Por que um cabo de alimentação precisaria de blindagem de fio de cobre?

Hoje eu testemunhei enterrando um cabo de energia de 10 kilovolt no chão. Anotei a marca do cabo e pesquisei no Google. A descrição é bastante interessante. É um cabo condutor único - são necessários três desses cabos para uma linha trifásica. A especificação (é em russo, então eu posso fazer a tradução errada) lista os seguintes componentes:

• um conjunto de fios de alumínio com seção transversal total de 240 milímetros quadrados
• várias camadas de plástico ao redor desse conjunto de fios
• uma "camada de separação" feita de "fita condutora de bloqueio de água"
• uma blindagem de fios de cobre com seção transversal total de pelo menos 25 milímetros quadrados
• uma "camada de separação"
• mais uma camada de plástico

Agora entendo que o isolamento a 10 quilovolts não é trivial - uma camada de fita adesiva não serve e isso explica por que existem tantas camadas de plástico. Além disso, o cabo não deve ser trivial para danificar, portanto, há necessidade da camada externa.

Mas qual é o motivo da blindagem do fio de cobre? Que finalidade serve?

TLDR: A blindagem exclui perdas dielétricas e uniformiza a tensão no dielétrico interno.

Coisas reais de EE abaixo:

Discordo das respostas acima (abaixo) sobre o aspecto de segurança. Não, não é por segurança. O aspecto dominante na distribuição de energia são as perdas. Ter um campo elétrico CA contido em um espaço previsível excluirá dielétricos e condutores com perdas da participação na dissipação de energia (dinheiro).

Se o cabo não estiver blindado, para 3 deles na linha trifásica, o ar circundante, o concreto e o solo farão parte da linha, atuando como dielétrico com perdas no capacitor CA de 100 microfarads esticado por vários quilômetros e apresentando grandes perdas dielétricas.

Em casos extremos, um objeto condutor afiado próximo ao cabo focalizará as linhas de gradiente em potencial e o dielétrico peirce. Shield remove completamente esse tipo de estresse. A mesma tensão para o campo mais próximo do condutor central é excluída usando a camada semicondutora.

O mistério é por que é um cobre. Possivelmente, se alguém fizer as contas, o alumínio ou o ferro não serão tão eficientes para o mesmo aspecto (imunielidade por perda dielétrica).

Cavando mais: se a blindagem não for condutora o suficiente, a queda de tensão ôhmica na blindagem no ponto mais distante da linha (induzida pelo transformador coaxial de giro zero + linha como capacitor) pode chegar a centenas de volts e causar outros problemas. Aqui você tem parcialmente segurança e perdas cobertas melhor com cobre do que com alumínio.

E talvez a blindagem também precise ser aterrada e conectada em cruz por 3 cabos em alguns pontos médios da linha pelas mesmas "razões de perda" para reduzir a corrente induzida e encurtar o caminho da corrente retificada, pois a trigonometria trifásica oferece essa vantagem (vantagem de criar terreno virtual flutuante a meio caminho em longas filas ou apenas solo real).

Outra observação: se é um cliente russo em Moskow, provavelmente existe um espaço muito limitado para transformadores de energia na cidade; portanto, esse cabo é economicamente razoável, quando há necessidade de fornecer tensão relativamente baixa com corrente muito alta das parcelas com menos terra custo para lotes de terra muito caros.

Sobre o cabo coaxial de rotação zero: Um gerador de central elétrica na Ucrânia possui saídas de 50KV / 10KA blindadas com tubo de cobre maciço, aberto em uma extremidade e aterrado à estrutura do gerador. Na extremidade aberta, a tensão é de cerca de 500V. A corrente CA do tubo é desconhecida, mas talvez esteja próxima de zero ou alguns amperes. Se não fosse este tubo, uma corrente muito maior induzida pelo capacitor trifásico aberto poderia passar por barras de ferro dentro das paredes do edifício, as perdas D / E também aqueceriam as paredes de concreto e derreteriam tudo.

Não, os cabos enterrados triviais e de alta tensão são altamente projetados e custam mais de € 100 o metro. Em comparação com os cabos aéreos de alta tensão (> 10kV) que normalmente são nus (sem isolamento).

Normalmente, o cabeamento de alta tensão consiste em:

1. O condutor (cobre / alumínio)
2. Uma fina camada isolante.
3. Uma camada espessa de semicondutor, projetada para ser conduzida em caso de sobretensão.
4. Uma fina camada isolante.
5. Um escudo condutor.
6. Muito mais material isolante.

Este é um cabo de 20kV, a foto é tirada do meu telefone, mas você entendeu. Diâmetro de cerca de 5 cm.

A principal causa da blindagem condutora é como um mecanismo de retorno em caso de falha:

1. No caso de uma falha de sobretensão, a blindagem do semicondutor passará a corrente do condutor para a blindagem condutora aterrada.
2. No caso de corte acidental da linha por máquinas de movimentação de terra, a blindagem condutora deve (em teoria) tocar o condutor antes da máquina e fornecer um caminho menos resistivo à terra.

De fato, usamos a corrente através da blindagem para testar falhas de sobretensão. Se os sensores de corrente no ponto aterrado detectarem alguma corrente, eles disparam automaticamente as medidas de segurança. Por exemplo, se um transformador usado para injetar energia na rede recebe uma sobretensão na entrada (baixa tensão), a saída também fica com sobretensão. A detecção de vazamento de corrente através da blindagem abrirá o disjuntor na extremidade de alta tensão.

Estou certo de que existem vários outros usos, como proteção mecânica da camada de semicondutores, etc.

A blindagem de cobre deve fornecer um caminho de retorno conhecido no caso de uma falha no cabo em que o cabo é cortado. Mas não é para proteger a pessoa que a atravessa; é reduzir os problemas de "potencial de toque" quando a corrente sair dos fios de alumínio e encontrar o caminho mais fácil de volta à terra, o que induz tensões possivelmente perigosas onde quer que ela flua. Consulte Elevação potencial da terra .