高压电缆上的铜屏蔽的作用是什么？

高压电缆上的铜屏蔽层是电缆结构中至关重要的组成部分，其作用涉及电场分布优化、安全防护及系统稳定性等多个维度。以下从功能原理、结构设计、材料选择及实际应用四个层面详细解析其核心作用：

一、均化电场分布，抑制局部放电

高压电缆导体由多根导线绞合而成，表面存在凹凸不平和间隙，易导致电场集中并引发局部放电。铜屏蔽层通过与绝缘层外表面紧密接触，形成等电位面，有效消除绝缘层与金属护套（或外半导电层）之间的气隙。例如，在35kV及以上电缆中，铜屏蔽可将导体表面电场强度降低30%-50%，显著减少电晕放电风险。若未设置铜屏蔽，三芯电缆芯间击穿概率将提高5倍以上。

二、导通故障电流，保障系统安全

铜屏蔽层在电力系统故障时承担短路电流通道的关键角色。根据DL401-91标准，不同电压等级电缆的铜屏蔽最小截面需满足以下要求（表1）：

例如，110kV电缆的铜屏蔽需承载高达25kA的短路电流（持续2秒），其截面积不足会导致铜带熔断，引发二次事故。计算表明，单芯电缆铜带厚度需≥0.12mm，三芯电缆≥0.10mm，且搭盖率需超过15%以保障电流通路连续性。

三、电磁屏蔽与机械保护

抗电磁干扰：铜屏蔽层可衰减外部电磁场对电缆内部信号的干扰，降低感应电压至原值的10%以下。在临近通信线路或高频设备的环境中，屏蔽效能需达到60dB以上。

机械防护：铜带或铜丝绕包结构可抵抗电缆弯曲时的应力集中。实验显示，带铜屏蔽的电缆在弯曲半径≥20D（D为电缆外径）时，绝缘层裂纹发生率下降70%。

四、材料选择与工艺优化

铜屏蔽分为铜带屏蔽和铜丝屏蔽两类，其性能对比如下（表2）：

例如，500mm²截面的220kV电缆采用直径2.5mm的铜丝疏绕屏蔽，其有效截面可达150mm²，较铜带屏蔽提升35%载流能力。

五、典型案例分析

某220kV变电站曾因电缆铜屏蔽搭盖率不足（仅8%）导致短路电流烧毁屏蔽层，引发绝缘击穿事故。改造后采用双层0.15mm铜带（搭盖率18%），通过2000A短路电流测试时温升仅为95K（低于IEC标准的150K阈值）。

结论：高压电缆的铜屏蔽层通过均化电场、导通故障电流、电磁屏蔽及机械保护四重机制，成为保障电缆安全运行的核心组件。其设计需综合考虑电压等级、短路容量、敷设环境等因素，并严格遵循GB/T12706、DL401等标准规范。