高電圧電力ケーブルのシールドはどのように設計されていますか?

高圧電力ケーブル は現代の電気システムに不可欠なコンポーネントであり、電力を長距離にわたって効率的かつ安全に伝送します。これらのケーブルの最も重要な側面の 1 つは、 シールド設計 、これは動作の信頼性と安全性の両方を確保する上で重要な役割を果たします。

シールドの役割を理解する

高電圧電力ケーブルのシールドには、次のような複数の目的があります。

1. 電界制御: 高電圧導体は強い電界を生成します。シールドにより、これらの電界が均一に分散され、絶縁を劣化させたり故障を引き起こす可能性のある局所的な応力が防止されます。
2. 安全性: シールドは電場を封じ込めることで、偶発的な接触のリスクを軽減します。これは作業者や近くの機器にとって特に重要です。
3. 電磁干渉 (EMI) を最小限に抑える: 高電圧電流は電磁場を誘発し、近くの敏感な電子機器に干渉する可能性があります。適切にシールドすると、この問題は軽減されます。
4. 電圧ストレスの軽減: シールドはケーブル内の均一な電圧勾配を維持するのに役立ち、絶縁寿命を延ばし、信頼性を高めます。

本質的に、シールドは保護機能とパフォーマンス向上機能の両方です。

高圧電力ケーブルのシールドの構成要素

高電圧電力ケーブルは複雑な構造であり、シールドは不可欠な層の 1 つです。シールドに関連する主なコンポーネントは次のとおりです。

1. 導体スクリーン:

   • これは導体上に直接適用される半導電性層です。
   • その主な機能は、電界を集中させて絶縁体に応力を与える可能性のある導体表面の鋭いエッジを除去することです。
   • 材料: 通常、押出成形された半導電性ポリマー化合物。

2. 断熱材:

   • それ自体はシールドではありませんが、絶縁層は導体および絶縁スクリーンと連携して機能し、電気的破壊を防ぎます。

3. 断熱スクリーン:

   • この半導電層は絶縁体の上に適用されます。
   • その目的は、絶縁体と金属シールド間の滑らかな界面を確保し、部分放電につながる可能性のある空隙や空隙を防ぐことです。

4. 金属シールド (またはスクリーン):

   • この層は、絶縁体を完全に取り囲む銅線、テープ、または鉛のシースで構成されます。
   • これは、故障電流、接地、および電磁シールドの経路を提供します。
   • 一部の設計では、金属シールドも外部の機械的損傷からケーブルを保護します。

5. 外側シース:

   • 外側のシースは最後の保護層で、湿気、化学物質、機械的衝撃などの環境要因から金属スクリーンを保護します。

高圧電力ケーブルのシールドの種類

シールドは、電圧レベル、ケーブルの用途、設置環境によって異なります。主な種類には次のようなものがあります。

1. 同心ニュートラル (またはワイヤーシールド)

• 銅線は絶縁体または導体の周りに螺旋状に巻き付けられます。
• 優れた接地を提供し、標準コネクタで簡単に終端できます。
• 産業用およびユーティリティ用途の中電圧および高電圧の電力ケーブルによく使用されます。

2. テープシールド

• 薄い金属テープ（通常は銅またはアルミニウム）が絶縁体の周囲に螺旋状または縦方向に巻き付けられます。
• 均一なカバレッジを提供し、故障電流のインピーダンスを低減します。
• 絶縁体との滑らかなインターフェースにより、高圧および特別高圧ケーブルで一般的です。

3. 鉛シースシールド

• 鉛の層は、電気シールドと湿気保護の両方のために適用される場合があります。
• 主に環境保護が重要な地下または海底の高電圧ケーブルで使用されます。
• 鉛シールドは耐久性に優れていますが、銅ベースのシールドよりも重く、柔軟性に欠けます。

4. 半導電性シールド付き架橋ポリエチレン (XLPE)

• 最近の高電圧ケーブルでは、XLPE 絶縁体と半導電性シールドを組み合わせて使用することがよくあります。
• 半導電層は、均一な電圧ストレス分布を提供しながら、部分放電のリスクを軽減します。
• 軽量で高圧地下用途に適しています。

シールドに関する設計上の考慮事項

高電圧電力ケーブルのシールドを設計するには、電気的、機械的、環境的要因を慎重に考慮する必要があります。

1. 電圧レベル

• 電圧が高くなるほど、シールドの重要性が高まります。
• 高電圧アプリケーションでは、絶縁破壊を防ぐために電界を正確に制御する必要があります。

2. 電流容量

• シールドは故障電流に安全に対応する必要があります。
• 設計者は、予想される最大故障電流を過熱することなく処理するために必要な金属シールドの断面積を計算します。

3. 環境条件

• 地下ケーブルは、湿気、土壌化学物質、または機械的圧力にさらされる可能性があります。
• 海底ケーブルには防水シールドと耐腐食性の材料が必要です。

4. 電磁両立性 (EMC)

• 高圧電力ケーブル 重大な電磁場を生成する可能性があります。
• シールド設計は、干渉を軽減するために敏感な機器への近接を考慮しています。

5. 柔軟性と設置性

• ケーブルは角で曲げたり、導管を通過したりする必要がある場合があります。
• シールドは、曲げ応力下でも電気的および機械的完全性を維持する必要があります。

6. 熱に関する考慮事項

• シールドは導体から熱を伝導します。
• 適切な熱設計により、絶縁体の寿命が保証され、通常状態または障害状態での過熱が防止されます。

シールド性能試験

シールドが意図したとおりに機能することを確認することは、安全で信頼性の高い操作にとって非常に重要です。一般的なテストには次のものが含まれます。

1. 部分放電試験

   • 絶縁層とシールド層の間のボイド、欠陥、またはギャップを検出します。

2. 耐電圧試験

   • 高電圧を印加して、絶縁体とシールドが動作電圧を安全に処理できることを確認します。