Kabel Kuasa Bertebat XLPE: Penarafan & Pengujian

Penarafan Voltan dan Tahap Penebat

Kabel kuasa berpenebat XLPE are manufactured to defined voltage classes that specify the phase-to-phase and phase-to-ground withstand capabilities. The most common medium-voltage designations under IEC 60502-2 are 6/10 kV, 8.7/15 kV, 12/20 kV, and 18/30 kV, where the first figure represents the rated phase-to-ground voltage and the second the rated phase-to-phase voltage. A cable designated 8.7/15 kV must withstand a power-frequency test voltage of 30.5 kV selama lima minit semasa ujian penerimaan kilang, mengesahkan integriti lapisan penebat tersemperit.

Memilih penarafan voltan yang betul memerlukan pemadanan kabel dengan voltan operasi berterusan maksimum sistem dan jangkaan jangka masa kerosakan tanah. Untuk sistem 12 kV di mana kerosakan tanah dibersihkan dalam masa satu saat, kabel 6/10 kV mungkin bersaiz kecil sebaik sahaja voltan lampau sementara dipertimbangkan. Skala ketebalan penebat dengan kelas voltan: ciri kabel kuasa berpenebat XLPE 15 kV biasa 4.5 mm penebat XLPE , manakala kabel 35 kV meningkatkan ini kepada lebih kurang 8.4 mm . Ketebalan tambahan ini secara langsung mempengaruhi diameter keseluruhan kabel, kekakuan lentur dan pengiraan ketegangan tarikan yang diperlukan semasa pemasangan.

Kapasiti Bawaan Semasa dan Faktor Penurunan

Kapasiti kabel kuasa bertebat XLPE bukanlah satu nombor tetap. Ia beralih berdasarkan kaedah pemasangan, suhu ambien, kerintangan haba tanah, dan kedekatan litar jiran. Kabel XLPE tembaga 3-teras 240 mm² yang dinilai untuk pengebumian terus mungkin dibawa 480 A pada suhu konduktor 90°C dalam pengasingan, tetapi angka ini menurun dengan ketara apabila kabel dipasang di tebing saluran dengan empat litar bermuatan lain dan kerintangan haba tanah 1.2 K·m/W berbanding 1.0 K·m/W yang diandaikan.

Jadual di bawah menunjukkan faktor penurunan nilai biasa yang digunakan pada kabel kuasa berpenebat XLPE yang dipasang dalam pelbagai konfigurasi, berdasarkan garis panduan IEC 60364-5-52.

Kesan kumulatif pelbagai faktor penurunan adalah berganda. Kabel dalam tebing saluran empat litar dengan suhu tanah yang dinaikkan mungkin melihat ampacity berkesannya dikurangkan kepada 270 A atau kurang , hampir separuh rating siaran bebasnya. Bahan timbus terma dengan kerintangan rendah, seperti pasir berikat simen atau grout yang direka khusus di sekeliling tebing saluran, menjadi langkah pengurangan penting untuk memulihkan kapasiti yang hilang tanpa meningkatkan keratan rentas konduktor.

Toleransi Pemasangan dan Had Tarik

Pemasangan medan kabel kuasa bertebat XLPE memerlukan pematuhan ketat kepada jejari lentur minimum dan ketegangan tarikan maksimum. Jejari lenturan minimum untuk kabel XLPE teras tunggal semasa pemasangan biasanya 15 kali diameter keseluruhan kabel , meningkat kepada 12 kali ganda untuk kabel tiga teras. Melebihi jejari ini menyebabkan kerosakan tidak dapat dipulihkan pada struktur penebat XLPE: jejari dalam memampat manakala jejari luar meregang, berpotensi mewujudkan lompang mikro yang berubah menjadi tapak nyahcas separa di bawah voltan operasi.

Menarik had ketegangan melindungi konduktor dan penebat daripada kerosakan mekanikal semasa pemasangan kabel. Ketegangan tarikan maksimum untuk kabel XLPE pengalir tembaga tidak boleh melebihi 50 N setiap milimeter persegi keratan rentas konduktor . Untuk konduktor kuprum 300 mm², ini diterjemahkan kepada 15,000 N daya tarikan yang dibenarkan. Ketegangan ini mesti dikira sepanjang keseluruhan laluan tarik yang dirancang, termasuk peningkatan geseran pada setiap selekoh konduit. Pelincir kabel yang serasi dengan bahan jaket XLPE, biasanya gel berasaskan bentonit atau polimer, mengurangkan pekali geseran kepada lebih kurang 0.25 hingga 0.35 , merendahkan dengan ketara daya tarikan yang diperlukan. Tekanan dinding sisi di mana kabel menahan bahagian dalam selekoh konduit juga mesti diperiksa, dengan had biasa 1,500 N setiap meter jejari selekoh untuk kabel XLPE untuk mengelakkan ubah bentuk penebat.

Penamatan dan Amalan Mencantum

Titik di mana kabel kuasa bertebat XLPE disambungkan ke suis atau sambung ke bahagian kabel lain mewakili lokasi kegagalan statistik tertinggi dalam mana-mana rangkaian. Penamatan yang dilaksanakan dengan betul membina semula kawalan tegasan elektrik yang disediakan oleh skrin penebat yang digunakan kilang. Titik potong belakang skrin mewujudkan kawasan tekanan elektrik yang tinggi, dan tiub kawalan tegasan atau kon tegasan geometri mesti menggredkan potensi ini dengan lancar daripada voltan konduktor kepada potensi tanah sepanjang panjang penamatan.

Penamatan pengecutan haba untuk kabel XLPE 15 kV memerlukan penyediaan yang teratur: jaket luar ditanggalkan untuk mendedahkan perisai logam, perisai dipotong mengikut dimensi yang ditentukan, skrin penebat dikupas kembali untuk mendedahkan XLPE yang bersih, dan permukaan penebat diampelas licin dengan pasir kasar yang ditentukan oleh pengilang penamatan. Mana-mana tanda skor yang tertinggal pada permukaan XLPE daripada pemotongan pisau yang cuai semasa mengeluarkan skrin menjadi titik permulaan pelepasan separa. Damar atau tiub kawalan tegasan mesti bertindih dengan tepi skrin mengikut jarak yang ditentukan pengeluar, biasanya 15 mm hingga 25 mm , untuk memastikan garisan medan elektrik membias dengan lancar tanpa pengesanan permukaan. Selepas pemasangan, lug penamatan mesti dikelim dengan die heksagon yang dipadankan dengan kelas konduktor dan keratan rentas, menggunakan mampatan yang mencukupi untuk mencapai kimpalan sejuk kedap gas antara tong lug dan helai kuprum.

Pengujian dan Pentauliahan Lapangan

Menguji kabel kuasa bertebat XLPE selepas pemasangan tetapi sebelum penjanaan adalah pintu terakhir yang menangkap kecacatan mutu kerja, kerosakan pengangkutan dan ralat penamatan. Ujian pentauliahan yang diterima untuk litar XLPE voltan sederhana baharu ialah a bentuk gelombang sinusoidal frekuensi sangat rendah pada 0.1 Hz , digunakan untuk tempoh 30 hingga 60 minit. Untuk kabel 15 kV dengan penarafan fasa ke tanah 8.7 kV, voltan ujian VLF biasanya ditetapkan kepada 2.0 hingga 3.0 U₀ , sepadan dengan lebih kurang 18 kV hingga 26 kV puncak.

Ujian berpotensi tinggi DC, setelah amalan standard, telah ditinggalkan untuk kabel kuasa berpenebat XLPE kerana ia mendepositkan cas ruang dalam penebat yang boleh mencetuskan kegagalan dalam perkhidmatan selepas kabel disambungkan semula ke AC. Ujian VLF, digabungkan dengan pengukuran tan delta pada berbilang langkah voltan, menyediakan garis dasar diagnostik. Kabel XLPE baharu yang sihat harus menunjukkan nilai tan delta di bawah 0.2 × 10⁻³ dengan variasi minimum antara langkah voltan. Sebarang kabel yang menunjukkan delta tan melebihi ambang ini, atau peningkatan perubahan langkah antara paras voltan berturut-turut, menunjukkan pencemaran, kemasukan lembapan atau kecacatan penyemperitan yang memerlukan penyiasatan dan kemungkinan penggantian kabel sebelum litar diletakkan dalam perkhidmatan.

Pemantauan Penuaan dan Keadaan Jangka Panjang

Penebat XLPE merosot melalui dua mekanisme utama: penuaan haba daripada operasi berterusan pada atau berhampiran had 90°C, dan pertumbuhan pokok air dengan kehadiran kelembapan dan tekanan elektrik. Sebatian XLPE moden menggabungkan bahan tambahan kalis pokok air, tetapi kabel yang dihasilkan sebelum penggunaan meluas formulasi ini pada tahun 1990-an kekal terdedah. Program pemantauan keadaan menggunakan pemetaan nyahcas separa dan spektroskopi dielektrik untuk mengenal pasti kabel kuasa penebat XLPE yang sudah tua sebelum ia gagal dalam perkhidmatan.

Pengukuran nyahcas separa, dilakukan dengan pengganding kapasitif pada penamatan atau pengubah arus frekuensi tinggi di sekeliling sambungan bumi kabel, mengesan nyahcas dengan magnitud cas ketara serendah 5 hingga 10 picocoulombs . Kabel yang mempamerkan voltan permulaan nyahcas separa di bawah 1.3 kali voltan kendalian menghampiri keadaan yang berkemungkinan berlaku kerosakan dalam tempoh satu hingga tiga tahun akan datang. Untuk litar kritikal, sistem pemantauan nyahcas separa dalam talian yang dipasang secara kekal pada penamatan suis menyediakan pengawasan berterusan terhadap keadaan kabel kuasa terlindung XLPE, mencetuskan penggera apabila aktiviti nyahcas berubah dalam magnitud atau kadar pengulangan. Data ini membolehkan pengurus aset menjadualkan gangguan yang dirancang untuk penggantian kabel dan bukannya bertindak balas kepada kerosakan kecemasan yang mengganggu pengeluaran atau penghantaran perkhidmatan.