کابل های برق عایق شده XLPE: رتبه بندی و آزمایش

رتبه بندی ولتاژ و سطوح عایق

کابل های برق با عایق 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 کیلو ولت به مدت پنج دقیقه در طول آزمایش پذیرش کارخانه، تأیید یکپارچگی لایه عایق اکسترود شده.

انتخاب درجه ولتاژ صحیح مستلزم تطبیق کابل با حداکثر ولتاژ کار مداوم سیستم و مدت زمان خطای زمین مورد انتظار آن است. برای یک سیستم 12 کیلوولت که در آن خطاهای زمین در یک ثانیه پاک می شوند، یک کابل 6/10 کیلو ولت ممکن است با در نظر گرفتن اضافه ولتاژهای گذرا کمتر از اندازه باشد. مقیاس ضخامت عایق با کلاس ولتاژ: ویژگی های کابل برق 15 کیلوولت XLPE عایق شده معمولی 4.5 میلی متر عایق XLPE ، در حالی که کابل 35 کیلوولت این مقدار را تقریباً افزایش می دهد 8.4 میلی متر . این ضخامت اضافی مستقیماً بر قطر کلی کابل، سفتی خمشی و محاسبات کششی مورد نیاز در هنگام نصب تأثیر می گذارد.

ظرفیت حمل جریان و عوامل کاهش دهنده

ظرفیت کابل های برق با عایق XLPE یک عدد ثابت نیست. بر اساس روش نصب، دمای محیط، مقاومت حرارتی خاک و نزدیکی مدارهای همسایه تغییر می کند. کابل مسی XLPE 240 میلی‌متری 3 هسته‌ای که برای دفن مستقیم درجه‌بندی شده است، ممکن است حمل شود 480 A در دمای 90 درجه سانتیگراد هادی به صورت مجزا، اما زمانی که کابل در یک داکت بانک با چهار مدار بارگذاری شده دیگر و مقاومت حرارتی خاک 1.2 K·m/W به جای 1.0 K·m/W فرضی، نصب می شود، این رقم به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

جدول زیر فاکتورهای درجه بندی معمولی اعمال شده بر روی کابل های برق عایق بندی شده XLPE نصب شده در پیکربندی های مختلف را بر اساس دستورالعمل های IEC 60364-5-52 نشان می دهد.

اثر تجمعی عوامل کاهش دهنده چندگانه، ضربی است. یک کابل در یک داکت بانک چهار مداره با دمای زمین بالا ممکن است باعث کاهش توان موثر آن شود. 270 A یا کمتر ، تقریباً نصف امتیاز آن در هوای آزاد است. مواد پس‌پر حرارتی با مقاومت کم، مانند ماسه متصل به سیمان یا دوغاب‌های مهندسی شده خاص اطراف بانک کانال، به اقدامات کاهشی ضروری برای بازیابی ظرفیت از دست رفته بدون افزایش سطح مقطع هادی تبدیل می‌شوند.

تحمل نصب و محدودیت های کششی

نصب میدانی کابل های برق با عایق XLPE نیازمند رعایت دقیق حداقل شعاع خمشی و حداکثر کشش است. حداقل شعاع خمش برای کابل XLPE تک هسته ای در حین نصب معمولاً است 15 برابر قطر کلی کابل ، برای کابل های سه هسته ای به 12 برابر افزایش می یابد. تجاوز از این شعاع باعث آسیب جبران ناپذیری به ساختار عایق XLPE می شود: شعاع داخلی فشرده می شود در حالی که شعاع بیرونی کشیده می شود و به طور بالقوه حفره های ریز ایجاد می کند که تحت ولتاژ عملیاتی به مکان های تخلیه جزئی تبدیل می شوند.

کشش محدودیت هادی و عایق را از آسیب مکانیکی در طول کابل گذاری محافظت می کند. حداکثر کشش برای کابل XLPE رسانای مسی نباید از آن تجاوز کند 50 نیوتن در هر میلی متر مربع مقطع هادی . برای یک هادی مسی 300 میلی متر مربع، این به معنای 15000 نیوتن نیروی کششی مجاز است. این کشش باید در طول کل مسیر کشش برنامه ریزی شده، از جمله افزایش اصطکاک در هر خم مجرا، محاسبه شود. روان کننده های کابلی سازگار با مواد ژاکت XLPE، معمولاً یک بنتونیت یا ژل مبتنی بر پلیمر، ضریب اصطکاک را تا حدودی کاهش می دهد. 0.25 تا 0.35 ، نیروی کششی مورد نیاز را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. فشار دیواره جانبی که در آن کابل در داخل یک خم مجرا قرار می گیرد نیز باید بررسی شود، با یک حد معمولی از 1500 نیوتن در هر متر شعاع خم برای کابل های XLPE برای جلوگیری از تغییر شکل عایق.

خاتمه و تمرینات مشترک

نقاطی که کابل‌های برق عایق‌شده XLPE به تابلو برق متصل می‌شوند یا به بخش‌های کابل دیگر متصل می‌شوند، بالاترین مکان‌های خرابی آماری را در هر شبکه نشان می‌دهند. پایانه ای که به درستی اجرا شده است، کنترل تنش الکتریکی را که صفحه عایق کاری کارخانه ارائه کرده است، بازسازی می کند. نقطه برش صفحه، ناحیه ای با تنش الکتریکی بالا ایجاد می کند، و یک لوله کنترل تنش یا مخروط تنش هندسی باید این پتانسیل را از ولتاژ رسانا تا پتانسیل زمین در طول پایانی درجه بندی کند.

پایانه های هیت شرینک برای کابل های 15 کیلوولت XLPE نیاز به آماده سازی روشی دارند: ژاکت بیرونی برای نمایان شدن سپر فلزی برداشته می شود، محافظ به ابعاد مشخص شده بریده می شود، صفحه عایق پوسته می شود تا XLPE تمیز در معرض دید قرار گیرد، و سطح عایق صاف با سنگ ساینده مشخص شده توسط سازنده اصطلاح ساینده سمباده می شود. هر علامت نمره ای که بر روی سطح XLPE از یک برش بی دقت چاقو در حین برداشتن صفحه نمایش باقی می ماند، به نقطه شروع تخلیه جزئی تبدیل می شود. معمولاً ماستیک یا لوله کنترل تنش باید با فاصله مشخص شده توسط سازنده روی لبه صفحه همپوشانی داشته باشد 15 میلی متر تا 25 میلی متر ، برای اطمینان از شکست هموار خطوط میدان الکتریکی بدون ردیابی سطح. پس از نصب، بند انتهایی باید با یک قالب شش ضلعی منطبق با کلاس هادی و سطح مقطع، فشرده شود تا به یک جوش سرد ضد گاز بین بشکه و رشته های مسی دست یابد.

تست و راه اندازی میدانی

آزمایش کابل‌های برق عایق‌شده XLPE پس از نصب، اما قبل از برق‌رسانی، آخرین دروازه‌ای است که نقص‌های کار، آسیب‌های حمل و نقل و خطاهای پایان کار را تشخیص می‌دهد. تست راه اندازی پذیرفته شده برای مدارهای جدید XLPE ولتاژ متوسط a شکل موج سینوسی فرکانس بسیار پایین در 0.1 هرتز ، به مدت 30 تا 60 دقیقه اعمال می شود. برای یک کابل 15 کیلوولت با درجه بندی فاز به زمین 8.7 کیلوولت، ولتاژ آزمایش VLF معمولاً روی تنظیم می شود. 2.0 تا 3.0 U₀ ، مربوط به پیک تقریباً 18 کیلوولت تا 26 کیلوولت است.

آزمایش با پتانسیل بالا DC، زمانی که روش استاندارد بود، برای کابل‌های برق عایق‌شده XLPE کنار گذاشته شد، زیرا بار فضایی را در عایق رسوب می‌کند که می‌تواند باعث خرابی در حین کار پس از اتصال مجدد کابل به AC شود. آزمایش VLF، همراه با اندازه‌گیری دلتای قهوهای مایل به زرد در چند مرحله ولتاژ، یک خط پایه تشخیصی را فراهم می‌کند. کابل XLPE جدید و سالم باید مقدار دلتای برنزه را در زیر نشان دهد 0.2 × 10-3 با حداقل تغییرات بین مراحل ولتاژ. هر کابلی که دلتای مایل به زرد بیش از این آستانه را نشان دهد، یا افزایش گامی بین سطوح ولتاژ متوالی را نشان دهد، نشان دهنده آلودگی، رطوبت، یا نقص اکستروژن است که نیاز به بررسی و جایگزینی بالقوه کابل قبل از راه اندازی مدار دارد.

پایش طولانی مدت پیری و وضعیت

عایق XLPE از طریق دو مکانیسم اصلی تخریب می شود: پیری حرارتی ناشی از عملکرد پایدار در دمای 90 درجه سانتیگراد یا نزدیک به آن، و رشد درخت آب در حضور رطوبت و استرس الکتریکی. ترکیبات مدرن XLPE دارای افزودنی های مقاوم در برابر آب هستند، اما کابل های تولید شده قبل از پذیرش گسترده این فرمول ها در دهه 1990 آسیب پذیر هستند. برنامه‌های پایش وضعیت از نقشه‌برداری تخلیه جزئی و طیف‌سنجی دی الکتریک برای شناسایی کابل‌های برق عایق‌شده XLPE قبل از خرابی استفاده می‌کنند.

اندازه‌گیری تخلیه جزئی، که با جفت‌کننده‌های خازنی در پایانه‌ها یا ترانسفورماتورهای جریان فرکانس بالا در اطراف اتصال زمین کابل انجام می‌شود، تخلیه‌هایی را با مقادیر بار ظاهری به اندازه پایین تشخیص می‌دهد. 5 تا 10 پیکوکولومب . کابلی که دارای ولتاژ شروع تخلیه جزئی کمتر از 1.3 برابر ولتاژ عملیاتی است، در حال نزدیک شدن به شرایطی است که احتمال خطا در یک تا سه سال آینده وجود دارد. برای مدارهای بحرانی، سیستم‌های نظارت بر تخلیه جزئی آنلاین که به طور دائم در پایانه‌های تابلو برق نصب می‌شوند، نظارت مداوم بر وضعیت کابل برق عایق‌شده XLPE را فراهم می‌کنند و زمانی که فعالیت تخلیه در میزان یا میزان تکرار تغییر می‌کند، آلارم ایجاد می‌کند. این داده ها به مدیران دارایی اجازه می دهد تا به جای پاسخ به یک خطای اضطراری که تولید یا ارائه خدمات را قطع می کند، قطعی های برنامه ریزی شده برای تعویض کابل را برنامه ریزی کنند.