Подземный кабель высокого напряжения: руководство по проектированию, выбору и монтажу

Каждый проект подземной линии связи, кажется, начинается с одной и той же дилеммы: как разместить цепь достаточной мощности на трассе, которая никогда не предназначалась для кабельной траншеи. Подземный кабель высокого напряжения 33 кВ или 35 кВ может решить эту проблему, но только тогда, когда размер проводника, изоляция, оболочка и метод установки выбраны как одна система, а не как отдельные компоненты. В этом руководстве объясняется, чем подземный высоковольтный кабель отличается от воздушной линии, как классы напряжения и изоляция влияют на рабочие характеристики и что следует проверять во время спецификации и установки.

Что считается подземным кабелем высокого напряжения?

Кабель подземный высокого напряжения — кабель заводской сборки, работающий при линейном напряжении выше 1 кВ и предназначенный для подземной прокладки. Во многих спецификациях коммунальных предприятий один и тот же термин охватывает кабели напряжением от 6 кВ до 35 кВ, поскольку они используют одну и ту же технологию изоляции из сшитого полиэтилена и аналогичные системы аксессуаров. Кабель не является одножильным; это слоистая конструкция, включающая многопроволочный медный или алюминиевый проводник, экран проводника, изоляцию из сшитого полиэтилена, изоляционный экран, металлический экран и внешнюю оболочку.

Каждый слой выполняет определенную функцию. Полупроводниковые экраны выравнивают электрическое поле и подавляют частичные разряды. Металлический экран проводит емкостные токи и токи повреждения и обеспечивает экранирование. Внешняя оболочка защищает изоляцию от влаги и механических повреждений. Для фидера дополнительной передачи преобладающей изоляцией является сшитый полиэтилен, поскольку он может выдерживать постоянную температуру проводника 90 °C и температуру короткого замыкания до 250 °C.

Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена от 3,6/6 кВ до 26/35 кВ Этот кабель среднего напряжения из сшитого полиэтилена подходит для подземных питающих сетей, где устойчивость к влаге, теплу и механическим нагрузкам имеет решающее значение. Его сшитая изоляция поддерживает непрерывную работу при температуре 90°C и широко используется в городских сетях и промышленном энергораспределении. Посмотреть продукт →

Почему стоит выбирать подземные сети для цепей высокого напряжения?

Подземную установку выбирают, когда полоса отвода ограничена, когда воздушные линии неприемлемы визуально или экологически, или когда трасса проходит под дорогами, реками, зданиями или коридорами аэропорта. Закопанный кабель в значительной степени защищен от молнии, ветра, льда и скачкообразного движения проводников. Это приводит к меньшему количеству отключений, связанных с погодными условиями, чем на воздушных линиях.

Подземные схемы имеют свои компромиссы. Их дороже построить, труднее обнаружить после неисправности и медленнее ремонтировать. Рассеяние тепла также ограничивается почвой и засыпкой. Кабель, который пропускает 600 А на открытом воздухе, может быть ограничен до 450 А при прокладке в сухой почве без специального теплового покрытия. Таким образом, реальная токовая нагрузка подземного кабеля высокого напряжения определяется условиями установки, а не только размером проводника.

Классы напряжения и типичные применения

Выбор напряжения является первым шагом в спецификации кабеля. Для подземных распределительных сетей общепринятыми номинальными напряжениями являются 6/1 кВ, 12/20 кВ, 18/30 кВ и 26/35 кВ. В таблице ниже приведены типичные роли.

С практической точки зрения, кабель 6/1 кВ может питать большое промышленное здание, а кабель 26/35 кВ может подавать электроэнергию на загруженную городскую подстанцию из оптовой точки электроснабжения. Для инженеров-проектировщиков очень важно обеспечить соответствие номинального напряжения кабеля условиям замыкания на землю в системе. Значение U0, напряжение между проводником и экраном, должно охватывать максимальную продолжительность одиночного замыкания на землю.

Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена 0,6/1 кВ для распределения Этот низковольтный кабель из сшитого полиэтилена идеально подходит для электроснабжения зданий, промышленных предприятий и прямого захоронения. Он обеспечивает более высокую токовую мощность и лучшие механические характеристики, чем альтернативы с ПВХ-изоляцией, что делает его практичным выбором для современных распределительных сетей. Посмотреть продукт →

Детали строительства, влияющие на подземную жизнь

После выбора уровня напряжения физическая конструкция кабеля начинает иметь значение. При подземной работе заслуживают внимания четыре детали конструкции:

• Компактный многожильный проводник – уменьшает внешний диаметр и позволяет уменьшить радиус изгиба.
• Изоляция из сшитого полиэтилена тройной экструзии – наносится вместе с проводником и изоляционными экранами на одной экструзионной линии, сводя к минимуму загрязнения и пустоты.
• Металлический дизайн экрана – экран из медной проволоки легче заделывать и он лучше выдерживает короткое замыкание, чем тонкая медная лента.
• Материал внешней оболочки – ПЭ прочный и влагостойкий; ПВХ обладает огнестойкими свойствами; специальные составы против термитов и грызунов необходимы в сельских или тропических районах, где существует риск биологического нападения.

Проникновение воды является одной из наиболее частых причин выхода из строя подземных кабелей. Влага в сочетании с электрическим напряжением создает водяные деревья в сшитом полиэтилене, которые могут расти годами и в конечном итоге привести к поломке. Вот почему многим коммунальным предприятиям требуется радиальный водный барьер или, по крайней мере, водоблокирующая оболочка для цепей, проходящих под землей.

Силовой кабель, устойчивый к термитам и грызунам Этот кабель изготовлен из экологически чистых материалов, устойчивых к биологическому повреждению от термитов и грызунов, что обеспечивает долгосрочную надежность в суровых подземных или надземных условиях. Выбирайте защиту от термитов, грызунов или комбинированную защиту. Посмотреть продукт →

Рекомендации по установке и защите

Даже хорошо построенный подземный кабель высокого напряжения может быстро выйти из строя, если он установлен неправильно. Наиболее надежные установки следуют нескольким основным принципам:

• Проложите кабель в устойчивой траншее с гладким экранированным дном.
• Используйте подстилочный материал с низким термическим сопротивлением, например песок или тощий бетон.
• Соблюдайте необходимый минимальный радиус изгиба при выдергивании проушин и соединений.
• Ограничьте натяжение, используя подходящий тянущий захват и тросовые ролики.
• Закройте цепь защитной плиткой, предупредительной лентой или и тем, и другим.
• Запишите точный маршрут и глубину будущих раскопок.

Такие меры ограничивают механическое напряжение, улучшают рассеивание тепла и снижают вероятность повреждения в результате раскопок третьих лиц, что остается основной причиной повреждений подземных кабелей во многих сетях.

Тестирование и обеспечение качества

Тестирование начинается на заводе и продолжается до тех пор, пока на кабель не будет подано напряжение. Для подземных кабелей высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена спектр испытаний включает в себя плановые испытания на каждой производственной длине, выборочные испытания для небольшого процента заказа и типовые испытания, подтверждающие конструкцию. Измерение частичных разрядов особенно важно, поскольку даже крошечные пустоты в изоляции могут вызвать пробой во время работы.

После установки может потребоваться испытание на устойчивость к СНЧ или постоянному току. Испытание СНЧ предпочтительнее для современных кабелей из сшитого полиэтилена, поскольку оно подвергает изоляцию нагрузке, максимально приближенной к условиям эксплуатации, не повреждая звуковой кабель. Испытания на месте часто распространяются на соединения и выводы, поскольку эти аксессуары являются общими слабыми местами.

Владельцы и подрядчики должны требовать документированные результаты испытаний и проверять наличие у производителя кабеля соответствующей сертификации. Сторонние сертификация продукции и сертификация системы, такая как ISO 9001, являются полезной основой для оценки поставщиков.

Выбор правильного кабеля и поставщика

Выбор подземного кабеля высокого напряжения – это мероприятие по управлению рисками. Первым шагом является сбор параметров системы: номинальное напряжение, уровень неисправности, ожидаемая нагрузка, температура окружающей среды, термическое сопротивление и длина трассы. Затем сравните варианты материалов проводника: медь увеличивает токовую нагрузку для того же диаметра, но увеличивает стоимость; Алюминий легче и дешевле, но для той же токовой нагрузки требуется большее поперечное сечение.

Другие факторы включают материал оболочки, наличие водоблокирующих слоев, упаковку кабеля и длину барабана, а также способность производителя поставлять длинные непрерывные длины для минимизации стыков. Кабель с одним соединением меньше может сократить время установки и количество возможных отказов в будущем. Вы также хотите подтвердить, что поставщик может предоставить полный файл отслеживания: сертификаты на материалы, отчеты о плановых испытаниях и инструкции по установке.

Решение о покупке должно основываться на стоимости жизненного цикла и технических характеристиках, а не только на начальной цене. Более подробную информацию об электрических и механических компромиссах можно найти в этом кратком руководстве по выбор силового кабеля освещает основные моменты.

Надежные подземные кабельные сети высокого напряжения не создаются с помощью одного интеллектуального компонента; они возникают в результате сочетания чистой конструкции кабеля, высококачественного производства, правильного класса напряжения и контролируемой установки. Начните с напряжения и нагрузки системы, затем выберите изоляцию и оболочку трассы и закончите испытаниями и документацией, подтверждающей готовность кабеля к эксплуатации. Сбалансировав все эти факторы, владельцы сетей могут создать подземные фидеры, которые будут безопасно работать десятилетиями.