પાવર કેબલ શિલ્ડિંગ સ્તરોની રચના અને સામગ્રી

વાયર અને કેબલ ઉત્પાદનોમાં વપરાતા શિલ્ડિંગમાં બે સંપૂર્ણપણે અલગ ખ્યાલો છે: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શિલ્ડિંગ અને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ શિલ્ડિંગ. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શિલ્ડિંગ ઉચ્ચ-આવર્તન સિગ્નલો (જેમ કે RF કેબલ્સ અને ઇલેક્ટ્રોનિક કેબલ્સ) પ્રસારિત કરતા કેબલ્સને બાહ્ય દખલગીરીથી રોકવા અથવા નબળા પ્રવાહો (જેમ કે સિગ્નલ અથવા માપન કેબલ્સ) પ્રસારિત કરતા કેબલ્સમાં દખલ કરતા બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને અવરોધિત કરવા માટે રચાયેલ છે, તેમજ વાયર વચ્ચે ક્રોસસ્ટોક ઘટાડવા માટે. ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ શિલ્ડિંગ વાહક સપાટી પર અથવા મધ્યમ અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પાવર કેબલ્સની ઇન્સ્યુલેશન સપાટી પર મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રને સંતુલિત કરવા માટે રચાયેલ છે.

૧. ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ શિલ્ડિંગ લેયર્સની રચના અને જરૂરિયાતો

પાવર કેબલ્સના શિલ્ડિંગમાં કંડક્ટર શિલ્ડિંગ, ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગ અને મેટાલિક શિલ્ડિંગનો સમાવેશ થાય છે. સંબંધિત ધોરણો અનુસાર, 0.6/1kV કરતા વધારે રેટેડ વોલ્ટેજ ધરાવતા કેબલ્સમાં મેટાલિક શિલ્ડિંગ લેયર હોવું જોઈએ, જે દરેક ઇન્સ્યુલેટેડ કોર અથવા મલ્ટી-કોર સ્ટ્રેન્ડેડ કેબલ કોર પર લાગુ કરી શકાય છે. 3.6/6kV કરતા ઓછા ન હોય તેવા રેટેડ વોલ્ટેજવાળા XLPE-ઇન્સ્યુલેટેડ કેબલ્સ અને 3.6/6kV કરતા ઓછા ન હોય તેવા રેટેડ વોલ્ટેજવાળા EPR પાતળા-ઇન્સ્યુલેટેડ કેબલ્સ (અથવા 6/10kV કરતા ઓછા ન હોય તેવા રેટેડ વોલ્ટેજવાળા જાડા-ઇન્સ્યુલેટેડ કેબલ્સ) માટે, આંતરિક અને બાહ્ય અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ પણ જરૂરી છે.

(૧) કંડક્ટર શિલ્ડિંગ અને ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગ

કંડક્ટર શિલ્ડિંગ (આંતરિક અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ) બિન-ધાતુનું હોવું જોઈએ, જેમાં બહાર કાઢેલ અર્ધ-વાહક સામગ્રી અથવા વાહકની આસપાસ વીંટાળેલ અર્ધ-વાહક ટેપ અને ત્યારબાદ બહાર કાઢેલ અર્ધ-વાહક સ્તર હોવું જોઈએ.

ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગ (બાહ્ય અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ) એ એક બિન-ધાતુ અર્ધ-વાહક સ્તર છે જે દરેક ઇન્સ્યુલેટેડ કોરની બાહ્ય સપાટી પર સીધું બહાર કાઢવામાં આવે છે, જે કાં તો ઇન્સ્યુલેશન સાથે ચુસ્ત રીતે બંધાયેલ હોઈ શકે છે અથવા તેમાંથી છાલ કાઢી શકાય છે. બહાર કાઢેલા આંતરિક અને બાહ્ય અર્ધ-વાહક સ્તરો ઇન્સ્યુલેશન સાથે ચુસ્ત રીતે બંધાયેલા હોવા જોઈએ, સરળ ઇન્ટરફેસ સાથે, કોઈ સ્પષ્ટ સ્ટ્રેન્ડ નિશાનો નહીં, અને કોઈ તીક્ષ્ણ ધાર, કણો, સળગતા નિશાનો અથવા સ્ક્રેચમુદ્દે નહીં. વૃદ્ધત્વ પહેલાં અને પછી પ્રતિકારકતા કંડક્ટર શિલ્ડિંગ સ્તર માટે 1000 Ω·m અને ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગ સ્તર માટે 500 Ω·m થી વધુ ન હોવી જોઈએ.

આંતરિક અને બાહ્ય અર્ધ-વાહક કવચ સામગ્રી અનુરૂપ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી (જેમ કે ક્રોસ-લિંક્ડ પોલિઇથિલિન, ઇથિલિન-પ્રોપીલીન રબર, વગેરે) ને કાર્બન બ્લેક, એન્ટીઑકિસડન્ટ્સ, ઇથિલિન-વિનાઇલ એસિટેટ કોપોલિમર અને અન્ય ઉમેરણો સાથે મિશ્ર કરીને બનાવવામાં આવે છે. કાર્બન બ્લેક કણો પોલિમરની અંદર એકસરખી રીતે વિખેરાયેલા હોવા જોઈએ, એકત્રીકરણ અથવા નબળા વિક્ષેપ વિના.

વોલ્ટેજ સ્તર સાથે આંતરિક અને બાહ્ય અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ સ્તરોની જાડાઈ વધે છે. કારણ કે ઇન્સ્યુલેશન સ્તર પર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ અંદર વધારે અને બહાર ઓછી હોય છે, તેથી અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ સ્તરોની જાડાઈ પણ બહાર કરતાં અંદર વધારે હોવી જોઈએ. ભૂતકાળમાં, નબળા સૅગ કંટ્રોલ અથવા વધુ પડતા કઠણ કોપર ટેપને કારણે થતા પંચરને કારણે સ્ક્રેચમુદ્દે અટકાવવા માટે બાહ્ય અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગને આંતરિક કરતાં થોડું જાડું બનાવવામાં આવતું હતું. હવે, ઑનલાઇન ઓટોમેટિક સૅગ મોનિટરિંગ અને એનિલ્ડ સોફ્ટ કોપર ટેપ સાથે, આંતરિક અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ સ્તરને બાહ્ય સ્તર જેટલું જાડું અથવા સમાન બનાવવું જોઈએ. 6-10-35 kV કેબલ માટે, આંતરિક સ્તરની જાડાઈ સામાન્ય રીતે 0.5-0.6-0.8 mm હોય છે.

(2) મેટાલિક શિલ્ડિંગ

0.6/1kV કરતા વધારે રેટેડ વોલ્ટેજ ધરાવતા કેબલ્સમાં મેટાલિક શિલ્ડિંગ લેયર હોવું જોઈએ. મેટાલિક શિલ્ડિંગ લેયર દરેક ઇન્સ્યુલેટેડ કોર અથવા કેબલ કોર પર લગાવવું જોઈએ. મેટાલિક શિલ્ડિંગમાં એક અથવા વધુ મેટલ ટેપ, મેટલ વેણી, મેટલ વાયરના કોન્સેન્ટ્રિક સ્તરો, અથવા મેટલ વાયર અને મેટલ ટેપનું મિશ્રણ હોવું જોઈએ.

યુરોપ અને અન્ય વિકસિત દેશોમાં, ઉચ્ચ શોર્ટ-સર્કિટ કરંટ સાથે પ્રતિકાર-ગ્રાઉન્ડેડ ડબલ-સર્કિટ સિસ્ટમ્સના ઉપયોગને કારણે, કોપર વાયર શિલ્ડિંગનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે થાય છે. કેટલાક ઉત્પાદકો કેબલ વ્યાસ ઘટાડવા માટે કોપર વાયરને સેપરેશન શીથ અથવા બાહ્ય આવરણમાં એમ્બેડ કરે છે. ચીનમાં, પ્રતિકાર-ગ્રાઉન્ડેડ ડબલ-સર્કિટ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરતા કેટલાક મુખ્ય પ્રોજેક્ટ્સ સિવાય, મોટાભાગની સિસ્ટમો આર્ક-સપ્રેસન કોઇલ-ગ્રાઉન્ડેડ સિંગલ-સર્કિટ પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરે છે, જે શોર્ટ-સર્કિટ કરંટને ન્યૂનતમ સુધી મર્યાદિત કરે છે, તેથી કોપર ટેપ શિલ્ડિંગનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. કેબલ ફેક્ટરીઓ ઉપયોગ કરતા પહેલા ચોક્કસ લંબાઈ અને તાણ શક્તિ (ખૂબ સખત ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગ લેયરને ખંજવાળશે, ખૂબ નરમ કરચલીઓ પડશે) પ્રાપ્ત કરવા માટે સ્લિટિંગ અને એનિલિંગ દ્વારા ખરીદેલી હાર્ડ કોપર ટેપ પર પ્રક્રિયા કરે છે. સોફ્ટ કોપર ટેપ કેબલ માટે GB/T11091-2005 કોપર ટેપનું પાલન કરતી હોવી જોઈએ.

કોપર ટેપ શિલ્ડિંગમાં ઓવરલેપ્ડ સોફ્ટ કોપર ટેપનો એક સ્તર અથવા ગેપ સાથે હેલિકલી રેપ્ડ સોફ્ટ કોપર ટેપના બે સ્તરો હોવા જોઈએ. કોપર ટેપનો સરેરાશ ઓવરલેપ દર તેની પહોળાઈ (નોમિનલ વેલ્યુ) ના 15% હોવો જોઈએ, અને ન્યૂનતમ ઓવરલેપ દર 5% કરતા ઓછો ન હોવો જોઈએ. સિંગલ-કોર કેબલ માટે કોપર ટેપની નજીવી જાડાઈ ઓછામાં ઓછી 0.12 મીમી અને મલ્ટી-કોર કેબલ માટે ઓછામાં ઓછી 0.10 મીમી હોવી જોઈએ. કોપર ટેપની ન્યૂનતમ જાડાઈ નજીવી મૂલ્યના 90% કરતા ઓછી ન હોવી જોઈએ. ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગના બાહ્ય વ્યાસ (≤25 મીમી અથવા >25 મીમી) પર આધાર રાખીને, કોપર ટેપની પહોળાઈ સામાન્ય રીતે 30-35 મીમી હોય છે.

કોપર વાયર શિલ્ડિંગ હેલિકલી ઘાવાળા સોફ્ટ કોપર વાયરથી બનેલું હોય છે, જે કોપર વાયર અથવા કોપર ટેપના કાઉન્ટર-હેલિકલ રેપિંગથી સુરક્ષિત હોય છે. તેનો પ્રતિકાર GB/T3956-2008 કેબલ્સના કંડક્ટરની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે, અને તેનો નજીવો ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર ફોલ્ટ કરંટ ક્ષમતા અનુસાર નક્કી થવો જોઈએ. કોપર વાયર શિલ્ડિંગ ત્રણ-કોર કેબલના આંતરિક આવરણ પર અથવા સીધા ઇન્સ્યુલેશન, બાહ્ય અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગ સ્તર અથવા સિંગલ-કોર કેબલના યોગ્ય આંતરિક આવરણ પર લાગુ કરી શકાય છે. નજીકના કોપર વાયર વચ્ચેનો સરેરાશ ગેપ 4 મીમીથી વધુ ન હોવો જોઈએ. સરેરાશ ગેપ G ની ગણતરી સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે:

ક્યાં:
ડી – કોપર વાયર શિલ્ડિંગ હેઠળ કેબલ કોરનો વ્યાસ, મીમીમાં;
d – કોપર વાયરનો વ્યાસ, મીમીમાં;
n – તાંબાના વાયરની સંખ્યા.

2. શિલ્ડિંગ લેયર્સની ભૂમિકા અને વોલ્ટેજ લેવલ સાથે તેમનો સંબંધ

(1) આંતરિક અને બાહ્ય અર્ધ-વાહક શિલ્ડિંગની ભૂમિકા
કેબલ કંડક્ટર સામાન્ય રીતે બહુવિધ સ્ટ્રેન્ડેડ વાયરથી કોમ્પેક્ટેડ હોય છે. ઇન્સ્યુલેશન એક્સટ્રુઝન દરમિયાન, કંડક્ટર સપાટી અને ઇન્સ્યુલેશન સ્તર વચ્ચે ગાબડા, બર અને અન્ય સપાટી અનિયમિતતાઓ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સાંદ્રતા થાય છે, જેના કારણે સ્થાનિક એર ગેપ ડિસ્ચાર્જ અને ટ્રીઇંગ ડિસ્ચાર્જ થાય છે, અને ડાઇલેક્ટ્રિક કામગીરીમાં ઘટાડો થાય છે. કંડક્ટર સપાટી પર અર્ધ-વાહક સામગ્રી (કંડક્ટર શિલ્ડિંગ) ના સ્તરને બહાર કાઢીને, તે ઇન્સ્યુલેશન સાથે ચુસ્ત સંપર્ક સુનિશ્ચિત કરે છે. કારણ કે અર્ધ-વાહક સ્તર અને વાહક સમાન સંભવિતતા પર હોય છે, જો તેમની વચ્ચે ગાબડા હોય તો પણ, કોઈ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ ક્રિયા થશે નહીં, જેનાથી આંશિક ડિસ્ચાર્જ અટકાવી શકાય છે.

તેવી જ રીતે, બાહ્ય ઇન્સ્યુલેશન સપાટી અને ધાતુના આવરણ (અથવા ધાતુના શિલ્ડિંગ) વચ્ચે ગાબડા હોય છે, અને વોલ્ટેજ સ્તર જેટલું ઊંચું હશે, હવાના અંતરનું વિસર્જન થવાની શક્યતા વધુ હશે. બાહ્ય ઇન્સ્યુલેશન સપાટી પર અર્ધ-વાહક સ્તર (ઇન્સ્યુલેશન શિલ્ડિંગ) બહાર કાઢીને, ધાતુના આવરણ સાથે બાહ્ય સમતુલા સપાટી બનાવવામાં આવે છે, જે ગાબડામાં રહેલા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોને દૂર કરે છે અને આંશિક વિસર્જનને અટકાવે છે.

(2) મેટાલિક શિલ્ડિંગની ભૂમિકા

મેટાલિક શિલ્ડિંગના કાર્યોમાં શામેલ છે: સામાન્ય સ્થિતિમાં કેપેસિટીવ પ્રવાહ વહન કરવું, ખામી દરમિયાન શોર્ટ-સર્કિટ પ્રવાહ માટે માર્ગ તરીકે સેવા આપવી; ઇન્સ્યુલેશનની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રને મર્યાદિત કરવું (બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હસ્તક્ષેપ ઘટાડવો) અને એકસમાન રેડિયલ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર સુનિશ્ચિત કરવું; અસંતુલિત પ્રવાહ વહન કરવા માટે ત્રણ-તબક્કાના ચાર-વાયર સિસ્ટમોમાં તટસ્થ રેખા તરીકે કાર્ય કરવું; અને રેડિયલ પાણી-અવરોધક સુરક્ષા પૂરી પાડવી.