Skjöldur sem notaður er í vír- og kapalvörum hefur tvær gjörólíkar hugmyndir: rafsegulskjöldun og rafsviðsskjöldun. Rafsegulskjöldun er hönnuð til að koma í veg fyrir að kaplar sem senda hátíðnimerki (eins og RF-kaplar og rafeindakaplar) valdi utanaðkomandi truflunum eða til að koma í veg fyrir að utanaðkomandi rafsegulbylgjur trufli kapla sem senda veika strauma (eins og merkja- eða mælikaplar), sem og til að draga úr krossrökum milli víra. Rafsviðsskjöldun er hönnuð til að vega upp á móti sterku rafsviði á leiðarayfirborði eða einangrunaryfirborði meðal- og háspennustrengja.
1. Uppbygging og kröfur rafsviðsvörnlaga
Skjöldur rafstrengja felur í sér leiðaraskjöldun, einangrunarskjöldun og málmskjöldun. Samkvæmt viðeigandi stöðlum ættu kaplar með málspennu hærri en 0,6/1 kV að hafa málmskjöldunarlag, sem hægt er að setja á hvern einangraðan kjarna eða á fjölþráða kapalkjarna. Fyrir XLPE-einangraða kapla með málspennu ekki lægri en 3,6/6 kV og EPR þunneinangraða kapla með málspennu ekki lægri en 3,6/6 kV (eða þykkeinangraða kapla með málspennu ekki lægri en 6/10 kV) er einnig krafist innri og ytri hálfleiðandi skjöldunarvirkja.
(1) Leiðaravörn og einangrunarvörn
Leiðarahlíf (innri hálfleiðandi hlíf) ætti að vera úr málmi, samanstanda af pressuðu hálfleiðandi efni eða hálfleiðandi borði sem er vafið utan um leiðarann og síðan pressuðu hálfleiðandi lagi.
Einangrunarhlíf (ytri hálfleiðandi hlíf) er hálfleiðandi lag úr málmi sem er þrýst beint á ytra yfirborð hvers einangraðs kjarna, sem hægt er að annað hvort festa þétt við eða afhýða frá einangruninni. Þrýstu innri og ytri hálfleiðandi lögin ættu að vera þétt föst við einangrunina, með sléttum snertifleti, engum augljósum þráðarmerkjum og engum hvössum brúnum, agnum, brunamerkjum eða rispum. Viðnámið fyrir og eftir öldrun ætti ekki að fara yfir 1000 Ω·m fyrir leiðarahlífarlagið og 500 Ω·m fyrir einangrunarhlífarlagið.
Innri og ytri hálfleiðandi skjöldur eru framleiddir með því að blanda saman samsvarandi einangrunarefnum (eins og þverbundnu pólýetýleni, etýlen-própýlen gúmmíi o.s.frv.) við kolsvört, andoxunarefni, etýlen-vínýl asetat samfjölliðu og önnur aukefni. Kolsvörtu agnirnar ættu að vera jafnt dreifðar innan fjölliðunnar, án þess að þær safnist saman eða dreifist illa.
Þykkt innri og ytri hálfleiðandi skjöldunarlaganna eykst með hækkandi spennu. Þar sem rafsviðsstyrkur einangrunarlagsins er hærri að innan og lægri að utan, ætti þykkt hálfleiðandi skjöldunarlaganna einnig að vera meiri að innan en að utan. Áður fyrr var ytri hálfleiðandi skjöldurinn gerður örlítið þykkari en sá innri til að koma í veg fyrir rispur vegna lélegrar sigstýringar eða gata af völdum of harðra koparbönda. Nú, með sjálfvirkri sigmælingu á netinu og glóðuðum mjúkum koparböndum, ætti innra hálfleiðandi skjöldunarlagið að vera örlítið þykkara eða jafnt ytra laginu. Fyrir 6–10–35 kV kapla er þykkt innra lagsins almennt 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Málmskjöldur
Kaplar með málspennu hærri en 0,6/1 kV ættu að vera með málmhlífarlagi. Málmhlífarlagið ætti að vera sett á hvern einangraðan kjarna eða kapalkjarna. Málmhlífin ætti að samanstanda af einni eða fleiri málmböndum, málmfléttum, sammiðja lögum af málmvírum eða blöndu af málmvírum og málmböndum.
Í Evrópu og öðrum þróuðum löndum er algengt að nota koparvírsskjöldun vegna notkunar á tvírásakerfum með jarðtengingu og hærri skammhlaupsstraumum. Sumir framleiðendur fella koparvíra inn í aðskilnaðarhjúpinn eða ytri hjúpinn til að minnka þvermál kapalsins. Í Kína, fyrir utan nokkur lykilverkefni sem nota tvírásakerfi með jarðtengingu, nota flest kerfi rafbogavörn með spólu sem er jarðtengd einrása aflgjafa, sem takmarkar skammhlaupsstrauminn í lágmarki, þannig að hægt er að nota koparbandsskjöldun. Kapalverksmiðjur vinna úr keyptum hörðum koparböndum með því að rifja og glæða til að ná ákveðinni lengingu og togstyrk (of hörð mun rispa einangrunarskjöldulagið, of mjúk mun hrukka) fyrir notkun. Mjúk koparbönd ættu að vera í samræmi við GB/T11091-2005 koparband fyrir kapla.
Skjöldur úr koparbandi ætti að samanstanda af einu lagi af mjúkum koparbandi sem skarast eða tveimur lögum af spírallaga mjúkum koparbandi með bilum. Meðal skörunarhlutfall koparbandsins ætti að vera 15% af breidd þess (nafngildi) og lágmarks skörunarhlutfallið ætti ekki að vera minna en 5%. Nafnþykkt koparbandsins ætti að vera að minnsta kosti 0,12 mm fyrir einkjarna kapla og að minnsta kosti 0,10 mm fyrir fjölkjarna kapla. Lágmarksþykkt koparbandsins ætti ekki að vera minna en 90% af nafngildi. Breidd koparbandsins er venjulega 30–35 mm, allt eftir ytra þvermáli einangrunarhlífarinnar (≤25 mm eða >25 mm).
Skjöldur koparvírs er gerður úr mjúkum koparvírum sem eru spírallaga vafðir og festir með gagnspíralaga vefju úr koparvírum eða koparböndum. Viðnám þess ætti að uppfylla kröfur GB/T3956-2008 um leiðara kapla og nafnþversniðsflatarmál þess ætti að vera ákvarðað í samræmi við bilunarstraumsgetu. Hægt er að setja skjöldu koparvírs yfir innri slíður þriggja kjarna kapla eða beint yfir einangrun, ytra hálfleiðandi skjöldunarlag eða viðeigandi innri slíður á einkjarna kaplum. Meðalbilið milli aðliggjandi koparvíra ætti ekki að vera meira en 4 mm. Meðalbilið G er reiknað með formúlunni:
hvar:
D - þvermál kjarna snúrunnar undir skjöldu koparvírsins, í mm;
d – þvermál koparvírs, í mm;
n – fjöldi koparvíra.
2. Hlutverk skjöldunarlaga og tengsl þeirra við spennustig
(1) Hlutverk innri og ytri hálfleiðandi skjöldar
Kapalleiðarar eru almennt þjappaðir saman úr mörgum þráðum. Við einangrunarútdrátt geta myndast bil, rispur og aðrar ójöfnur á yfirborði leiðarans og einangrunarlagsins, sem veldur rafmagnsþjöppun, sem leiðir til staðbundinnar loftbilsútdráttar og trjáútdráttar og dregur úr rafsvörunareiginleikum. Með því að þrýsta lagi af hálfleiðandi efni (leiðaraskjöldun) yfir yfirborð leiðarans er tryggt að þétt snerting við einangrunina sé við efnið. Þar sem hálfleiðandi lagið og leiðarinn eru á sama möguleika, jafnvel þótt bil séu á milli þeirra, verður engin rafmagnsvirkni, sem kemur í veg fyrir hlutaútdrátt.
Á sama hátt eru bil á milli ytra einangrunarflatar og málmhúðar (eða málmhúðar) og því hærra sem spennustigið er, því líklegra er að loftbilsútfelling eigi sér stað. Með því að þrýsta hálfleiðandi lagi (einangrunarhúð) á ytra einangrunarflatarmálið myndast ytra jafnspennuflötur með málmhúðinni, sem útilokar rafsvið í bilunum og kemur í veg fyrir hlutaútfellingar.
(2) Hlutverk málmskjöldar
Hlutverk málmskjöldar eru meðal annars: að bera rafrýmd straum við eðlilegar aðstæður, þjóna sem leið fyrir skammhlaupsstraum við bilanir; að halda rafsviðinu inni í einangruninni (draga úr utanaðkomandi rafsegultruflunum) og tryggja einsleitt geislavirkt rafsvið; að virka sem núllleiðari í þriggja fasa fjögurra víra kerfum til að bera ójafnvægisstraum; og að veita geislavirka vatnsstífluvörn.
Birtingartími: 28. júlí 2025