Az áramátvitel két fő formájaként az egyenáramú kábelek és az AC kábelek szerkezeti felépítésében jelentős különbségek vannak. Ezek a különbségek a megfelelő működési elveikből és az alkalmazási forgatókönyv követelményeiből fakadnak. Ennek a két kábeltípusnak a szerkezeti jellemzőit több dimenzióból is részletesen elemezzük.
Az egyenáramú kábelek szerkezeti jellemzői
Az egyenáramú kábelek szerkezeti kialakítása elsősorban az egyenáramú elektromos térelosztás sajátosságait veszi figyelembe. Az egyenáramú kábelek elektromos térerőssége arányos a szigetelési ellenállási együtthatóval, amely a hőmérséklet függvényében változik. Ez azt jelenti, hogy az egyenáramú kábel szigetelőrétegében a maximális elektromos térerősség nemcsak az alkalmazott feszültségtől függ, hanem a terhelőáramtól is.
Egy tipikus nagyfeszültségű{0}}egyenáramú kábel a következőket tartalmazza:
Vezetőréteg: Vezető anyagként általában nagy tisztaságú rezet vagy alumíniumot használnak.
Szigetelőréteg: A három-rétegű koextrudált szerkezettel, amely magában foglal egy nem térhálósított vezető árnyékoló réteget, egy nem térhálósított szigetelőréteget és egy nem térhálósított szigetelő árnyékoló réteget, a mátrix anyaga többnyire nem térhálósított polipropilén.
Félvezető pufferréteg: a szigetelőréteg köré tekerve, egyenletes elektromos téreloszlásra szolgál.
Fém köpenyréteg: általában lapos alumínium burkolat, amely mechanikai védelmet és elektromágneses árnyékolást biztosít.
Külső réteg: három-rétegű koextrudált szerkezet, amely egy forró olvadékragasztó rétegből, egy külső köpenyből és egy félvezető elektródából áll.
Az egyenáramú kábelek másik fontos jellemzője, hogy a szigetelésnek ellenállnia kell a gyors polaritásváltozásoknak. A terhelés alatti polaritás-átalakítás a szigetelésen belüli elektromos térerősség növekedését okozhatja, általában 50-70%-kal. Ezért az egyenáramú kábelek szigetelőanyagának különleges elektromos tulajdonságokkal kell rendelkeznie.
Az AC kábelek szerkezeti jellemzői
A váltakozó áramú kábelek szerkezeti kialakítása elsősorban a váltakozó elektromos mezők tulajdonságait veszi figyelembe. Ezek a kábelek egyenletes elektromos téreloszlást, tangenciális feszültség hiányát, könnyű felépítését és nagy áramterhelhetőségét{1}} jellemzik. A térhálósított -polietilén (XLPE)-szigetelésű tápkábelek és a polivinil-klorid (PVC)-szigetelésű tápkábelek 1 kV-os és az alatti feszültséghez alapvetően azonosak.
Az AC kábelek tipikus felépítése a következőket tartalmazza:
Vezető: Általában sodrott vezető konfigurációt alkalmaz a rugalmasság és az elektromos vezetőképesség fokozása érdekében.
Szigetelőréteg: A gyakori anyagok közé tartozik a polivinil-klorid (PVC), a térhálósított polietilén (XLPE) és a fluoroplasztika.
Árnyékoló réteg: Megakadályozza az interferenciajelek áthatolását a belső rétegekbe, miközben csökkenti az átviteli jelveszteséget.
Köpeny: Belső és külső köpenyből áll, amely megvédi a kábelmagot a környezeti hatásoktól.
A váltóáramú kábeleknek figyelembe kell venniük a bőrhatás és a közelség hatását. A skin-effektus következtében az áram egyenetlenül oszlik el a vezető keresztmetszetében, és a felület közelében nagyobb az áramsűrűség; a közelségi hatás elektromágneses térkölcsönhatásokat indukál a vezetők között, amelyek befolyásolják az árameloszlást. Ezek a jelenségek növelik a vezető váltóáramú ellenállását, ezáltal csökkentik a megengedett áram{3}}teherbírását.
A fő szerkezeti különbségek a DC és AC kábelek között
1. Különbségek a szigetelés kialakításában
Az egyenáramú kábeleknek meg kell oldaniuk az egyenetlen elektromos téreloszlás problémáját (az egyenáramú elektromos teret befolyásolja az anyag ellenállása), és a szigetelőréteg vastagabb lehet, vagy speciális anyagokat (például térhálósított polietilén XLPE-t) lehet használni. Az AC kábelek szigetelése pedig a váltakozó áramú elektromos mezőkre (például PVC, XLPE) van optimalizálva.
Az egyenáramú kábelek maximális térerőssége tranziens és terhelésmentes állapotban általában a vezető felületén, terhelés alatt pedig a szigetelőréteg felületén jelentkezik. Az AC kábelek elektromos téreloszlása viszonylag egyenletes.
2. Különbségek az árnyékoló rétegben
A nagyfeszültségű egyenáramú kábelek fokozott árnyékolást igényelnek a tértöltési hatások elnyomása érdekében, míg a kisfeszültségű{0}}kábelek árnyékolási követelményei viszonylag alacsonyabbak. Az egyenáramú kábelek árnyékoló rétege szigorúbb tervezést igényel, hogy megakadályozza az elektromos tér interferenciáját.
3. Különbségek a vezetőszerkezetben
Az egyenáramú kábelek általában egymagos felépítést alkalmaznak, amely csak pozitív és negatív pólusokból áll. A kommunikációs kábel három-fázisú négyvezetékes vagy ötvezetékes rendszert alkalmaz, összetettebb felépítéssel.
4. Polaritási követelmények különbségei
Az egyenáramú kábeleknek világos pozitív és negatív pólusú csatlakozásokkal kell rendelkezniük, mivel a nem megfelelő polaritás a berendezés károsodását okozhatja. A váltakozó áramú kábeleknek nincs polaritási követelménye, csak a fázisokat kell megkülönböztetni.
5. A veszteségjellemzők különbségei
Az egyenáramú kábelek nem rendelkeznek a váltakozó áramú kábelek bőreffektusával és örvényáram-veszteségével, ezért alkalmasak nagy távolságú-áramátvitelre. A váltóáramú kábelek költsége alacsonyabb a kis távolságú elosztásnál, de nagyobb a veszteség nagy távolságokon.
