Полупроводящий слой кабеля (также известный как полупроводящий экран) представляет собой критически важный барьер для выравнивания электрического поля, располагающийся между металлическими компонентами и основной изоляцией. В кабелях среднего, высокого и сверхвысокого напряжения наносятся два отдельных слоя методом трехслойной соэкструзии: экран по жиле (внутренний полупроводник) и экран по изоляции (внешний полупроводник).
Обычно изготавливаемые из полиэтиленовой основы с высоким содержанием электропроводящей сажи (углеродного сажевого наполнителя), эти слои обладают промежуточным удельным электрическим сопротивлением 10¹ ～ 10⁴ Ω·cm. Их основная функция — устранение локальных концентраций напряженности электрического поля, вызываемых воздушными зазорами и неровностями на скрученных токопроводящих жилах или металлической броне, обеспечивая идеально равномерный радиальный градиент электрического поля по всей толщине диэлектрика из сшитого полиэтилена (XLPE / СПЭ).
Матрица технических параметров: внутренний и внешний полупроводящие слои
Физическое расположение и требования к эксплуатационным характеристикам для обоих полупроводящих экранов, определенные стандартами, такими как IEC 60502-2, приведены в таблице ниже:
| Технический параметр | Экран по жиле (Внутренний полупроводник) | Экран по изоляции (Внешний полупроводник) |
| Физическое расположение | Между скрученной жилой и изоляцией из XLPE. | Между изоляцией из XLPE и металлическим экраном / медной лентой. |
| Основная электрическая функция | Устраняет концентрацию поля от отдельных проволок жилы. | Устраняет концентрацию поля от складчатости экрана; поддерживает потенциал заземления. |
| Базовый материал | XLPE/CPE с наполнителем из высокочистой сажи. | Легкосъемный (требующий холодной разделки) или полностью приплавленный полупроводящий состав. |
| Удельное объемное сопротивление при 20 °C | ≤ 500 Ω・cm (стандартный предел) | ≤ 500 Ω・cm (стандартный предел) |
| Удельное объемное сопротивление при 90 °C | ≤ 1000 Ω·cm (в нагретом состоянии) | ≤ 1000 Ω·cm (в нагретом состоянии) |
| Требование к гладкости поверхности | Микроскопические выступы < 15 | Микроскопические выступы < 15 μm |
Инженерная физика: почему полупроводящий слой незаменим
Эффект клетки Фарадея и сглаживание границ
Если высоковольтная скрученная жила напрямую окружена чистым диэлектриком, таким как XLPE, спиральный геометрический профиль наружных проволок жилы создает сильные искажения силовых линий электрического поля. В воздушных зазорах, зажатых во впадинах между проволоками, возникают огромные локальные градиенты напряжения из-за несоответствия диэлектрической проницаемости (εᵣ = 1 для воздуха против εᵣ = 2.3 для XLPE). Это приводит к мгновенной ионизации воздуха, запуская локальные частичные разряды и разрушительный электрический триинг.
Размещение внутреннего полупроводящего слоя непосредственно поверх проволок позволяет материалу проникать во впадины и полностью капсулировать жилу. Поскольку он проводит электричество (хотя и с высоким сопротивлением по сравнению с медью), внешняя граница этого слоя становится эквипотенциальной поверхностью. Он работает как микроскопическая клетка Фарадея, сглаживая радиальные силовые линии электрического поля в идеально концентрическую и равномерную структуру в соответствии с законом Гаусса для коаксиальных конфигураций:
E = V / (r · ln(Ro / Ri))
Где эффективный внутренний радиус (Rᵢ) плавно увеличивается до внешнего периметра внутреннего полупроводящего экрана, полностью устраняя любые резкие геометрические колебания поля.ariations.
