Экранированный высоковольтный силовой кабель что это

Каждое кабельное изделие одновременно излучает электрические помехи во внешнее пространство и принимает аналогичные сигналы от «соседей»-кабелей и из других источников. В этом не было бы проблемы, если бы работа некоторых групп кабельных линий не требовала предельной чистоты и точности передачи, например, информационных потоков. Оптимальное решение — использовать кабеля с защитным экраном.

Электромагнитные помехи (EMI) — неизбежный «резидент» современного мира. В той или иной мере EMI-шумы присутствуют везде, особенно в производственных помещениях или больших сооружениях. По сути, это побочные излучения или наводки по энерголиниям. Когда включается мощный потребитель электроэнергии, работает большой трансформатор, индукционные нагреватель, использующее высокие частоты устройство, уровень электрозашумленности наиболее высок. Обычный изоляционный слой и внешние оболочки легко пропускают такие виды излучения. Поэтому для защиты от EMI-помех разработаны экранированные кабели

Описание и функциональные особенности кабеля с экраном

Конструкция экранированного кабеля

Экран — это специальная дополнительная защитная оболочка кабельного изделия, основная функция которой заключается в защите своего электромагнитного поля от посторонних излучений, нарушающих паспортную работоспособность, а также в препятствовании распространения собственных EMI-помех наружу. Формально, будучи дополнительным кабельным покровом, экран решает и некоторые другие задачи:

повышает механическую устойчивость изоляции
противостоит влиянию внешних агрессивных факторов;
заземляет электролини;
при муфтовом исполнении уменьшает вероятность появления потенциальных электрозарядов на внешних поверхностях кабелей.

Для того, чтобы сразу же определить наличие экрана в кабельном изделии, в его маркировку введена литера «Э» (ВВГЭ, КГЭ, КПСЭ и т.п.).

Конструкция и фактическое материальное исполнение экрана определяются расчетным путем, исходя из технических параметров и планируемой среды функционирования кабельных изделий. Приведем пример: для электролиний с рабочими токами до 50 А достаточно экранировать проводники алюминиевой или медной лентой небольшой толщины. Для более мощных сетей придется изготовить экранирующую оболочку уже из медной проволоки. На линиях электропередач со средними токами могут применяться комбинированные экраны: проволочная оплетка и ленты из меди. Когда необходимо выровнять электрическое поле в кабельной линии, через экраны должен проходить электроток.

Обобщим: для производства экранов применяется особая бумага, проводящая электроток, фольга, проволоки или ленты из меди или алюминия, в том числе немагнитные

Различают 2 основных типа экранирования:

общий — экранная защита располагается вокруг проводников или сердечника и нивелирует внешние EMI-помехи для кабеля в целом;
индивидуальный — экранируется каждая жила или пара, что убирает электрозашумленность внутри самого кабельного изделия.

Во многих марках кабелей одновременно используются оба типа экранов.

Классификация экранированных кабелей

Силовые кабели с экраном

Экранная защита может применяться для любых разновидностей электролиний, как с низкими напряжениями 0,66/1 кВ, так и со средним и высокими 6-110+ кВ. Главная задача экранов силовых кабелей, особенно высоковольтных, — не давать неизбежно возникающим электроволнам и полям воздействовать на людей и окружающее пространство. Конструкция ВВГЭ, КГВЭВ, (А)ПвП и других силовых марок включает экраны смешанного типа:

общий — медно-проволочная оплетка или спираль-лента из меди/алюминия;

индивидуальный — по жиле или изоляционному слою, из токопроводящей бумаги или полимерной ленты.

Комбинированные кабеля с экраном

В изделиях этого типа в одной наружной оболочке присутствуют силовые и информационно-управленческие проводники. Высокое напряжение основных электропроводников, 6 и больше кВ, не должно искажать передачу сигналов по вспомогательным жилам (380 В). Именно поэтому кабельные изделия подобных марок всегда оснащаются экранами.

В марках КГЭУ, КГПЭУ, КГпЭП в качестве экранного материала использована специальная резина, которая является проводником электротока, или лента из алюмолавсана с меднопроволочной оплеткой. В данных изделиях экранируется каждая фаза-проводник. Гибкие экранированные марки типа КГпЭ удобно использовать в работе подвижных электромеханизмов, устройств и тяжелой техники, такой как краны и экскаваторы.

Контрольные кабеля с экраном

Информационный обмен, передача управленческих сигналов на приборы и прочие устройства, доступ к которым может быть непростым или отсутствовать — функциональная специфика контрольных кабельных изделий требует их надежной защищенности от влияния EMI-помех. Потому экраны марок (А)КВВГЭ выполнены в виде намотанной фольгированной меди или алюминия с обязательным перекрытием, что гарантирует целостность экранной защиты на паспортных радиусах изгибания. Для усиления конструкции вдоль экрана присутствует проволока из меди.

Достижение большего показателя гибкости, важного при подвижной прокладке, без потери экранирующих свойств в марке КГВЭВ достигается использованием оплетки из меди.

В некоторых разновидностях контрольных кабелей для экранирования применяются ленты из меди, алюминия и алюмополимеров.

Сигнальные кабельные изделия с экраном

Охранная, измерительная, пожарная аппаратура и другие виды устройств, работающие на малых токах, обычно имеют в своем составе сигнальные кабели. Через них передаются важные массивы данных, которые не могут быть искажены или утеряны, а потому должны защищаться от электропомех.

Для примера можно привести марку КПСЭнг-FRLS (FRHF). Ее предназначение — немедленно передавать информацию от дымовых датчиков или других элементов комплексов оповещения и эвакуации людей. Конструкция таких проводников обязана обеспечивать работоспособность системы во время пожара, выделять минимум вредных веществ при горении. Поэтому изоляционный слой таких кабелей выполнен из материалов на кремниевой основе, а экраны — из ленточного алюмолавсана.

Кабеля связи, передачи данных и управления с экраном

В эту большую группу кабелей входят изделия, для которых особенно важно быть нечувствительными к EMI-помехам. Качество связи, в том числе интернет-соединения, работа тонких приборов и опасных механизмов напрямую зависит от точности и своевременности передаваемых сигналов. Ниже приводим небольшой обзор некоторых марок.

ТППШв — телефонный кабель, который довольно популярен при монтаже локальных сетей телефонии и телемеханики. Его задача состоит в передаче частотно-модулированных сигналов в широком или фазоимпульсном режиме (до 2 МГц). Защита от электрошумов — фольгированный экран из алюмополиэтилена.

РВШЭ — распределительный электрокабель, используемый в системах, аппаратуре и приборах, которые отвечают за звук, радио, а также телефонию. В качестве шумозащитного экрана в этой марке использованы проволоки из твердой меди.

КИПЭВБВ, КИПЭВ, КИПЭП и другие марки этой группы отвечают за обмен дата-данными на высоких скоростях посредством интерфейса RS-485. Сфера их применения — системы контроля и агрегации информ-потоков в сооружениях инженерного назначения, сети объектов, отвечающие стандартам ИСО/МЭК 8482 (TIA/EIA-485-A). Экранная защита данных марок представляет собой ленты из алюмолавсана или оплетку из луженой меди, может присутствовать дренажный электропроводник.

Витая пара с экраном

Особенно надежный экран требуется для интернет-кабелей, которые зачастую смонтированы вблизи с линиями электропередач или бытовой проводкой.

Экранирование пар в классе FTP-кабелей реализовано через фольгирование изделия в целом (общий экран). Витые пары типа STP (S/UTP) оснащены индивидуальными экранами из фольги с общей для всего изделия медной оплеткой. Разновидность оптик-кабелей с маркировкой S/FTP также имеет экран-фольгу для каждой пары, а общая защита от электрошумов выполнена в виде сплетенной тонкой проволоки из меди. Наиболее солидное и надежное экранирование имеет класс витых пар SF/UTP: двойное блокирование EMI-помех наружными экранами из фольгированного материала и медного экрана-оплетки. Это позволяет проводить прокладывание SF/UTP даже вблизи высоковольтных ЛЭП.

Нужен кабель с экраном?
Выбирайте из 1000 вариантов в нашем каталоге!

Источник

Экранирование в электрических сетях

Для защиты электротехнического оборудования от помех и прочих электромагнитных влияний достаточно эффективной мерой является экранирование. Согласно ГОСТ 30372-95, экранированием называется способ ослабления электромагнитной помехи с помощью экрана, имеющего высокую электрическую и (или) магнитную проводимость.

Физика экранирования

В электроэнергетике используются частоты 50 или 60 Гц. Гармоники от них можно принимать во внимание в диапазоне примерно до 1,5 кГц, если речь идет о воздействии на силовое оборудование (о средствах связи будет сказано отдельно). Спектр молнии очень широкий, помехи для радиосвязи наблюдаются вплоть до частоты 30 МГц. Тем не менее, пик спектра удара молнии находится в районе 500 Гц.

На низких частотах пригодна модель, предложенная еще Фарадеем. Внешнее электрическое поле вызывает поляризацию в толще экрана. В результате на поверхности внутри экрана находятся электрические заряды, противоположные по знаку зарядам на внешней поверхности. В итоге поле от этих зарядов компенсирует внешнее электрическое поле.

Экранирование от магнитного поля низкой частоты обусловлено тем, что, при коэффициенте магнитной проницаемости материала экрана много большим 1 и достаточной толщине конструкции силовые линии магнитного поля проходят по экрану, не попадая в пространство, заключенное внутри него.

Совсем не обязательно, чтобы экран был выполнен из сплошного листа без отверстий. В экране могут быть отверстия. Мало того, он может представлять собой клетку из электропроводящего материала. Такой вариант экрана называется «клетка Фарадея». Но при этом должно соблюдаться условие: линейные размеры отверстий или шаг между прутьями сетки по линейным размерам меньше (в идеале — много меньше) длины волны излучения, от которого производится экранирование. Также важен хороший электрический контакт (в идеале — сварка) между прутьями клетки.

Согласно ГОСТ Р 51317.1.2-2007 (МЭК 61000-1-2:2001) «Совместимость технических средств электромагнитная. Методология обеспечения функциональной безопасности технических средств в отношении электромагнитных помех» под низкими частотами применительно к экранированию подразумеваются частоты ниже 9 кГц.

На частотах выше 9 кГц при рассмотрении явления экранирования используется иная модель. Если предельно упростить процессы для облегчения понимания, то экран на высоких частотах работает следующим образом. Под действием внешнего излучения в экране возникают вихревые токи. Эти токи создают электромагнитное поле, компенсирующее внешнее воздействие.

Экранированные кабели

Некоторые типы силовых кабелей имеют экран. Чаще всего это экран представляет собой металлическую ленту, которой обмотана изоляция токопроводящих жил. Также встречаются варианты экрана из толстой проволоки и комбинация толстой проволоки и металлической ленты. Известны конструкции кабелей с экранами из токопроводящей бумаги и токопроводящей резины. Очень редко можно встретить силовые кабели с экраном, представляющим собой оплетку из тонкой проволоки, хотя для сигнальных кабелей такая конструкция весьма распространена.

Сечение экранированного силового кабеля для прокладки под землей в траншее

Экранирование кабелей применяется в следующих основных случаях:

Кабели на напряжение свыше 2 кВ, проложенные в земле или в воде, а также проходящие в непосредственной близости от металлических конструкций. Наличие экрана предотвращает возникновение коронных разрядов между токопроводящими жилами и почвой (водой, металлическими конструкциями). Такие разряды приводят к разрушению изоляции кабеля.
Рядом с силовым кабелем проходят сигнальные кабели, чувствительные к наводкам. Это требование закреплено в ПУЭ-7, п. 3.4.11
Кабели, соединяющие частотно-регулируемый привод с мотором. Это связано с тем, что энергия по такому кабелю передается на частотах порядка десятков кГц.

Силовые кабели, прокладываемые в земле и в воде, также часто имеют металлическую броню. Эта броня предназначена для механической защиты кабеля, тем не менее, она обладает экранирующими свойствами. Согласно ПУЭ-7, п. 3.4.11, наличие брони или металлической оболочки обязательно для кабеля, соединяющего вторичную обмотку трансформатора на напряжение 110 кВ и выше, со щитом.

Экранированные токопроводы

На объектах генерации и высоковольтных подстанциях нашли свое применение комплектные пофазно-экранированные токопроводы. В них токопровод каждой фазы заключен в замкнутый непрерывный экран. При этом экран может быть герметичным, при больших напряжениях в него закачивают элегаз. Экраны подключают в одной точке к контуру заземления объекта.

Главные функции, которые выполняют пофазно-экранированные токоотводы — уменьшение взаимодействия между проводниками при внешних коротких замыканиях, а также устранение нагрева индуцированными токами расположенных поблизости конструкций из металла и железобетона. Другие важные функции экрана — защита токопровода от пыли и влаги, повышение безопасности эксплуатации и обслуживания.

Требования СО 153-34.21.122-2003

Вопросы экранирования с целью защиты от вторичного воздействия молнии рассмотрены в СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». Этот документ рекомендует использовать, при наличии такой возможности, в качестве экрана металлическую арматуру здания.

Арматура железобетонного здания обладает свойством экранирования

При электрическом соединении элементов арматуры друг с другом объекта получается «клетка Фарадея». Она защищает от электромагнитных воздействий удара молнии оборудование внутри здания. Арматура, согласно инструкции, должна быть соединена с системой молниезащиты здания.

В том случае, когда внутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон. При прокладке кабелей между зданиями, если экран кабеля выдерживает ток молнии, дополнительное внешнее экранирование не требуется. Иначе для защиты кабеля рекомендуется размещать его в металлической трубе или экранированном коробе. Внешний экран или собственный экран кабеля на обоих концах соединяют электрически с общими заземляющими шинами зданий.

Экранирование для защиты оборудования и персонала

На понизительных станциях и открытых распределительных устройствах, находящихся под напряжением 300 кВ и выше, уровень электромагнитного излучения от оборудования опасен для обслуживающего персонала. В связи с этим применяются защитные меры в виде металлических сеток, магнитных экранов из материалов с высокой магнитной проницаемостью и т. п. Соответствующие рекомендации приведены в п. 4.2 ПУЭ-7.

В современной электроэнергетике широко применяются разнообразные устройства связи. В частности, цифровизация энергетики без них невозможна.

Электроэнергетическое оборудование и линии электропередач является источником широкополосных помех. Для нормальной работы систем связи, установленных на подстанциях, необходимо обеспечить надежное экранирование слаботочного оборудования. С этой целью аппаратуру связи устанавливают в металлические шкафы, подключенные к общему контуру заземления объекта. Поскольку на работу средств связи могут оказывать влияние даже помехи с длиной волны порядка нескольких сантиметров, конструкция шкафа не должна иметь в себе крупных отверстий. При необходимости контролировать работу оборудования связи через смотровое окно, применяется экранирование окна токопроводящей сеткой, либо установка в окно токопроводящего стекла. Указанные элементы должны иметь электрическое соединение со шкафом.

Экранирование средств связи в электроэнергетике регламентируется семейством стандартов ГОСТ МЭК 6100, а также стандартами организаций. Данное экранирование должно защищать аппаратуру связи от составляющих спектра выше 9 кГц, т. е. относится к категории высокочастотного экранирования. Для высоких частот металлический экран может быть тонким, но важна его высокая проводимость.

Источник