पावर केबल परिरक्षण परतों की संरचना और सामग्री

तार और केबल उत्पादों में प्रयुक्त परिरक्षण की दो पूरी तरह से भिन्न अवधारणाएँ हैं: विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण और विद्युत क्षेत्र परिरक्षण। विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण का उद्देश्य उच्च-आवृत्ति संकेतों (जैसे आरएफ केबल और इलेक्ट्रॉनिक केबल) को प्रसारित करने वाले केबलों को बाहरी हस्तक्षेप से बचाना या कमजोर धाराएँ प्रसारित करने वाले केबलों (जैसे सिग्नल या माप केबल) में बाहरी विद्युत चुम्बकीय तरंगों के हस्तक्षेप को रोकना है, साथ ही तारों के बीच क्रॉसस्टॉक को कम करना है। विद्युत क्षेत्र परिरक्षण का उद्देश्य मध्यम और उच्च-वोल्टेज विद्युत केबलों की चालक सतह या इन्सुलेशन सतह पर प्रबल विद्युत क्षेत्र को संतुलित करना है।

1. विद्युत क्षेत्र परिरक्षण परतों की संरचना और आवश्यकताएँ

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

(1) कंडक्टर परिरक्षण और इन्सुलेशन परिरक्षण

कंडक्टर परिरक्षण (आंतरिक अर्ध-चालक परिरक्षण) गैर-धात्विक होना चाहिए, जिसमें कंडक्टर के चारों ओर लिपटा हुआ एक्सट्रूडेड अर्ध-चालक पदार्थ या अर्ध-चालक टेप शामिल होना चाहिए, जिसके बाद एक एक्सट्रूडेड अर्ध-चालक परत होनी चाहिए।

इन्सुलेशन परिरक्षण (बाहरी अर्ध-चालक परिरक्षण) एक अधात्विक अर्ध-चालक परत होती है जो प्रत्येक इंसुलेटेड कोर की बाहरी सतह पर सीधे निकाली जाती है, जिसे या तो इन्सुलेशन से कसकर जोड़ा जा सकता है या उससे अलग किया जा सकता है। निकाली गई आंतरिक और बाहरी अर्ध-चालक परतें इन्सुलेशन से कसकर जुड़ी होनी चाहिए, उनके बीच के भाग चिकने होने चाहिए, कोई स्पष्ट रेशे के निशान नहीं होने चाहिए, और कोई तीखे किनारे, कण, झुलसने के निशान या खरोंच नहीं होने चाहिए। उम्र बढ़ने से पहले और बाद में प्रतिरोधकता कंडक्टर परिरक्षण परत के लिए 1000 Ω·m और इन्सुलेशन परिरक्षण परत के लिए 500 Ω·m से अधिक नहीं होनी चाहिए।

आंतरिक और बाहरी अर्ध-चालक परिरक्षण सामग्री, संबंधित इन्सुलेशन सामग्री (जैसे क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथाइलीन, एथिलीन-प्रोपाइलीन रबर, आदि) को कार्बन ब्लैक, एंटीऑक्सिडेंट, एथिलीन-विनाइल एसीटेट कोपोलिमर और अन्य योजकों के साथ मिलाकर बनाई जाती है। कार्बन ब्लैक कणों को बहुलक के भीतर समान रूप से फैलाया जाना चाहिए, बिना किसी समूहन या खराब फैलाव के।

आंतरिक और बाहरी अर्ध-चालक परिरक्षण परतों की मोटाई वोल्टेज स्तर के साथ बढ़ती है। चूँकि इन्सुलेशन परत पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता अंदर से अधिक और बाहर से कम होती है, इसलिए अर्ध-चालक परिरक्षण परतों की मोटाई भी बाहर की तुलना में अंदर से अधिक होनी चाहिए। पहले, बाहरी अर्ध-चालक परिरक्षण को आंतरिक की तुलना में थोड़ा मोटा बनाया जाता था ताकि खराब झुकाव नियंत्रण के कारण खरोंच या अत्यधिक कठोर तांबे के टेप के कारण होने वाले छिद्रों को रोका जा सके। अब, ऑनलाइन स्वचालित झुकाव निगरानी और एनील्ड सॉफ्ट कॉपर टेप के साथ, आंतरिक अर्ध-चालक परिरक्षण परत को बाहरी परत के बराबर या थोड़ा मोटा 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) धातु परिरक्षण

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

यूरोप और अन्य विकसित देशों में, उच्च शॉर्ट-सर्किट धाराओं वाले प्रतिरोध-ग्राउंडेड डबल-सर्किट सिस्टम के उपयोग के कारण, तांबे के तार परिरक्षण का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। कुछ निर्माता केबल के व्यास को कम करने के लिए पृथक्करण म्यान या बाहरी म्यान में तांबे के तार लगाते 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 तक सीमित करते हैं, इसलिए तांबे के टेप परिरक्षण का उपयोग किया जा सकता है। केबल कारखाने खरीदे गए कठोर तांबे के टेप को उपयोग से पहले एक निश्चित बढ़ाव और तन्य शक्ति (बहुत कठोर इन्सुलेशन परिरक्षण परत को खरोंच देगा, बहुत नरम झुर्रियाँ देगा) प्राप्त करने के लिए स्लिटिंग और एनीलिंग द्वारा संसाधित करते हैं।

कॉपर टेप शील्डिंग में एक परत ओवरलैप की गई सॉफ्ट कॉपर टेप या दो परतों वाली सर्पिली रैप्ड सॉफ्ट कॉपर टेप होनी चाहिए, जिसमें अंतराल हों। कॉपर टेप की औसत ओवरलैप दर इसकी चौड़ाई (नाममात्र मान) का 15% होनी चाहिए, और न्यूनतम ओवरलैप दर 5% से कम नहीं होनी चाहिए। सिंगल-कोर केबल के लिए कॉपर टेप की नाममात्र मोटाई कम से कम 0.12 मिमी और मल्टी-कोर केबल 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।

तांबे के तार का परिरक्षण कुंडलित रूप से लिपटे मुलायम तांबे के तारों से बना होता है, जिन्हें तांबे के तारों या तांबे के टेपों के प्रति-कुंडलित आवरण से सुरक्षित किया जाता है। इसका प्रतिरोध GB/T3956-2008 "केबलों के चालक" की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए, और इसका नाममात्र अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल दोष धारा क्षमता के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए। तांबे के तार का परिरक्षण तीन-कोर केबलों के आंतरिक आवरण पर या सीधे इन्सुलेशन, बाहरी अर्ध-चालक परिरक्षण परत, या एकल-कोर केबलों के उपयुक्त आंतरिक आवरण पर लगाया जा सकता है। आसन्न तांबे के तारों के बीच औसत अंतराल 4 मिमी से अधिक नहीं होना चाहिए। औसत अंतराल G की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

कहाँ:
डी - तांबे के तार परिरक्षण के तहत केबल कोर का व्यास, मिमी में;
d – तांबे के तार का व्यास, मिमी में;
n - तांबे के तारों की संख्या.

2. परिरक्षण परतों की भूमिका और वोल्टेज स्तरों से उनका संबंध

(1) आंतरिक और बाहरी अर्ध-चालक परिरक्षण की भूमिका
केबल कंडक्टर आमतौर पर कई स्ट्रैंडेड तारों से सघन होते हैं। इंसुलेशन एक्सट्रूज़न के दौरान, कंडक्टर की सतह और इंसुलेशन परत के बीच अंतराल, गड़गड़ाहट और अन्य सतही अनियमितताएँ उत्पन्न हो सकती हैं, जिससे विद्युत क्षेत्र संकेन्द्रण होता है, जिससे स्थानीय वायु अंतराल डिस्चार्ज और ट्रीइंग डिस्चार्ज होता है, और परावैद्युत प्रदर्शन कम हो जाता है। कंडक्टर की सतह पर अर्ध-चालक पदार्थ (कंडक्टर शील्डिंग) की एक परत एक्सट्रूज़न करके, यह इंसुलेशन के साथ सघन संपर्क सुनिश्चित करता है। चूँकि अर्ध-चालक परत और कंडक्टर समान विभव पर होते हैं, इसलिए उनके बीच अंतराल होने पर भी, कोई विद्युत क्षेत्र क्रिया नहीं होगी, जिससे आंशिक डिस्चार्ज को रोका जा सकेगा।

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

(2) धातु परिरक्षण की भूमिका

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