Кабели постоянного тока и кабели переменного тока, как два основных способа передачи энергии, имеют существенные различия в конструктивном исполнении. Эти различия проистекают из соответствующих принципов работы и требований к сценариям применения. Структурные характеристики этих двух типов кабелей будут подробно проанализированы с разных сторон.
Структурные характеристики кабелей постоянного тока
Конструктивное проектирование кабелей постоянного тока в основном учитывает особенности распределения электрического поля постоянного тока. Напряженность электрического поля кабелей постоянного тока пропорциональна коэффициенту сопротивления изоляции, который меняется в зависимости от температуры. Это означает, что максимальная напряженность электрического поля в изоляционном слое кабеля постоянного тока связана не только с приложенным напряжением, но и с током нагрузки.
Типичная конструкция кабеля высокого-постоянного тока включает в себя:
Проводящий слой: в качестве проводникового материала обычно используется медь или алюминий высокой чистоты.
Изоляционный слой: трехслойная-структура совместной экструзии, включающая несшитый экранирующий слой проводника, несшитый изоляционный слой и несшитый изоляционный экранирующий слой, матричный материал в основном представляет собой несшитый полипропилен.
Полупроводящий буферный слой: обернут вокруг изоляционного слоя и используется для равномерного распределения электрического поля.
Слой металлической оболочки: обычно плоская алюминиевая оболочка, обеспечивающая механическую защиту и электромагнитное экранирование.
Внешний слой: трехслойная-совместно экструдированная структура, состоящая из слоя термоплавкого клея, внешней оболочки и полупроводникового электрода.
Другой важной характеристикой кабелей постоянного тока является то, что изоляция должна выдерживать быструю смену полярности. Изменение полярности под нагрузкой может привести к увеличению напряженности электрического поля внутри изоляции, обычно на 50–70%. Поэтому изоляционный материал кабелей постоянного тока должен иметь особые электрические свойства.
Структурные характеристики кабелей переменного тока
При проектировании кабелей переменного тока в первую очередь учитываются свойства переменных электрических полей. Эти кабели отличаются равномерным распределением электрического поля, отсутствием тангенциальных напряжений, легкой конструкцией и высокой -нагрузочной способностью по току. Структура силовых кабелей с -сшитой полиэтиленовой (XLPE)-изоляцией и силовых кабелей с поливинилхлоридной (ПВХ)-изоляцией на напряжение 1 кВ и ниже принципиально идентична.
Типичная структура кабелей переменного тока включает:
«Проводник»: обычно используется многожильный проводник для повышения гибкости и электропроводности.
Изоляционный слой: распространенные материалы включают поливинилхлорид (ПВХ), сшитый полиэтилен (XLPE) и фторопласты.
«Экранирующий слой»: предотвращает проникновение сигналов помех во внутренние слои, одновременно снижая потери сигнала при передаче.
Оболочка: Состоит из внутренней и внешней оболочки для защиты жилы кабеля от воздействия окружающей среды.
Кабели переменного тока должны учитывать эффекты скин-эффекта и эффекта близости. Скин-эффект приводит к неравномерному распределению тока по поперечному сечению-проводника с более высокой плотностью тока вблизи поверхности; эффект близости вызывает взаимодействия электромагнитных полей между проводниками, которые влияют на распределение тока. Эти явления увеличивают сопротивление проводника переменному току, тем самым снижая его допустимую токовую-пропускную способность.
Основные структурные различия между кабелями постоянного и переменного тока.
1. Различия в конструкции изоляции
Кабели постоянного тока должны решать проблему неравномерного распределения электрического поля (на электрическое поле постоянного тока влияет удельное сопротивление материала), поэтому изоляционный слой может быть толще или могут использоваться специальные материалы (например, сшитый полиэтилен из сшитого полиэтилена). А изоляция кабелей переменного тока оптимизирована для электрических полей переменного тока (например, ПВХ, сшитый полиэтилен).
Максимальная напряженность поля кабелей постоянного тока в переходных условиях и при отсутствии-нагрузки обычно возникает на поверхности проводника, а под нагрузкой максимальная напряженность поля возникает на поверхности изоляционного слоя. Распределение электрического поля в кабелях переменного тока относительно однородно.
2. Различия в защитном слое
Кабели постоянного тока высокого напряжения требуют усиленного экранирования для подавления эффекта пространственного заряда, тогда как кабели низкого-напряжения предъявляют относительно меньшие требования к экранированию. Экранирующий слой кабелей постоянного тока требует более строгой конструкции для предотвращения помех электрического поля.
3. Различия в конструкции проводников.
Кабели постоянного тока обычно имеют одножильную структуру, состоящую только из положительных и отрицательных полюсов. Кабель связи представляет собой трехфазную четырехпроводную или пятипроводную систему с более сложной структурой.
4. Различия в требованиях к полярности
Кабели постоянного тока должны иметь четкие соединения положительного и отрицательного полюсов, поскольку неправильная полярность может привести к повреждению оборудования. Кабели переменного тока не имеют требований к полярности, необходимо только различать фазы.
5. Различия в характеристиках потерь
Кабели постоянного тока не имеют скин-эффекта и потерь на вихревые токи, как кабели переменного тока, что делает их пригодными для-передачи электроэнергии на большие расстояния. Кабели переменного тока имеют более низкую стоимость при распределении на короткие расстояния, но более высокие потери при передаче на большие расстояния.
