¿Por qué un cable de alimentación necesitaría blindaje de alambre de cobre?

Hoy presencié enterrar un cable de alimentación de 10 kilovoltios en el suelo. Noté la marca del cable y lo busqué en Google. La descripción es bastante interesante. Es un cable de un solo conductor: se necesitan tres de estos cables para una línea trifásica. La especificación (está en ruso, por lo que podría hacer una traducción incorrecta) enumera los siguientes componentes:

• Un conjunto de alambres de aluminio con una sección transversal total de 240 milímetros cuadrados.
• varias capas de plástico que rodean ese conjunto de cables
• una "capa de separación" hecha de "cinta conductora que bloquea el agua"
• un escudo de alambres de cobre con una sección transversal total de al menos 25 milímetros cuadrados
• una "capa de separación"
• una capa mas de plastico

Ahora entiendo que a 10 kilovoltios el aislamiento no es trivial: una capa de cinta adhesiva no funcionará y eso explica por qué hay tantas capas de plástico. Además, el cable no debe ser trivial para dañar, por lo que hay necesidad de la capa externa.

Pero, ¿cuál es la razón del blindaje del cable de cobre? ¿Para qué sirve?

TLDR: Shield excluye las pérdidas dieléctricas y iguala la tensión en el dieléctrico interno.

Cosas reales de EE a continuación:

No está de acuerdo con las respuestas anteriores (a continuación) sobre el aspecto de seguridad. No, no es por seguridad. El aspecto dominante en la distribución de energía son las pérdidas. Tener un campo eléctrico de CA contenido en un espacio predecible excluirá a los conductores y dieléctricos con pérdidas de participar en la disipación de energía (dinero).

Si el cable no está blindado, para 3 de estos en la línea trifásica, el aire circundante, el concreto y el suelo serán parte de la línea, actuando como dieléctrico con pérdida en un condensador de 100 microfaradios de CA estirado por varios kilómetros y teniendo pérdidas dieléctricas masivas.

En casos extremos, un objeto conductor afilado junto al cable enfocará las líneas de gradiente potenciales y el dieléctrico peirce. Shield elimina este tipo de estrés por completo. El mismo esfuerzo para el campo más cercano al conductor central se excluye mediante el uso de la capa de semiconductores.

El misterio es por qué es un cobre. Posiblemente, si uno hace los cálculos, el aluminio o el hierro no serán tan eficientes para el mismo aspecto (inunidad de pérdida dieléctrica).

Cavar más adelante: si el blindaje no es lo suficientemente conductivo, entonces la caída de voltaje óhmico en el blindaje en el punto lejano de la línea (inducido por un transformador coaxial de giro cero + línea como capacitor) puede llegar a cientos de voltios y causar otros problemas. Aquí tiene en parte seguridad y pérdidas cubiertas mejor con cobre que con aluminio.

Y tal vez el blindaje también tenga que estar conectado a tierra y cruzado para 3 cables en pocos puntos intermedios de la línea por las mismas "razones de pérdida" para reducir la corriente inducida y acortar el camino de la corriente shiled ya que la trigonometría trifásica brinda tal ventaja (ventaja para crear suelo flotante virtual a mitad de camino en línea larga o solo suelo real).

Otra observación: si se trata de un cliente ruso en Moscú, entonces probablemente haya un espacio muy limitado para los transformadores de potencia en la ciudad, por lo que dicho cable es económicamente razonable, cuando es necesario entregar un voltaje relativamente bajo con una corriente muy alta desde las parcelas con menos tierra costo para parcelas de tierra muy caras.

Acerca del coaxial de giro cero: un generador de estación de energía en Ucrania tiene salidas de 50KV / 10KA blindadas con un tubo de cobre masivo, abierto en un extremo y conectado a tierra al marco del generador. En el extremo abierto, el voltaje es de aproximadamente 500V. Se desconoce la corriente CA del tubo, pero puede estar cerca de cero o de pocos amperios. Si no fuera por este tubo, entonces una corriente mucho mayor inducida por un condensador trifásico abierto podría pasar a través de varillas de hierro dentro de las paredes del edificio, las pérdidas D / E también calentarán las paredes de concreto y derretirán todo.

No, no es para nada trivial, los cables enterrados de alto voltaje están altamente diseñados y cuestan más de € 100 el medidor. En comparación con los cables aéreos de alto voltaje (> 10kV) que generalmente están desnudos (sin aislamiento).

Normalmente el cableado de alto voltaje consistirá en:

1. El conductor (cobre / aluminio)
2. Una delgada capa aislante.
3. Una capa gruesa de semiconductores diseñada para conducir en caso de sobretensión.
4. Una delgada capa aislante.
5. Un escudo conductor.
6. Mucho más material aislante.

Este es un cable de 20kV, la foto fue tomada desde mi teléfono, pero se entiende la idea. Diámetro de unos 5 cm.

La causa principal del blindaje conductivo es como mecanismo de retorno en caso de falla:

1. En el caso de una falla por sobretensión, el blindaje del semiconductor pasará corriente desde el conductor al blindaje conductor que está conectado a tierra.
2. En el caso de corte accidental de la línea por la maquinaria de movimiento de tierra, el blindaje conductor debe (en teoría) tocar el conductor antes de la maquinaria y proporcionar un camino menos resistente a la tierra.

De hecho, usamos la corriente a través del blindaje para probar fallas por sobretensión. Si los sensores de corriente en el punto de tierra detectan cualquier corriente, automáticamente disparan medidas de seguridad. Por ejemplo, si un transformador utilizado para inyectar energía a la red recibe un sobrevoltaje en la entrada (bajo voltaje), la salida también será sobrevoltaje. La detección de fugas de corriente a través del blindaje abrirá el disyuntor en el extremo de alto voltaje.

Estoy seguro de que hay varios otros usos, como la protección mecánica de la capa de semiconductores, etc.

El blindaje de cobre es para proporcionar una ruta de retorno conocida en el caso de una falla del cable donde el cable se corta. Pero no es para proteger a la persona que lo corta; es para reducir los problemas de "potencial de contacto" cuando la corriente sale de los cables de aluminio y encontrará el camino más fácil de regreso a la tierra que induce voltajes posiblemente peligrosos donde sea que fluya. Ver el aumento potencial de la tierra .