Der Metallmantel in einem Hochspannungskabel ist nicht einfach eine Abschirmung, die um die XLPE-Isolierung gewickelt ist. Es bildet eine elektrische Grenze um die Isolierung, beteiligt sich an der Berechnung induzierter Spannungen und Verluste, führt einen definierten Anteil des Erdschlussstroms, und verbindet das Kabel mit Gelenken, Kündigungen, Linkboxen, Erden, und Mantelspannungsbegrenzer. In Führung- oder aluminiumummantelte Konstruktionen, Es kann auch eine radiale Feuchtigkeitsbarriere bilden.
Diese Aufgaben interagieren. Eine Vergrößerung der metallischen Fläche kann die Fehlerstromfähigkeit verbessern und den Widerstand verringern, Ein geringerer Widerstand kann jedoch den Umlaufstromverlust bei beidseitiger Verklebung erhöhen. Durch die Isolierung einer Hülle kann dieser Verlust verringert werden, Dennoch entstehen Anforderungen an Spannungsfestigkeit und Transientenschutz. Eine technisch vollständige Konstruktion muss daher den gleichen Mantel durch normale Belastung prüfen, Fehler, vergänglich, und langfristige Streckenbedingungen.
Fünf Kabelschichten werden oft zum Wort „Abschirmung“ zusammengefasst.
Ein abgeschirmtes Hochspannungskabel besteht aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Funktionen. Der Leiterschirm glättet die elektrische Schnittstelle um den Litzenleiter. Die XLPE-Isolierung trägt die hauptsächliche dielektrische Belastung. Der Isolierschirm schafft eine kontrollierte äußere Grenze für diese Isolierung. Der Metallschirm oder die Metallhülle sitzt außerhalb des Isolierschirms und sorgt für einen elektrisch durchgehenden Metallpfad. Der Polymermantel schützt und, wo erforderlich, isoliert diese Metallschicht elektrisch von der Erde.
Diese Schichten sind nicht austauschbar. Ein halbleitender Isolationsschirm steuert die Feldschnittstelle, ist jedoch kein Ersatz für einen metallischen Erdschlusspfad. Ein Kupferdrahtschirm kann für elektrischen Durchgang und einen konfigurierbaren Querschnitt sorgen, aber die Drahtschicht allein ist keine kontinuierliche radiale Wasserbarriere. Ein geschweißter Aluminium- oder extrudierter Bleimantel kann eine metallische Feuchtigkeitsbarriere bilden, aber die Materialauswahl muss noch mechanisch erfolgen, Thermal-, Korrosion, Herstellung, und Zubehör-Schnittstellenprüfungen. Rüstung, wo verwendet, hat eine primäre mechanische Funktion und kann den entworfenen Mantelstromkreis nicht automatisch ersetzen.
| Ebene oder Komponente | Primäre Systemrolle | Designfrage, die bleibt |
|---|---|---|
| Leiterschirm. | Erzeugt eine glatte elektrische Schnittstelle über dem Leiter. | Wie steuert das Extrusionssystem die Geometrie?, Sauberkeit, und Kompatibilität? |
| Isolierschirm. | Definiert die äußere Äquipotentialgrenze der Hauptisolierung. | Wie werden Verbindungen und Abschlüsse diese Grenze wiederherstellen?? |
| Metallischer Schirm oder Mantel. | Bietet metallische Kontinuität, Klebeverbindung, und angegebener aktueller Zoll. | Welches Material, Widerstand, Bereich, Verbindungsanordnung, Es gelten die Verschuldens- und Verschuldenspflicht? |
| Metallische Feuchtigkeitsbarriere, wenn vorhanden. | Begrenzt den radialen Feuchtigkeitseintritt und kann auch die elektrische Mantelfunktion übernehmen. | Wie wird geschweißt?, Gelenke, Korrosionsschutz, Biegen, und Müdigkeit kontrolliert werden? |
| Polymermantel. | Schützt das Metall und kann es für eine besondere Verbindung von der Erde isolieren. | Welche elektrische Integrität, mechanisch, Umwelt, Es gelten Überprüfungen nach der Installation? |
Ein Manteldesign muss vier verschiedene Systemzustände bestehen.
Ein Datenblatt, das nur „Aluminiummantel“ oder „Kupferdrahtschirm“ nennt, lässt die wichtige Arbeit unvollendet. Material und Nennmaße beschreiben die physikalische Schicht; Sie begründen ihre Leistungsfähigkeit im angeschlossenen Kabelsystem nicht.
Zustand 1: Bei normaler Belastung entstehen induzierte Spannung und Wärme.
Wechselstrom im Leiter erzeugt einen magnetischen Fluss, der die Metallhülle verbindet. Die resultierende induzierte Spannung hängt vom Strom ab, Frequenz, Kabelgeometrie, Phasenanordnung, Abschnittslänge, und in der Nähe befindliche Dirigenten. Die Bindungsvereinbarung entscheidet darüber, was als nächstes passiert.
Wenn die Hüllen an beiden Enden verklebt sind, Der geschlossene Pfad kann zirkulierenden Strom führen. Dieser Strom verursacht zusätzliche Verluste und kann die Strombelastbarkeit des Kabels verringern. IEC 60287-1-1 Bietet den Berechnungsrahmen für Leiter- und Mantelverluste in einem einzelnen Stromkreis. IEC 60287-1-2 befasst sich mit Wirbelstromverlusten für definierte Zweikreis-Flachformationen und unterscheidet explizit einpunktig oder kreuzweise verklebte Hüllen von beidseitiger Verklebung mit erheblichem Umlaufstrom.
Zustand 2: Ein Erdschluss teilt den Strom auf mehrere Pfade auf.
Der metallische Mantel darf nur einen Teil des gesamten Erdschlussstroms führen. Der Strom kann sich zwischen den Kabelmänteln aufteilen, Erdleiter, Stationsnetze, parallele metallische Pfade, und Erde entsprechend den Systemimpedanzen und der Erdung. Der maximale prospektive Fehlerstrom an einem Bus ist daher nicht automatisch der einem Kabelmantel zugeordnete Strom.
IEC 60909-3 befasst sich mit partiellen Kurzschlussströmen durch die Erde und enthält Verfahren zur Stromverteilung und Reduktionsfaktoren beidseitig geerdeter metallischer Hüllen oder Abschirmungen. Nachdem die aktuelle Abteilung eingerichtet ist, die Hülle, Bonding-Leitungen, Gelenke, Link-Box-Verbindungen, und Erdleiter benötigen thermische und mechanische Prüfungen für die jeweilige Freigabesequenz. IEC 60949 bietet eine Methode für den thermisch zulässigen Kurzschlussstrom, der die nichtadiabatische Erwärmung berücksichtigt; Es entfällt nicht die Notwendigkeit, Material zu definieren, Anfangs- und Endbedingungen, Dauer, und der tatsächliche aktuelle Pfad.
Zustand 3: Schalt- und Blitzereignisse prüfen Isolationskoordination.
Durch spezielle Verklebungen können Teile des Mantelsystems bewusst oberhalb des Erdpotentials betrieben werden. Die netzfrequente Stehspannung ist nur eine Bedingung. Schaltereignisse, Blitzimpulse, Erdschlüsse, und Wechselwirkungen mit angeschlossenen Geräten können transiente Spannungen an der Ummantelung verursachen, die die Isolierung aufteilen, die Überhülle, Link-Box-Isolierung, und Mantelspannungsbegrenzer.
Ein SVL wird nicht allein aus der Systemspannung ausgewählt. Seine Dauerspannung, Schutzniveau, vorübergehendes Überspannungsverhalten, Energiesteuer, Verbindungslänge, Erdungsanordnung, und die Beziehung zur geschützten Isolierung muss aus der Isolierungskoordinationsstudie stammen. Ein niedrigerer Schutzpegel ist nicht automatisch sicherer, wenn normale oder vorübergehende Spannung den Begrenzer überlastet. Eine höhere Bewertung ist nicht automatisch sicherer, wenn sie die Isolierung nicht schützt.
Zustand 4: Die Streckenverhältnisse fordern die Barriere seit Jahrzehnten heraus.
Eine Metallhülle kann elektrische und umweltbezogene Aufgaben teilen. Mantelsysteme aus Blei und Aluminium können einen radialen Feuchtigkeitsschutz bieten, wenn ihre Durchgangs- und Zubehördichtungen intakt bleiben. Kupferdrähte können einen Fehlerstrompfad und eine Potentialausgleichsverbindung definieren, oft mit einer separaten Folie oder einem Laminat, wenn eine radiale Barriere erforderlich ist.
Die Route führt dann zu Korrosionsexpositionen, zyklische Bewegung, Biegen, Vibration, Gelenkbuchtwasser, Zugkräfte, Wärmeausdehnung, und Installationsschäden. Die äußere Abdeckung ist wichtig, da durch Beschädigungen das Metall freigelegt werden kann, Beeinträchtigung des Korrosionsschutzes, oder ein isoliertes Verbindungsschema zunichte machen. IEC 60229 umfasst extrudierte Mäntel mit besonderer Schutzfunktion und beinhaltet elektrische Prüfungen nach der Installation. Ein Ergebnis der Hauptisolierungsfestigkeit zeigt nicht, dass die Ummantelung intakt bleibt.
Bindung ändert die Antwort; Es handelt sich nicht um ein später ausgewähltes Zubehör.
Solide Bindung, Einzelpunktverklebung, und Cross-Bonding sind Schaltungsanordnungen und keine Qualitätsstufen. Eine feste Verbindung sorgt für einen kontinuierlichen Mantelstrompfad und begrenzt im Allgemeinen die Stehspannung, aber zirkulierende Verluste können erheblich werden. Die Einzelpunktverklebung unterbricht die kontinuierliche Zirkulation in einem Abschnitt, bei stehender Spannung, Kontinuität der Erde, Mantelisolierung, und transienter Schutz müssen kontrolliert werden. Durch die Kreuzbindung werden aufeinanderfolgende kleinere Abschnitte miteinander verbunden, sodass sich induzierte Spannungen bei Längenänderungen weitgehend aufheben können, Kabelgeometrie, Phasenbeziehungen, und Verbindungen bleiben angemessen ausbalanciert.
Ein Routenübergang kann dieses Gleichgewicht stören. Wechsel von Kleeblatt- zu Flachform, ungleiche Nebenabschnittslängen, Änderungen der Phasenordnung, gemeinsamer Umzug, Parallelschaltungen, oder unterschiedliche Kabelkonstruktionen verändern das Induktionsspannungsmodell. Der aktuelle XWA-Artikel zum Thema Anordnungen zur Abschirmung von Mittelspannungskabeln erklärt die grundlegenden Schaltungsmöglichkeiten. Auf HV-Übertragungsebene, Gleiche Namen erfordern eine projektspezifische Dämmkoordination, Verlust, Fehler, Berührungsspannung, und Wartungsmodell.
CIGRE TB 797 behandelt AC-Übertragungskabelsysteme ab und zu 66 kV erfordern ein speziell entwickeltes Mantelverbindungssystem. Sein Anwendungsbereich verbindet Kabel und Zubehör mit Potentialausgleichsleitungen, Linkboxen, SVLs, Erdung, Installationstests, und Wartung. Diese Systemgrenze ist der Grund dafür, dass ein Kabelquerschnitt allein das Verbindungsdesign nicht bestimmen kann.
Die Materialauswahl richtet sich nach dem Fehlermodus, keine Hierarchie.
Kupferdrähte ermöglichen die Anpassung des metallischen Querschnitts um den Isolationsschirm herum und bleiben mit flexiblen Kabelkonstruktionen kompatibel. Wenn die Strecke eine radiale Barriere erfordert, kann eine separate wasserabweisende Lösung oder eine Lösung aus Metalllaminat erforderlich sein. Geschweißtes Aluminium kann metallische Kontinuität mit einer kontinuierlichen Feuchtigkeitsbarriere und einer geringeren Masse als Blei kombinieren, während Schweißqualität, Bildung, Korrosionsschutz, Biegeverhalten, und Zubehörabdichtung bleiben von entscheidender Bedeutung. Extrudiertes Blei bietet in geeigneten Ausführungen eine kontinuierliche Barriere und eine nützliche chemische Beständigkeit, aber es erhöht die Masse und erfordert Aufmerksamkeit auf die mechanische Unterstützung, zyklische Belastung, Umweltkontrollen, und kompatible Verbindungsmethoden.
Kein Materialname beweist die Fehlerfähigkeit. Elektrischer Widerstand, effektiver metallischer Bereich, Bautoleranzen, Gelenke, Verbindungshardware, aktuelle Abteilung, Fehlerdauer, und zulässige Temperatur spielen eine Rolle. Auch kein Materialname beweist die Streckenhaltbarkeit. Das ausgewählte Metall, Übermantel, wasserblockierendes System, Siegel, Installationsmethode, und Boden- oder Tunnelumgebung müssen zusammenarbeiten.
Eine einzelne Fehlerstromzahl ist keine Mantelspezifikation.
Eine Aussage wie „Fehlerstrom für eine Sekunde“ bleibt unvollständig, es sei denn, im Dokument wird angegeben, ob es sich bei dem Strom um den gesamten Systemwert handelt, Nullstrom, oder der Teil, der der metallischen Hülle zugeordnet ist. Außerdem ist der Fehlertyp erforderlich, Erdungsanordnung, Clearing-Sequenz, Beitrag von beiden Seiten, parallele Wege, Bindungszustand, anfänglicher Ladezustand, und Behandlung von wiederholtem Dienst.
Die Entwurfssequenz sollte mit den Netzwerkfehlerfällen und der Stromaufteilung beginnen. Anschließend sollte die härteste Beanspruchung der Ummantelung und der Verbindungskomponenten ermittelt und die thermische Belastbarkeit sowie die Verbindungen überprüft werden. Die gleichen Fälle gelten für die Überprüfung der Berührungsspannung, Anstieg des Erdpotentials, Übermantelungsstress, und SVL-Energie. Die offizielle IEC Stromverteilungsverfahren Bereitstellung einer neutralen Referenz für das Stromaufteilungsproblem, ohne projektspezifische Eingaben bereitzustellen.
Die endgültige Zeichnung muss die Kabelkonstruktion mit dem Trassenstromkreis verbinden.
Der 64/110(123) kV-Kabelbereich Und 76/132(145) kV-Kabelbereich Spannungsspezifische Konstruktionskontexte aufzeigen. Eine Projektaufzeichnung muss darüber hinausgehen und jeden Kabelabschnitt und jedes Zubehörteil in die Verbindungsberechnung einbeziehen.
Die kontrollierte Aufzeichnung sollte das metallische Material identifizieren, Nennfläche, Längswiderstandsbasis, radiale Barriere, und Mantelpflicht. Es sollte auch die Kabelbildung beheben, Abstand, Abschnittslängen, Phasenreihenfolge, Klebeverbindungen, Linkbox-Standorte, Erdverbindungen, SVL-Daten, und Bonding-Lead-Konstruktion. Betriebsströme, Fehlerfälle, Räumungszeiten, Grenzwerte für Stehspannung, vorübergehende Fälle, Berührungsspannungsbasis, Installationstests, und Wartungszugang runden den Rekord ab.
Die entscheidende Kontrolle ist die Konsistenz. Die Kabelzeichnung, Fertigungslängen, gemeinsamer Zeitplan, Link-Box-Diagramm, Verlustberechnung, Fehlerstromaufteilung, Studie zur Isolationskoordination, und die Bestandsstrecke müssen dasselbe elektrische System beschreiben. Wenn sich ein Datensatz ändert, Die betroffenen Berechnungen und Schnittstellen müssen überprüft werden, bevor die Änderung zu einer Feldanweisung wird.