交联电缆屏蔽层具备显著的抗高压性能,其通过半导电屏蔽层与金属屏蔽层的协同作用,有效均衡电场分布、抑制局部放电,并可承受系统短路电流冲击,满足高压电力传输的稳定运行需求。具体分析如下:
一、半导电屏蔽层的抗高压作用
内半导电屏蔽层
由半导电材料构成,紧贴导体表面,与导体等电位并与绝缘层良好接触。其核心功能是均匀导体表面电场,防止因导体表面不光滑或绞合气隙导致的电场集中,从而避免导体与绝缘层间发生局部放电。对于35kV及以上电缆,内屏蔽层采用交联型材料,通过三层共挤工艺与绝缘层同步挤出,形成“导体屏蔽-绝缘-绝缘屏蔽”的分层结构,进一步提升电场均匀性。外半导电屏蔽层
位于绝缘层表面,与金属护套等电位,避免因绝缘表面裂纹或间隙引发的局部放电。其电阻率通常控制在10³-10⁶Ω·m范围内,确保与绝缘层的紧密接触,防止电场在绝缘层与护套界面集中。
二、金属屏蔽层的抗高压作用
电场屏蔽与电磁干扰抑制
金属屏蔽层(如铜带或铜丝绕包)通过限制电场和磁场干扰,提高电缆的抗干扰能力。在正常运行时,它作为电容电流的通道;系统发生短路时,则作为短路电流的通道,同时屏蔽外部电场对电缆的影响。短路电流承载能力
金属屏蔽层的截面积设计需满足系统短路电流要求。例如,26/35kV及以上电压等级电缆的金属屏蔽层,可能采用疏绕铜丝+反向铜带或铜丝结构,以增强短路电流承载能力。根据IEC 60949标准,屏蔽层短路电流的计算需考虑非绝热因素、温度系数等参数,确保在极端工况下仍能保持结构完整性。
三、结构设计与工艺对抗高压性能的影响
三层共挤工艺
中压交联电缆普遍采用三层共挤技术,即内外半导电屏蔽层与绝缘层同步挤出。该工艺显著提升了绝缘线芯的圆整度及界面光滑度,减少了电场集中风险,从而提高了电缆的耐压水平和使用寿命。金属屏蔽层结构优化
铜带搭盖绕包:需控制搭盖率(不小于铜带宽度的15%)及铜带厚度(单芯电缆≥0.12mm,多芯电缆平均≥0.10mm),以防止接触不良导致的电阻增加。
疏绕铜丝屏蔽:通过反向绕包铜丝或铜带扎紧,减少热膨胀变形和接触电阻,改善运行电缆的电性能和机械性能。
四、材料选择对抗高压性能的保障
半导电屏蔽层材料
以聚乙烯基料混合导电炭黑制成,炭黑的浓度、分散性及细度直接影响屏蔽层的导电性和表面光滑度。例如,炉黑或乙炔炭黑的添加需确保均匀分散,避免因炭黑结块导致电场集中。金属屏蔽层材料
铜带或铝带需具备足够的机械强度和导电性,同时需控制氧化层生成,以防止接触电阻增加。对于疏绕铜丝屏蔽,需选用软铜线并确保表面处理质量,避免损伤绝缘层。
