Como las dos formas principales de transmisión de energía, los cables de CC y los cables de CA tienen diferencias significativas en el diseño estructural. Estas diferencias se derivan de sus respectivos principios de funcionamiento y requisitos de escenarios de aplicación. Las características estructurales de estos dos tipos de cables se analizarán en detalle desde múltiples dimensiones.
Características estructurales de los cables CC.
El diseño estructural de cables de CC considera principalmente la particularidad de la distribución del campo eléctrico de CC. La intensidad del campo eléctrico de los cables de CC es proporcional al coeficiente de resistencia de aislamiento, que varía con la temperatura. Esto significa que la intensidad máxima del campo eléctrico en la capa de aislamiento de un cable de CC no sólo está relacionada con la tensión aplicada, sino también con la corriente de carga.
Una estructura típica de cable de corriente continua de alto-voltaje incluye:
Capa conductora: normalmente se utiliza cobre o aluminio de alta pureza como material conductor.
Capa de aislamiento: Al adoptar una estructura de coextrusión de tres-capas, que incluye una capa protectora de conductor no reticulada, una capa aislante no reticulada y una capa protectora aislante no reticulada, el material de la matriz es principalmente polipropileno no reticulado.
Capa amortiguadora semiconductora: envuelta alrededor de la capa aislante, utilizada para una distribución uniforme del campo eléctrico.
Capa de funda metálica: normalmente una funda plana de aluminio que proporciona protección mecánica y blindaje electromagnético.
Capa exterior: una estructura coextruida de tres-capas que consta de una capa adhesiva termofusible, una funda exterior y un electrodo semiconductor.
Otra característica importante de los cables de CC es que el aislamiento debe poder soportar transiciones rápidas de polaridad. La conversión de polaridad bajo carga puede provocar un aumento de la intensidad del campo eléctrico dentro del aislamiento, normalmente entre un 50% y un 70%. Por lo tanto, el material aislante de los cables de CC debe tener propiedades eléctricas especiales.
Características estructurales de los cables de CA
El diseño estructural de cables de CA considera principalmente las propiedades de los campos eléctricos alternos. Estos cables presentan una distribución uniforme del campo eléctrico, ausencia de tensión tangencial, construcción liviana y alta capacidad de carga de corriente-. La estructura de los cables eléctricos-con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE)-y los cables eléctricos aislados de cloruro de polivinilo (PVC)-para 1 kV y menos es fundamentalmente idéntica.
La estructura típica de los cables de CA comprende:
Conductor: normalmente emplea una configuración de conductor trenzado para mejorar la flexibilidad y la conductividad eléctrica.
Capa aislante: los materiales comunes incluyen cloruro de polivinilo (PVC), polietileno reticulado (XLPE) y fluoroplásticos.
Capa de blindaje: evita que las señales de interferencia penetren en las capas internas y al mismo tiempo reduce la pérdida de señal de transmisión.
Funda: Compuesto por una funda interior y exterior para proteger el núcleo del cable de impactos ambientales.
Los cables de CA deben tener en cuenta los efectos del efecto piel y el efecto de proximidad. El efecto piel hace que la corriente se distribuya de manera desigual a lo largo de la sección transversal del conductor-, con una mayor densidad de corriente cerca de la superficie; El efecto de proximidad induce interacciones de campos electromagnéticos entre conductores que influyen en la distribución de la corriente. Estos fenómenos aumentan la resistencia de CA del conductor, reduciendo así su capacidad de carga de corriente-permisible.
Las principales diferencias estructurales entre cables CC y CA.
1. Diferencias en el diseño del aislamiento.
Los cables de CC deben resolver el problema de la distribución desigual del campo eléctrico (el campo eléctrico de CC se ve afectado por la resistividad del material), y la capa de aislamiento puede ser más gruesa o se pueden usar materiales especiales (como-polietileno reticulado XLPE). Y el aislamiento de los cables de CA está optimizado para campos eléctricos de CA (como PVC, XLPE).
La intensidad de campo máxima de los cables de CC en condiciones transitorias y sin carga suele producirse en la superficie del conductor, mientras que bajo carga, la intensidad de campo máxima se produce en la superficie de la capa de aislamiento. La distribución del campo eléctrico de los cables de CA es relativamente uniforme.
2. Diferencias en la capa protectora.
Los cables de CC de alto voltaje requieren un blindaje mejorado para suprimir los efectos de la carga espacial, mientras que los cables de bajo-voltaje tienen requisitos de blindaje relativamente menores. La capa de blindaje de los cables de CC requiere un diseño más estricto para evitar interferencias de campos eléctricos.
3. Diferencias en la estructura del conductor.
Los cables de CC suelen adoptar una estructura de un solo núcleo, que consta únicamente de polos positivos y negativos. El cable de comunicación adopta un sistema trifásico de cuatro o cinco hilos, con una estructura más compleja.
4. Diferencias en los requisitos de polaridad.
Los cables de CC deben tener conexiones claras de polos positivo y negativo, ya que una polaridad incorrecta puede causar daños al equipo. Los cables de CA no tienen requisitos de polaridad, sólo necesitan distinguir fases.
5. Diferencias en las características de las pérdidas.
Los cables de CC no tienen el efecto superficial ni las pérdidas por corrientes parásitas de los cables de CA, lo que los hace adecuados para la transmisión de energía a larga-distancia. Los cables de CA tienen costos más bajos en la distribución a corta distancia, pero mayores pérdidas en distancias largas.
