Warum sollte ein Stromkabel eine Kupferdrahtabschirmung benötigen?

Heute habe ich gesehen, wie 10-Kilovolt-Stromkabel in den Boden eingegraben wurden. Ich bemerkte die Kabelmarkierung und googelte sie. Die Beschreibung ist ziemlich interessant. Es ist ein einadriges Kabel - für eine dreiphasige Leitung sind drei solcher Kabel erforderlich. In der Spezifikation (auf Russisch, daher kann es sein, dass ich die Übersetzung falsch mache) sind die folgenden Komponenten aufgeführt:

• ein Satz Aluminiumdrähte mit einem Gesamtquerschnitt von 240 Quadratmillimetern
• Mehrere Kunststoffschichten umgeben diesen Kabelsatz
• eine "Trennschicht" aus "wasserblockierendem leitendem Klebeband"
• eine Abschirmung aus Kupferdrähten mit einem Gesamtquerschnitt von mindestens 25 Quadratmillimetern
• eine "Trennschicht"
• noch eine Schicht Plastik

Jetzt verstehe ich, dass bei 10 Kilovolt die Isolierung nicht trivial ist - eine Schicht Klebeband reicht nicht aus und das erklärt, warum es so viele Schichten Kunststoff gibt. Außerdem darf das Kabel nicht leicht beschädigt werden, sodass die äußere Schicht erforderlich ist.

Aber was ist der Grund für die Kupferdrahtabschirmung? Welchen Zweck erfüllt es?

TLDR: Die Abschirmung schließt dielektrische Verluste aus und gleicht die Belastung des inneren Dielektrikums aus.

Echtes EE-Zeug unten:

Nicht einverstanden mit den Antworten oben (unten) über den Sicherheitsaspekt. Nein, es dient nicht der Sicherheit. Der dominierende Aspekt bei der Stromverteilung sind Verluste. Wenn ein elektrisches Wechselstromfeld in einem vorhersagbaren Raum enthalten ist, werden verlustbehaftete Dielektrika und Leiter von der Teilnahme an der Energiedissipation (Geld) ausgeschlossen.

Wenn das Kabel nicht abgeschirmt ist, ist für 3 dieser dreiphasigen Leitungen die Umgebungsluft, der Beton und der Boden Teil der Leitung, die als verlustbehaftetes Dielektrikum in einem über mehrere Kilometer gedehnten 100-Mikrofarad-Wechselstromkondensator wirkt und massive dielektrische Verluste aufweist.

Im Extremfall fokussiert ein scharf leitendes Objekt neben dem Kabel potenzielle Gradientenlinien und das Peirce-Dielektrikum. Schild beseitigt diese Art von Stress vollständig. Die gleiche Spannung für ein Feld, das dem Mittelleiter am nächsten liegt, wird durch die Verwendung einer Halbleiterschicht ausgeschlossen.

Das Rätsel ist, warum es ein Kupfer ist. Wenn man rechnet, ist Aluminium oder Eisen möglicherweise nicht so effizient für denselben Aspekt (Uneinheitlichkeit des dielektrischen Verlusts).

Weiter graben: Wenn die Abschirmung nicht gut genug leitend ist, kann der ohmsche Spannungsabfall an der Abschirmung am entfernten Punkt der Leitung (induziert durch einen Null-Windungs-Koax-Transformator + Leitung als Kondensator) Hunderte Volt erreichen und andere Probleme verursachen. Hier haben Sie teilweise Sicherheit und Verluste besser mit Kupfer als mit Aluminium abgedeckt.

Und vielleicht muss die Abschirmung aus den gleichen "Verlustgründen" auch für 3 Kabel in wenigen Mittelpunkten der Leitung geerdet und querverbunden werden, um den induzierten Strom zu reduzieren und den Shiled-Strom-Pfad zu verkürzen, da die 3-Phasen-Trigonometrie einen solchen Vorteil bietet (Vorteil zu erzeugen) virtueller schwimmender Boden auf halber Strecke oder nur realer Boden).

Eine weitere Beobachtung: Wenn es sich um einen russischen Kunden in Moskau handelt, ist der Platz für Leistungstransformatoren in der Stadt wahrscheinlich sehr begrenzt. Daher ist ein solches Kabel wirtschaftlich sinnvoll, wenn eine relativ niedrige Spannung mit sehr hohem Strom aus den Parzellen mit weniger Land geliefert werden muss kosten zu sehr teuren Grundstücken.

Über Zero-Turn-Koaxialkabel: Ein Kraftwerksgenerator in der Ukraine verfügt über 50-kV / 10-kA-Ausgänge, die mit einem massiven Kupferrohr abgeschirmt, an einem Ende geöffnet und am Generatorrahmen geerdet sind. Am offenen Ende beträgt die Spannung ca. 500V. Der Wechselstrom der Röhre ist unbekannt, kann aber nahe Null oder wenigen Ampere liegen. Ohne diese Röhre könnte ein viel höherer Strom, der durch einen offenen 3-Phasen-Kondensator induziert wird, durch Eisenstangen in Gebäudewänden fließen. D / E-Verluste erwärmen auch die Betonwände und schmelzen alles.

Nein, es ist keineswegs trivial, vergrabene Hochspannungskabel sind hochentwickelt und kosten ab 100 € pro Meter. Im Vergleich zu Antennenhochspannungskabeln (> 10 kV), die normalerweise nackt sind (überhaupt keine Isolierung).

Normalerweise besteht die Hochspannungsverkabelung aus:

1. Der Leiter (Kupfer / Aluminium)
2. Eine dünne Isolierschicht.
3. Eine dicke Halbleiterschicht, die für den Fall von Überspannung ausgelegt ist.
4. Eine dünne Isolierschicht.
5. Eine leitende Abschirmung.
6. Viel mehr Isoliermaterial.

Dies ist ein 20-kV-Kabel. Das Foto stammt von meinem Handy, aber Sie haben die Idee. Durchmesser ca. 5cm.

Die Hauptursache für die leitende Abschirmung ist ein Rückführmechanismus im Fehlerfall:

1. Im Falle eines Überspannungsfehlers leitet die Halbleiterabschirmung Strom vom Leiter zur leitenden Abschirmung, die geerdet ist.
2. Im Falle eines versehentlichen Abschneidens der Leitung durch Erdbewegungsmaschinen sollte die leitende Abschirmung (theoretisch) den Leiter vor der Maschine berühren und einen weniger widerstandsfähigen Weg zur Erde bereitstellen.

Tatsächlich verwenden wir den Strom durch die Abschirmung, um auf Überspannungsfehler zu testen. Wenn Stromsensoren am geerdeten Punkt Strom erfassen, lösen sie automatisch Brandschutzmaßnahmen aus. Wenn beispielsweise ein Transformator, der zum Einspeisen von Strom in das Netz verwendet wird, eine Überspannung am Eingang (Niederspannung) empfängt, ist auch der Ausgang eine Überspannung. Die Erkennung von Leckstrom durch die Abschirmung öffnet den Leistungsschalter am Hochspannungsende.

Ich bin sicher, dass es mehrere andere Verwendungszwecke gibt, wie zum Beispiel den mechanischen Schutz der Halbleiterschicht usw.

Die Kupferabschirmung soll im Falle eines Kabelfehlers, bei dem das Kabel abgeschnitten wird, einen bekannten Rückweg bieten. Aber es geht nicht darum, die Person zu schützen, die es durchschneidet; Es soll Probleme mit dem "Berührungspotential" reduzieren, wenn der Strom aus den Aluminiumdrähten kommt, und den einfachsten Weg zurück zur Erde finden, der überall dort, wo er fließt, möglicherweise gefährliche Spannungen induziert. Siehe Erdpotentialanstieg .