Halvledande skikt

Har funderat på denna här och kommer nära till att förstå det praktiskt, men vi kan väl ändå ta det från början. gärna ett exempel med siffror.

De halvledande skikten, vilken funktion fyller dessa? Vilka krafter och storheter är det vi beräknar?

Det får gärna förklaras, eller lämnas referens till var man kan hitta mer info.

Vad jag förstår så gör man ju så att man bygger upp isoleringen på t ex en högspänningskabel av isolerande lager med ledande lager (typ folie) mellan. Anledningen till det är ju att jämna ut det elektriska fältet så det blir lika stort i alla delar av isoleringen och man slipper "spetseffekten" - ojämheter (behövs inte mycket) i själva ledaren skulle annars kunna göra att fältet punktvis mycket starkare. Utan dom ledande skikten skulle det alltså bli mer osäker isolering med större risk för genomslag och gå åt mycket mer isoleringsmaterial.

Det ledande skiktet kallas då "halvledande" - men det är ju det som är så förvillande då det är bara ett ledande skikt, inget annat. Halvledande är ju komponenter som t ex dioder (som bara leder åt ett håll) eller tyristorer och transistorer som kan styras till att både leda och isolera.

Okej, men det va ungefär så mycket jag förstod. Skönt att få det bekräftat. Men det ledande skiktet ligger väl i direkt kontakt med spänningsförande del? Sen ligger det väl ett lager till i direkt kontakt med skärmen?

Finns det någon som kan ge siffror på detta? Om vi säger att det är 50kV exempelvis... Används det även på 10kV eller är spänningen så pass låg att det inte finns behov då?

Jag tänker på formeln som används för att beräkna kraften (F) en laddning (q) utsätts för när den finns i ett elektriskt fält samt Coulombs lag. Är det så att kraften som det elektriska fältet påverkar en laddning med är tillräckligt för att gå genom kabelns isolering annars? Jag bara yrar här, men kom gärna med mer info.

Har hört alla teorier om dessa. Bland annat att det skulle vara för att fylla ut kabelns innanmäte så inte luftfickor uppstår. Ja, vissa teorier är mer eller mindre lyckade.

Jag förstår så långt att det användas för att utjämna någonting. Men hur "utjämnas" detta? Vad är det som gör att det blir utjämnat. Jag är verkligen ute efter ett så uttömmande svar som är möjligt.

Du kanske kan tänka dig ledande skikt för fältutjämning, och det är då elektriska fältet som ska jämnas ut så att inte punkter med för höga värden finns där glimning eller små överslag kan uppstå och förstöra isolermaterialet. Det är alltså elektrisk fältstyrka du ska se till och inte direkt krafter på laddning även om man kan hitta beröringspunkter. Du kan också tänka på hur spänningen fördelas över seriekopplade kondensatorer med olika stor kapacitans och olika dielektriska egenskaper. Det är där de olika teknikerna vid ändavslut kommer in med mjukare former och olika material så att man inte någonstans kommer nära genombrott för sämsta punkten som ofta skulle vara luften kring någon skarp kant i de fallen.

Nu var detta minimalt utförligt eller i detalj korrekt men gå på fältutjämning så kan du säkert ta dig framåt.

En bra sammanställning av bakgrunden till glimningsfenomen i högspänningskablar, om än kanske något föråldrad vid det här laget, finns i den minnesskrift som Sieverts Kabelverk gav ut till sitt 50-årsjubileum i slutet av 1930-talet.

Var kan man tänkas hitta denna skrift, Torbjörn? Eller har ni kanske andra referenser till var man kan fördjupa sig i fenomenet?

EDIT: Hittade den i Sthlm. Beställning lagd. Hoppas den kommer innan helgen! :tokig:
Men det gör den nog inte

Fick precis reda på att en av kollegorna arbetat med konstruktion av högspänningskablar på ABB i 15 år. Boken ska bli skoj ändå.

Allt börjar, som jag förstått det, med att isoleringen i kabeln inte är jämn. Det i sin tur kan ge upphov till att isoleringen börjar "träda". Fick det förklarat som att det kan uppstå små små skikt i isoleringen med fickor o s v. I dessa fickor uppstår ett fenomen som heter glimning. Glimningen i sig är en urladdning som uppstår på grund av den kraftiga potentialskillnaden mellan jord och fas. Den kan inte uppträda i isoleringen p g a brist av flyttbara elektroner (i huvudsak valenselektroner) men i en ficka så härjar istället luft eller vatten om vattnet är orsaken till trädan. Detta i sin tur har förmåga att orsaka en liten överledning i det utrymme materialet inte utgörs av isolering. Nät glimningen uppstår så kommer den, precis som vilken annan ljusbåge som helst, att äta på isoleringen vilket innebär att den kommer bli större nästa gång detta sker. Den accelererar alltså gällande sin storlek och sitt genomslag. till slut så kan den alltså äta sig genom hela isoleringen och ge fri överledning mellan två olika potentialer. Så här står jag än så länge. Nu ska jag bara klura ut hur de ledande skikten hjälper till att utjämna fältet så att glimningen inte kan uppstå.

Någon får gärna bekräfta om det stämmer, det jag uppfattat eller om det behöver justeras i vissa delar. Vill verkligen förstå det här nämligen. Inväntar även min bok!

Låter som du blandar ihop två olika begrepp, treeing som uppstår i äldre PEX-kablar som AXKJ, ojämnt format isolering och vattengenomtränglig yttermantel leder till lokala glimmar följt av överslag fas-skärm. Ofta problem vid sektorformade kablarm med strippar yttre ledande skikt. En metod att mäta glimmar kallas PD-analys, du kan läsa mer om detta. PD står för partial discharge.

Må vara att han blandar ihop men i grunden är det elektriska fältets fördelning pga både material och geometri satt mot genomslagshållfastheten som ligger till grund. Så att sätta sig in i olika materials egenskaper och allmän ellära kring fält så klarnar det säkert. Och tekniskt kommer ju boktipset perfekt in också, fast får kompletteras med PEX-problemen som inte fanns på 30-talet.

Just terminologin för de olika sakerna känner jag inte är avgörande för min förståelse. Min poäng va väl att ett icke homogent isolerande lager ger upphov till glimning om inte det elektriska fältet är utjämnat. Sen finns det säkert olika skäl till varför isoleringen inte är homogen. Tillverkning, materialets egenskaper, miljö o s v. Jag får dock uppfattningen att om vi skulle ha en teoretiskt perfekt cirkulär ledare med ett perfekt koncentriskt homogent isolerande lager samt en perfekt koncentrisk skärm i en enledarkabel så skulle vi inte ha behovet av fältutjämningen.

Mellan ledare och skikt har man sedan ett fyllnadsmaterial eller? Eller är detta bara i skarvar? Eller finns det inte där heller? Eller ligger det ledande skiktet rakt på spänningsförande del? Likaså det skikt som ligger vid skärmen. Det kallas dessutom halvledande, men jag har fått uppfattningen att det är fullt ledande material fast med högre resistans än övriga ledande delar. Typ gummi uppblandat med kimrök.

Ta gärna upp de olika orsakerna till varför vi får problem i kabeln. Även om fysiken går att förstå utan detta så kan det ju vara intressant att veta den praktiska biten också. Särskilt det här med PEXen. Har förstått det som att PEX-lagret spontant ger upphov till maskor i isoleringen lite kors och tvärs. Är det på grund av tjockleken av isoleringen och att materialet rör sig, är det åldersrelaterat eller beror det på annat?

Förklara gärna vattenträda (eller vad det hette) samt de andra orsakerna till varför vi får en icke homogen isolering (om det nu va att det va detta det berodde på).

Nu är det ju olika beroende på vilken spänning och vilken nivå man pratar om, sydvästlänkskabeln, en 19 mil likspänningskabel på 320 kV, som är aktuell nu är det extremt viktigt att kabeln är rund men det är även att verktygen för avlägsnande av yttre ledande skiktet ska ta jämt. Liknande principer för Baltic Cable, 25 mil likspänningssjökabel om 450 kV, förstärkt för undervattensförhållande.





Principen är att PEX-isoleringen omges av ledande skikt som du var inne på, skadas detta kommer det leda till glimningar på sikt, beroende på förhållanden och spänningsnivå, men det kan ta många år eller decennier.
Sen har man även försett yttermanteln med ledande skikt för att kunna testa kabeln för yttre fysiska skador oberoende om den ligger i jorden eller ej, ett så kallat mantelprov.
Svällband, svällpulver och aluminiumfolie för att undvika vattengenomträngning, kabel är i TotalTätt utförande, skyddad inåt och längs med. Förutom att PEXen är anpassad för likspänning ser det ungefär lika ut för de flesta kablarna, vissa har inte det förläggningsoberoende mantelledarskiktet, men i det stora hela så.
Mellanspänning.Kabeln är rund eller sektorformad, yttre ledande skiktet är strippbart eller fastsittande vilket kräver specialverktyg för att avlägsna.

Vad gäller PEX-kablarnas svagheter så övergick man på vissa håll till den beprövade pappersoljeisolerade kabeln igen i början på 80-talet, en fabrik fanns i Kladno, Tjeckien, denna var till skillnad från de flesta gamla aluminiumisolerad och blymanteln var inplastad, tyvärr höll den ingen vidare kvalitet och problemen med glimmningar mitt på kabelsträckor upprepade sig med många kabelfel till följd.
De som höll sig till PEX utan vattengenomträngingen klarade sig utan större problem, fel uppstår typiskt i en skarv p.g.a. dåliga förhållanden eller slarv dock vidhåller kabeltillverkaren att en kabel max klarar 50 år. Vill ju sälja kabel också såklart.
I äldre installationer uppstod problem ofta genom att skarvarna rostat sönder och tömts på olja, även avslut med dessa kan övervakas. Vanligt idag är övergången papper-plast, överslag i pappersgrenen mellan faser eller mot bly, oljebarriären har kapslat in fukt exempelvis.

Det är dessutom skillnad på PEX matrialet (isoleringen) i AC och DC kablar.(olika egenskaper)

Sjökabel har oftast en blymantel för att vara helt tät, men det finns tillverkare som använder koppar som tätskikt.

Svällpulver används ej längre utan nu är det garn med svällpulver eller svällband, det är lättare att få det jämt fördelat i ledaren. Mängden beror på hur djupt kabeln skall förläggas, mer längsvattentätning ju djupare förläggning.

Idag anlände boken och jag måste passa på att tacka för tipset Torbjörn. Har redan läst genom delen som behandlar glimningen (även om ordet glimning inte används en enda gång i boken). Den förklarar problemet på ett relativt enkelt sätt, nämligen jonisering i isolermaterialet runt "blåsorna" p g a den höga fältstyrkan.

Ska bli ett nöje att läsa resten av boken. Plus att den va ganska snygg.

Michell, vad är det för bok? Jag är allmänt intresserad i kabelhistorik och har samlat en del böcker i ämnet.
Inre halvledare har för avsikt att utjämna de oregelbundenheter som ledaren kan ha. Man vill åstadkomma en helt slät dielektrisk yta in mot isoleringen. Skilj mellan pappersisolerade kablar ( t ex som Baltic Cable) och PEX-isolerad kabel.
På utsidan av isoleringen vill man också ha en slät fin dielektrisk yta och applicerar ett halvledande skikt. I papperskablar består det av sotpapper och i PEX-kablar av ett sam-extruderat skikt av halvledande polyeten.

thomas_blekinge skrev: Michell, vad är det för bok? Jag är allmänt intresserad i kabelhistorik och har samlat en del böcker i ämnet.

Se inlägg # 5 i denna tråd.