Bei Draht- und Kabelprodukten werden Abschirmstrukturen in zwei unterschiedliche Konzepte unterteilt: elektromagnetische Abschirmung und elektrische Feldabschirmung. Die elektromagnetische Abschirmung dient in erster Linie dazu, Störungen der Umgebung durch Hochfrequenzsignalkabel (wie HF- und Elektronikkabel) zu verhindern oder externe elektromagnetische Wellen daran zu hindern, Kabel mit schwachen Strömen (wie Signal- und Messkabel) zu stören, sowie die gegenseitige Beeinflussung der Kabel zu reduzieren. Die elektrische Feldabschirmung hingegen dient dazu, die starken elektrischen Felder auf der Leiter- oder Isolationsoberfläche von Mittel- und Hochspannungskabeln auszugleichen.
1. Aufbau und Anforderungen an elektrische Feldabschirmschichten
Die Abschirmung von Stromkabeln wird in Leiterabschirmung, Isolationsabschirmung und Metallabschirmung unterteilt. Gemäß den einschlägigen Normen sollten Kabel mit einer Nennspannung über 0,6/1 kV eine metallische Abschirmschicht aufweisen, die auf einzelne isolierte Adern oder die gesamte Kabelader aufgebracht werden kann. Für Kabel mit einer Nennspannung von mindestens 3,6/6 kV mit XLPE-Isolierung (vernetztes Polyethylen) oder Kabel mit einer Nennspannung von mindestens 3,6/6 kV mit dünner EPR-Isolierung (Ethylen-Propylen-Kautschuk) (oder dicker Isolierung mit einer Nennspannung von mindestens 6/10 kV) ist zusätzlich eine innere und äußere halbleitende Abschirmstruktur erforderlich.
(1) Leiterschirmung und Isolationsschirmung
Leiterabschirmung (innere halbleitende Abschirmung): Diese sollte nichtmetallisch sein und aus extrudiertem halbleitendem Material oder einer Kombination aus um den Leiter gewickeltem halbleitendem Band und anschließend extrudiertem halbleitendem Material bestehen.
Isolierabschirmung (äußere halbleitende Abschirmung): Diese wird direkt auf die Außenfläche jedes isolierten Kerns extrudiert und ist fest mit der Isolierschicht verbunden oder von dieser abziehbar.
Die extrudierten inneren und äußeren Halbleiterschichten sollten fest mit der Isolierung verbunden sein und eine glatte Schnittstelle aufweisen, die frei von sichtbaren Leiterlitzen, scharfen Kanten, Partikeln, Brandflecken oder Kratzern ist. Der spezifische Widerstand vor und nach der Alterung sollte für die Leiterabschirmschicht maximal 1000 Ω·m und für die Isolationsabschirmschicht maximal 500 Ω·m betragen.
Die inneren und äußeren halbleitenden Abschirmmaterialien werden durch Mischen entsprechender Isoliermaterialien (wie vernetztem Polyethylen (XLPE) und Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR)) mit Additiven wie Ruß, Alterungsschutzmitteln und Ethylen-Vinylacetat-Copolymer hergestellt. Die Rußpartikel sollten gleichmäßig im Polymer verteilt sein, ohne dass es zu Agglomerationen oder schlechter Dispersion kommt.
Die Dicke der inneren und äußeren halbleitenden Abschirmschichten nimmt mit der Nennspannung zu. Da die elektrische Feldstärke auf der Isolationsschicht innen höher und außen niedriger ist, sollte auch die Dicke der halbleitenden Abschirmschichten innen dicker und außen dünner sein. Bei Kabeln mit einer Nennspannung von 6–10–35 kV beträgt die Dicke der inneren Schicht typischerweise 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Metallabschirmung
Kabel mit einer Nennspannung über 0,6/1 kV sollten eine metallische Abschirmschicht aufweisen. Die metallische Abschirmschicht sollte die Außenseite jedes isolierten Leiters oder des Kabelkerns bedecken. Die metallische Abschirmung kann aus einem oder mehreren Metallbändern, Metallgeflechten, konzentrischen Lagen von Metalldrähten oder einer Kombination aus Metalldrähten und Bändern bestehen.
In Europa und Industrieländern, wo widerstandsgeerdete Zweikreissysteme und höhere Kurzschlussströme verwendet werden, kommt häufig eine Kupferdrahtabschirmung zum Einsatz. In China sind Einkreis-Stromversorgungssysteme mit Lichtbogenlöschspulen und Erdung häufiger, daher wird üblicherweise eine Kupferbandabschirmung verwendet. Kabelhersteller verarbeiten gekaufte Hartkupferbänder vor der Verwendung durch Schlitzen und Glühen, um sie weicher zu machen. Die Weichkupferbänder müssen der Norm GB/T11091-2005 „Kupferbänder für Kabel“ entsprechen.
Die Kupferbandabschirmung sollte aus einer Lage überlappendem Weichkupferband oder zwei Lagen lückengewickeltem Weichkupferband bestehen. Die durchschnittliche Überlappungsrate sollte 15 % der Bandbreite betragen, die Mindestüberlappungsrate nicht weniger als 5 %. Die Nenndicke des Kupferbandes sollte bei einadrigen Kabeln mindestens 0,12 mm und bei mehradrigen Kabeln mindestens 0,10 mm betragen. Die Mindestdicke sollte mindestens 90 % des Nennwerts betragen.
Die Kupferdrahtabschirmung besteht aus locker gewickelten, weichen Kupferdrähten, wobei die Oberfläche durch umgekehrt gewickelte Kupferdrähte oder -bänder gesichert ist. Ihr Widerstand sollte der Norm GB/T3956-2008 „Leiter von Kabeln“ entsprechen, und ihr Nennquerschnitt sollte anhand der Fehlerstromkapazität bestimmt werden.
2. Funktionen von Abschirmschichten und ihre Beziehung zu Spannungswerten
(1) Funktionen der inneren und äußeren Halbleiterabschirmung
Kabelleiter bestehen typischerweise aus mehreren Litzen und verdichteten Drähten. Bei der Extrusion der Isolierung können lokale Lücken, Grate oder Oberflächenunregelmäßigkeiten zwischen der Leiteroberfläche und der Isolierschicht zu einer Konzentration des elektrischen Feldes führen, was zu Teilentladungen und Baumbildungsentladungen führt und die elektrische Leistung beeinträchtigt. Durch die Extrusion einer Schicht aus Halbleitermaterial (Leiterabschirmung) zwischen Leiteroberfläche und Isolierschicht kann eine feste Verbindung mit der Isolierung hergestellt werden. Da die Halbleiterschicht auf dem gleichen Potenzial wie der Leiter liegt, wirken sich die Lücken zwischen ihnen nicht auf elektrische Felder aus, wodurch Teilentladungen verhindert werden.
Ebenso können Lücken zwischen der äußeren Isolationsoberfläche und dem Metallmantel (oder der Metallabschirmung) zu Teilentladungen führen, insbesondere bei höheren Nennspannungen. Durch das Aufbringen einer Schicht aus Halbleitermaterial (Isolationsabschirmung) auf die äußere Isolationsoberfläche bildet sich eine Äquipotentialfläche mit dem Metallmantel. Dadurch werden elektrische Feldeffekte innerhalb der Lücken eliminiert und Teilentladungen verhindert.
(2) Funktionen der Metallabschirmung
Zu den Funktionen der Metallabschirmung gehören: die Ableitung kapazitiver Ströme unter Normalbedingungen, die Ableitung von Kurzschlussströmen (Fehlerströmen), die Begrenzung des elektrischen Felds innerhalb der Isolierung (Reduzierung elektromagnetischer Störungen der Umgebung) und die Gewährleistung gleichmäßiger elektrischer Felder (radiale elektrische Felder). In Dreiphasen-Vierleitersystemen fungiert sie zudem als Neutralleiter, der unsymmetrische Ströme leitet und radiale Abdichtung bietet.
3. Über OW Cable
Als führender Lieferant von Rohstoffen für Drähte und Kabel bietet OW Cable hochwertiges vernetztes Polyethylen (XLPE), Kupferbänder, Kupferdrähte und andere Abschirmmaterialien, die häufig bei der Herstellung von Stromkabeln, Kommunikationskabeln und Spezialkabeln verwendet werden. Unsere Produkte entsprechen internationalen Standards, und wir sind bestrebt, unseren Kunden zuverlässige Kabelabschirmlösungen zu bieten.
Veröffentlichungszeit: 24. März 2025