज्या जल-अवरोधक सुरक्षा प्रदान करना।