層が置かれる場所
低圧ケーブルは、導体から絶縁体、そしてシースへと直行できます。IEC 60502-2の中圧ケーブルはできません。絶縁体内の電気的応力がはるかに高いためです。中圧電力ケーブルのページの基準構造、すなわちパートナー工場カタログによる8.7/15 kV Cu/XLPE/CTS/PVC 3x95 mm2ケーブルは、各心の標準的な順序を示します。
- 緊圧銅導体。
- 導体スクリーン: 導体のすぐ上の押出半導電層。
- XLPE絶縁体。基準モデルでは4.5 mm。
- 絶縁スクリーン: 絶縁体の上の押出半導電層。
- 銅テープスクリーン。接地される金属層。
3つの心はそのうえで、PVCシースの下にフィラーと結束と共に撚り合わせられ、基準モデルで外径約61 mmです。この2つの半導電層が本稿の主題です。カーボンブラックを充填した化合物で作られるため導電しますが、金属よりはるかに通しにくい。だから「半導電」です。外径や重量にはほとんど加算しませんが、中圧ケーブルの電気工学の大半がここで起きます。
導体スクリーンの役割
撚線導体は滑らかな円筒ではありません。緊圧導体でも、素線が交わる場所には小さな隆起があります。XLPEをそのまま押出すと、電界はあらゆる隆起と、素線と絶縁体のあらゆる微小隙間に集中します。中圧では、この集中で微小空隙内の空気が電離します。これが部分放電であり、部分放電は絶縁体をゆっくり侵食します。
導体スクリーンは隆起を埋め、絶縁体に対して滑らかで円形の導電面を提示します。導体電位にあり、隙間なくXLPEに接合されているため、電界は滑らかな表面から始まり、絶縁体全体に均等に広がります。緊圧導体の記事で論じた緊圧導体は、スクリーンが埋めるべき隙間を減らすことで、さらに助けになります。
絶縁スクリーンの役割
絶縁体の外面では、同じ問題が逆に現れます。メタリックスクリーンはテープや線であり、XLPEの表面に完全には密着できません。絶縁スクリーンは、絶縁体の外面に滑らかで連続した導電面を与え、その上のメタリックスクリーンによって大地電位に保ちます。電界はこうして、滑らかで同心の2つの導電面の間に閉じ込められます。ケーブルにとっての理想の幾何です。
絶縁スクリーンは、接続部材と終端部材でも効いてきます。施工者はこれを正確な位置まで切り戻し、そこへ応力制御を加えます。スクリーンの端が、ケーブルの制御された幾何から電界が出て行く場所だからです。絶縁スクリーンには、絶縁体に接合された( bonded )型と、剥がせる( strippable )型があり、後者は現場作業を容易にします。種類はプロジェクトが使うアクセサリーに合わせ、仕様書に明記すべきです。
品質問題の現れ方
| 欠陥 | 影響 | 発見方法 |
|---|---|---|
| 半導電化合物のXLPEへの突出 | 局所的な電界集中 | 部分放電試験。スライスのサンプル検査 |
| スクリーン-絶縁体界面の空隙・隙間 | 隙間内での部分放電 | IEC 60885-3による部分放電試験 |
| 絶縁体内の異物混入 | 応力下の弱点 | 部分放電・電圧試験。化合物と工程の管理 |
| 不均一な絶縁厚さ(偏心) | 薄い側の高い応力 | サンプルでの絶縁厚さ測定 |
| アクセサリーに合わないスクリーンの種類 | 接続作業の困難、現場故障 | 発注前の仕様書確認 |
現代の中圧ラインは通常、導体スクリーン、絶縁体、絶縁スクリーンを一度の通しで押出し、界面が汚染や空気なしに形成されるようにします。層を別通しで施す工場や、化合物の取り扱いが雑な工場は、界面欠陥を残しやすくなります。当デスクは工場監査で、押出・硬化ライン、化合物保管、クリーンルーム運用を見ます。
一部の欠陥は、問題になるまでに年数がかかります。工場試験を通過した小さな突出や異物が、運転中のゆっくりした劣化の出発点になり得ます。特に湿気が絶縁体に届く場所では、電気的応力下のXLPEに、いわゆるウォーターツリーが生じ得ます。欠陥から成長し、時間をかけて絶縁体を弱める細かい枝分かれの道筋です。清浄な半導電界面は出発点の数を減らし、湿潤な設置を想定するプロジェクトでは、仕様がしばしばシースの下に長手または放射方向の水バリアを加えます。これは設計者のための構造選択で、防水の記事が扱います。半導電層自体は水を防げません。
層を証明する例試験
IEC 60502-2の下で、完成した中圧ドラムはすべて例試験を通ります。そのうち2つが半導電層に直接結び付きます。
- 部分放電試験: IEC 60885-3に従って測定し、よく指定される感度は1.73 U0で10 pC以下です。清浄な記録は、スクリーンと絶縁体に有意な空隙と突出がないことを示します。
- 電圧試験: IEC 60502-2の例試験として、3.5 U0で5分。絶縁体が過応力に絶縁破壊なしで耐えることを確認します。
サンプル試験はさらに、絶縁厚さ、偏心、XLPEなら架橋度のホットセット試験を確認し、形式試験報告書は構造についてより長い電気試験とエージングを覆います。部分放電試験の記事が、PD測定の実施と読み方を説明し、試験と検品のページが、当デスクがドラムごとに収集するものを列挙します。
これを踏まえた中圧ケーブルの調達
IEC 60502-2の電圧クラスは3.6/6 kVから18/30 kVまでです。中圧ページの元カタログは8.7/15 kVまでを覆い、より高いクラスは、押出ライン、シールド試験ベイ、形式試験報告書を持つ工場にマッチングします。あらゆる中圧発注で、当デスクが確認するのは次です。
- 電圧クラスと構造: 導体、導体スクリーン、XLPE厚さ、絶縁スクリーンの種類(接合か剥がせるか)、メタリックスクリーン、シース。
- 形式試験の覆い: 同一電圧クラスと比較可能なサイズ帯を覆う報告書。
- ドラムごとの例試験記録: 部分放電、電圧試験、導体抵抗。
- アクセサリー: プロジェクト向けに指定された接続・終端部材が、スクリーンの種類とケーブル寸法に合うこと。
中圧の納期は銅の手配、押出の枠、例試験に依存し、発注ごとに書面で確定します。MOQと納期のページを参照してください。中圧の日程表は、図面または顧客のケーブル仕様を添えて見積もりフォームからお送りください。