Perché un cavo di alimentazione dovrebbe avere una schermatura del filo di rame?


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Oggi ho visto seppellire il cavo di alimentazione da 10 kilovolt nel terreno. Ho notato il segno del cavo e lo ho cercato su Google. La descrizione è piuttosto interessante È un cavo a conduttore singolo - ci vogliono tre di questi cavi per una linea trifase. La specifica (è in russo, quindi potrei fare una traduzione sbagliata) elenca i seguenti componenti:

  • una serie di fili di alluminio con una sezione trasversale totale di 240 millimetri quadrati
  • diversi strati di plastica che circondano quella serie di fili
  • uno "strato di separazione" fatto di "nastro conduttivo che blocca l'acqua"
  • uno schermo di fili di rame con una sezione trasversale totale di almeno 25 millimetri quadrati
  • uno "strato di separazione"
  • un altro strato di plastica

Ora capisco che a 10 kilovolt l'isolamento non è banale: uno strato di nastro adesivo non lo farà e questo spiega perché ci sono così tanti strati di plastica. Inoltre, il cavo non deve essere banale per danneggiare, quindi è necessario lo strato esterno.

Ma qual è il motivo della schermatura del filo di rame? A quale scopo serve?

Risposte:


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TLDR: lo schermo esclude le perdite dielettriche e uniforma lo stress sul dielettrico interno.

Roba reale EE qui sotto:

Non sono d'accordo con le risposte sopra (sotto) sull'aspetto della sicurezza. No, non è per sicurezza. L'aspetto dominante nella distribuzione di energia sono le perdite. Avere il campo elettrico CA contenuto in uno spazio prevedibile esclude la perdita di dielettrici e conduttori dalla partecipazione alla dissipazione di energia (denaro).

Se il cavo non è schermato, per 3 di questo in linea trifase, l'aria circostante, il cemento, il suolo faranno parte della linea, fungendo da dielettrico con perdita in un condensatore CA da 100 microfarad allungato per diversi chilometri e con enormi perdite dielettriche.

In casi estremi, un oggetto conduttivo affilato vicino al cavo focalizzerà potenziali linee di gradiente e dielettrico peirce. Shield protegge completamente questo tipo di stress. La stessa sollecitazione per il campo più vicino al conduttore centrale è esclusa usando lo strato semiconduttore.

Il mistero è perché è un rame. Probabilmente, se si fa la matematica, l'alluminio o il ferro non saranno altrettanto efficienti per lo stesso aspetto (perdita dielettrica della perdita).

Scavando di più: se lo schermo non è sufficientemente conduttivo, allora la caduta di tensione ohmica allo schermo nel punto più lontano della linea (indotta dal trasformatore coassiale a zero giri + linea come condensatore) può arrivare a centinaia di volt e causare altri problemi. Qui hai parzialmente sicurezza e perdite coperte meglio con il rame che con l'alluminio.

E forse lo schermo deve anche essere collegato a terra e incrociato per 3 cavi in ​​pochi punti centrali della linea per gli stessi "motivi di perdita" per ridurre la corrente indotta e accorciare il percorso della corrente shiled poiché la trigonometria trifase offre tale vantaggio (vantaggio di creare terreno galleggiante virtuale a metà strada su una linea lunga o solo terreno reale).

Un'altra osservazione: se è un cliente russo a Moskow, allora probabilmente c'è uno spazio molto limitato per i trasformatori di potenza in città, quindi tale cavo è economicamente ragionevole, quando è necessario fornire una tensione relativamente bassa con corrente molto elevata dai pacchi con meno terra costo per pacchi di terra molto costosi.

Informazioni sul coassiale a zero giri: un generatore di centrale elettrica in Ucraina ha uscite da 50KV / 10KA schermate con un enorme tubo di rame, aperto su un'estremità e collegato a terra al telaio del generatore. All'estremità aperta la tensione è di circa 500 V. La corrente alternata del tubo non è nota, ma potrebbe essere vicina a zero o pochi ampere. Se non fosse per questo tubo, allora una corrente molto più elevata indotta da un condensatore trifase aperto potrebbe passare attraverso barre di ferro all'interno dei muri degli edifici, le perdite D / E riscaldano anche i muri di cemento e fondono tutto.


Ho sempre letto che i generatori producono solo una tensione piuttosto bassa - qualcosa come diverse centinaia di volt, quindi sono piuttosto sorpreso che tu menzioni un generatore da 50KV.
sharptooth,

@sharptooth: credo che i generatori di centrali elettriche (tipo 400 MW) siano generalmente 11kV o 17kV. Non citarmi su questo, ma sicuramente molto più di "diverse centinaia di volt".
Li-aung Yip,

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No, non è affatto banale, i cavi interrati ad alta tensione sono altamente ingegnerizzati e costano fino a 100 € al metro. Rispetto ai cavi aerei ad alta tensione (> 10kV) che sono normalmente nudi (nessun isolamento).

Il cablaggio normalmente ad alta tensione sarà costituito da:

  1. Il conduttore (rame / alluminio)
  2. Un sottile strato isolante.
  3. Uno spesso strato semiconduttore progettato per condurre in caso di sovratensione.
  4. Un sottile strato isolante.
  5. Uno scudo conduttivo.
  6. Molto più materiale isolante.

Questo è un cavo da 20kV, la foto è stata presa dal mio telefono ma hai avuto l'idea. Diametro circa 5 cm. inserisci qui la descrizione dell'immagine

La causa principale della schermatura conduttiva è come un meccanismo di ritorno in caso di guasto:

  1. In caso di guasto di sovratensione, la schermatura a semiconduttore passerà corrente dal conduttore allo schermo conduttivo collegato a terra.
  2. Nel caso di taglio accidentale della linea da parte di macchine movimento terra, lo schermo conduttivo dovrebbe (in teoria) toccare il conduttore prima della macchina e fornire un percorso meno resistivo verso terra.

Infatti, utilizziamo la corrente attraverso la schermatura per verificare guasti di sovratensione. Se i sensori di corrente nel punto collegato a terra rilevano corrente, attivano automaticamente le misure di sicurezza. Ad esempio, se un trasformatore utilizzato per iniettare energia sulla rete riceve una sovratensione sull'ingresso (bassa tensione), anche l'uscita sarà sovratensione. Il rilevamento di una perdita di corrente attraverso la schermatura aprirà l'interruttore sull'estremità dell'alta tensione.

Sono sicuro che ci sono molti altri usi come la protezione meccanica dello strato semiconduttore, ecc.


Il rilevamento di danni ai cavi è il motivo principale per cui sono a conoscenza. (Cavo schiacciato -> lo schermo del filo di rame toccherà il conduttore di fase -> guasto da fase a terra -> la protezione da guasto a terra funziona.)
Li-aung Yip

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La schermatura in rame serve a fornire un percorso di ritorno noto in caso di guasto del cavo in cui il cavo viene tagliato. Ma non è per proteggere la persona che lo taglia; serve a ridurre i problemi di "potenziale contatto" quando la corrente fuoriesce dai fili di alluminio e troverà il modo più semplice per tornare a terra, il che induce tensioni potenzialmente pericolose dovunque fluisca. Vedi aumento potenziale della Terra .


@FedericoRusso, E la tua affermazione è? Spiega quale problema hai, condividi alcuni link sul perché sai che c'è un difetto, o semplicemente dì che vorresti riferimenti in quanto non sono d'accordo con la tua esperienza.
Kortuk,

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@Kortuk: IMO ! Se si suppone che sia un percorso di ritorno, allora deve esserci una connessione, che il taglio non garantisce. Il cosiddetto percorso di ritorno può trasportare molta meno corrente e potrebbe / causare una caduta di tensione pericolosa. IMO non fornisce alcuna sicurezza.
Federico Russo,

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@Federico, l'affermazione non credibile senza un testo sostanziale è una critica non costruttiva. Basta provare a far sapere all'utente qual è il problema o dire che desideri collegamenti, solo dire a qualcuno che non sono credibili è una cosa relativamente negativa da leggere per l'utente.
Kortuk,

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@Kortuk: posso capire che siamo gentili l'uno con l'altro, ma ciò non significa che siamo tutti sì amico, vero? Beh, spero di no. Se qualcuno dà una risposta, mi piacerebbe avere il diritto di dire che non credo sia corretto. Di 'che hai un drink con un amico. Raccontagli una storia. Dice che non ti crede. Cammini su di lui ???
Federico Russo,

@Federico, ecco a cosa serve un downvote. Lascia un commento se desideri lasciare critiche costruttive.
Kortuk,
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