Силовые кабели высокого напряжения: как выбрать изоляцию и номинальное напряжение

Кабель из сшитого полиэтилена на напряжение 26/35 кВ не заменяет кабель из ПВХ на напряжение 0,6/1 кВ. Когда спецификация проекта требует использования фидера среднего напряжения, неправильный размер изоляции или проводника может привести к устойчивому перегреву, преждевременному выходу из строя и незапланированной замене кабеля. Рассмотрим нагрузку 20 МВА при напряжении 35 кВ: линейный ток составляет около 330 А. Медный проводник сечением 150 мм² с изоляцией из сшитого полиэтилена может проводить этот ток в воздухе, но тому же алюминиевому проводнику потребуется большее поперечное сечение, чтобы выдержать ту же точную нагрузку. Первый вопрос не «какой марки», а «какой конструкции» по реальному рабочему напряжению, нагрузке на окружающую среду и способу установки. В этом руководстве основное внимание уделяется силовым кабелям высокого напряжения в диапазоне среднего напряжения (до 35 кВ) и предлагаются практические критерии выбора, которые могут использовать инженеры и менеджеры по закупкам.

Что означает «высокое напряжение» в силовых кабелях?

В международных стандартах низкое напряжение обычно охватывает до 1 кВ, среднее напряжение — от 1 до 35 кВ, а высокое — выше 35 кВ. Однако в коммунальной и промышленной практике термин «силовой кабель высокого напряжения» часто используется для любого кабеля напряжением выше 1 кВ, который обслуживает распределительные или передающие цепи. В этой статье мы сосредоточимся на диапазоне от 1,8/3 кВ до 26/35 кВ, который охватывает большинство промышленных и коммунальных сетей среднего напряжения. Системы более высокого напряжения (66 кВ и выше) используют разные конструкции кабелей, но принципиальная логика выбора остается схожей. Понимание класса напряжения имеет важное значение, поскольку оно определяет толщину изоляции, конструкцию экрана и метод тестирования. Внешний диаметр кабеля 26/35 кВ примерно в два раза больше, чем у кабеля 8,7/15 кВ при том же размере проводника, что влияет на радиус изгиба и ширину траншеи.

Ключевые детали конструкции, требующие проверки

Силовой кабель высокого напряжения состоит из четырех отдельных слоев: проводника, экрана проводника, изоляции и изоляционного экрана, за которыми следуют металлический экран и внешняя оболочка. Каждый слой имеет определенную функцию. Проводник должен иметь сопротивление, соответствующее классу 1 или классу 2 стандарта IEC 60228. Экран проводника и изоляционный экран сглаживают электрическое поле и предотвращают частичный разряд. Металлический экран служит как обратный путь для токов повреждения, так и электромагнитный экран. Внешняя оболочка может быть изготовлена ​​из ПВХ, полиэтилена или огнестойкого компаунда, в зависимости от условий монтажа. Обратите внимание на материал проводника: медь обеспечивает более низкое сопротивление постоянному току при том же поперечном сечении, а алюминий снижает вес и стоимость. Для кабеля 26/35 кВ обычно используются поперечные сечения от 50 мм² до 300 мм², и при укладке кабелей в жгуты, под землей или при установке в жарких средах необходимо применять коэффициенты снижения номинальных характеристик. Полупроводниковые экраны должны быть выдавлены и плотно приклеены к изоляции, иначе образуются пустоты и частичный разряд в конечном итоге приведет к разрушению изоляции.

Изоляция из сшитого полиэтилена и ПВХ для среднего и высокого напряжения

Изоляционный материал определяет, какую тепловую и электрическую нагрузку может выдержать кабель. Сшитый полиэтилен (сшитый полиэтилен) является выбором по умолчанию для силовых кабелей среднего и высокого напряжения, поскольку он может выдерживать постоянную температуру проводника 90°С и аварийную температуру до 130°С. ПВХ, с другой стороны, обычно ограничен постоянной температурой 70°С. Для цепей 0,6/1 кВ ПВХ остается экономичным, но для цепей 26/35 кВ почти стандартным является сшитый полиэтилен. В таблице 1 сравниваются ключевые характеристики. В полевых условиях выбор между этими материалами часто является первым решением, влияющим на результат. сравнение изоляции из сшитого полиэтилена и ПВХ .

Выбор номинального напряжения: 8,7/15 кВ и 26/35 кВ

Номинальные напряжения обозначаются как U ₀ /U, где U ₀ – линейное напряжение, а U – линейное напряжение. Для кабеля 26/35 кВ U ₀ составляет 26 кВ, а U составляет 35 кВ. На практике для распределения электроэнергии от подстанций 35 кВ применяется кабель из сшитого полиэтилена напряжением 26/35 кВ, кабели напряжением 8,7/15 кВ обслуживают внутренние фидеры промышленных предприятий, а кабели напряжением 12/20 кВ распространены в городских распределительных сетях. Выбор номинального напряжения выше номинального напряжения системы не обязательно повышает надежность; это может увеличить стоимость и снизить гибкость. Правильный номинал — тот, который соответствует максимальному рабочему напряжению системы и конфигурации заземления нейтрали. Например, система с номинальным напряжением 35 кВ и эффективно заземленной нейтралью может обслуживаться кабелем 26/35 кВ, тогда как система с незаземленной или изолированной нейтралью может потребовать более высокого уровня изоляции. Поэтому всегда проверяйте уровень изоляции у инженера-проектировщика.

Выбор правильного сечения проводника

Выбор сечения проводника основан на балансе токовой нагрузки, падения напряжения и устойчивости к короткому замыканию. Допустимая токовая нагрузка ограничена максимальной температурой проводника, которая для сшитого полиэтилена составляет 90°C. Медный проводник сечением 150 мм² на воздухе имеет токовую нагрузку примерно 360 А при температуре 90°C, но при заглублении в почву при температуре 25°C и термическом сопротивлении 1,2 К·м/Вт ток может упасть ниже 300 А. Падение напряжения необходимо проверять на длинных участках; Падение напряжения на 1% при 35 кВ обычно позволяет использовать кабель большей длины, чем при 0,6/1 кВ. При коротких замыканиях температура проводника не должна превышать максимально допустимую температуру в течение времени устранения неисправности. Стандартное руководство гласит, что медные проводники могут выдерживать плотность тока короткого замыкания около 100 А/мм² в течение 1 секунды под изоляцией из сшитого полиэтилена. Эти расчеты определяют минимальное поперечное сечение, и при закупках никогда не следует принимать более тонкий проводник без документированного теплового расчета.

Где используются силовые кабели высокого напряжения

Силовые кабели высокого напряжения встречаются везде, где электрическая энергия должна передаваться на большие расстояния. В коммунальных сетях для подключения подстанций и понижающих трансформаторов используются кабели из сшитого полиэтилена напряжением 26/35 кВ.

СПЭ Insulated Power Cable for Medium and High Voltage Distribution Этот кабель из сшитого полиэтилена подходит для городских сетей, промышленных предприятий и инфраструктуры. Его улучшенная изоляция повышает устойчивость к старению и воздействию окружающей среды, что делает его надежным выбором для надежной передачи энергии на расстояния. Посмотреть продукт →

Промышленные предприятия устанавливают кабели 8,7/15 кВ для питания больших двигателей и распределительных щитов. В системах железнодорожного транспорта для питания тяговых подстанций используются специальные силовые кабели.

Безгалогенный силовой кабель с низким содержанием дыма для городского железнодорожного транспорта Этот кабель на напряжение 35 кВ, разработанный для систем метро и легкорельсового транспорта, обеспечивает огнестойкость и защиту от термитов и грызунов. Он отвечает строгим требованиям безопасности для подземных и путевых условий, обеспечивая надежную тяговую мощность. Посмотреть продукт →

Проекты по возобновляемым источникам энергии также полагаются на эти кабели: солнечная ферма может использовать фотоэлектрические кабели для сбора постоянного тока от батарей и питания центрального инвертора.

Фотоэлектрический кабель для передачи постоянного тока солнечной энергии Этот кабель, предназначенный для солнечных батарей, устойчив к ультрафиолетовому излучению, погодным условиям и озону. Его луженая медная жила и изоляция LSZH обеспечивают стабильную работу в уличных условиях, способствуя долгосрочной эффективности систем возобновляемой энергии. Посмотреть продукт →

Вопросы качества и тестирования

Надежный силовой кабель высокого напряжения должен быть проверен перед отправкой с завода. Плановые испытания включают измерение сопротивления проводника, испытание на частичный разряд при заявленном напряжении, испытание на сопротивление изоляции и испытание на устойчивость к напряжению промышленной частоты. Для кабелей напряжением 26/35 кВ испытание на частичный разряд не должно показывать локального разряда выше указанного предела. Кроме того, в ходе выборочных испытаний проверяются размеры, толщина изоляции и механические свойства. Приемочные испытания на объекте обычно включают испытание постоянным током высокого напряжения или испытание резонансным переменным током, в зависимости от кабельной системы. Настаивайте на получении протоколов испытаний для каждой катушки. Также убедитесь, что завод имеет необходимую сертификацию, например ISO 9001, и сертификаты продукции для предполагаемого рынка.

Практические соображения при покупке

При покупке силовые кабели высокого напряжения , укажите следующие переменные: длину кабеля, размер напорного цилиндра, требуемый радиус изгиба, глубину установки и температуру окружающей среды. Для прямого захоронения используйте кабели с двойной броней из стальной ленты или слоем проволочной брони. Для кабельных лотков или туннелей необходима огнестойкая оболочка для уменьшения распространения огня. Радиус изгиба часто указывается в 12–15 раз больше внешнего диаметра кабеля из сшитого полиэтилена. Грязь, влага и механические повреждения являются тремя наиболее распространенными причинами преждевременного выхода из строя кабелей среднего напряжения. Кроме того, сравните коэффициенты термического снижения характеристик для разных маршрутов. Изменение условий установки с воздуха на почву может снизить токовую нагрузку на 20–30%. Помните, что общая стоимость владения включает в себя кабель, установку и стоимость неисправности, поэтому выбирайте поставщика, который может обеспечить стабильное качество и надежную документацию по испытаниям.

Выбор силового кабеля высокого напряжения — это инженерное решение, основанное на напряжении системы, изоляционном материале, размере проводника и условиях установки. Начните со спецификации, затем проверьте возможности поставщика по проведению испытаний и его послужной список. Надежный производитель кабелей, имеющий сертификаты ISO 9001 и TÜV, может предоставить необходимую документацию и согласованность для проектов коммунального хозяйства, промышленности и возобновляемых источников энергии. Наша команда занимается производством силовых кабелей среднего и высокого напряжения с 1998 года, и мы будем рады вашим техническим вопросам. Узнайте больше о нашем производственный опыт .