XLPE Yalıtımlı Güç Kabloları: Derecelendirmeler ve Testler

Gerilim Değerleri ve Yalıtım Seviyeleri

XLPE yalıtımlı güç kabloları 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 Beş dakika boyunca 30,5 kV fabrika kabul testleri sırasında, ekstrüde edilmiş yalıtım katmanının bütünlüğünün doğrulanması.

Doğru voltaj değerinin seçilmesi, kablonun sistemin maksimum sürekli çalışma voltajına ve beklenen toprak arıza süresine uygun hale getirilmesini gerektirir. Toprak arızalarının bir saniye içinde giderildiği 12 kV'luk bir sistem için, geçici aşırı gerilimler dikkate alındığında 6/10 kV'luk bir kablonun boyutu küçük olabilir. Gerilim sınıfına sahip yalıtım kalınlığı ölçekleri: tipik bir 15 kV XLPE yalıtımlı güç kablosunun özellikleri 4,5 mm XLPE yalıtım 35 kV'luk bir kablo bunu yaklaşık olarak artırır 8,4 mm . Bu ilave kalınlık, kablonun genel çapını, bükülme sertliğini ve kurulum sırasında gerekli olan çekme gerilimi hesaplamalarını doğrudan etkiler.

Akım Taşıma Kapasitesi ve Azaltma Faktörleri

XLPE yalıtımlı güç kablolarının kapasitesi tek bir sabit sayı değildir. Kurulum yöntemine, ortam sıcaklığına, toprağın termal direncine ve komşu devrelerin yakınlığına bağlı olarak değişir. Doğrudan gömmeye uygun 3 çekirdekli 240 mm² bakır XLPE kablo, 90°C iletken sıcaklığında 480A izolasyonda, ancak bu rakam, kablo diğer dört yüklü devreyle birlikte bir kanal kümesine kurulduğunda ve toprağın termal direnci varsayılan 1,0 K·m/W yerine 1,2 K·m/W olduğunda önemli ölçüde düşer.

Aşağıdaki tablo, IEC 60364-5-52 yönergelerine göre çeşitli konfigürasyonlarda kurulan XLPE yalıtımlı güç kablolarına uygulanan tipik değer kaybı faktörlerini göstermektedir.

Çoklu değer kaybı faktörlerinin kümülatif etkisi çarpımsaldır. Yüksek zemin sıcaklığına sahip dört devreli bir kanal kümesindeki bir kablonun etkin kapasitesi, 270 A veya daha az , serbest hava derecesinin neredeyse yarısı kadar. Çimento bağlı kum veya kanal kümesini çevreleyen özel olarak tasarlanmış harçlar gibi düşük dirençli termal dolgu malzemeleri, iletken kesitini büyütmeden kayıp kapasiteyi geri kazanmak için temel hafifletici önlemler haline gelir.

Montaj Toleransları ve Çekme Limitleri

XLPE yalıtımlı güç kablolarının saha kurulumu, minimum bükülme yarıçapına ve maksimum çekme gerilimlerine sıkı sıkıya bağlı kalmayı gerektirir. Kurulum sırasında tek damarlı bir XLPE kablo için minimum bükülme yarıçapı tipik olarak Kablonun genel çapının 15 katı Üç damarlı kablolarda bu oran 12 katına çıkıyor. Bu yarıçapın aşılması, XLPE yalıtım yapısında geri dönüşü olmayan hasara neden olur: iç yarıçap sıkışırken dış yarıçap uzar ve potansiyel olarak çalışma voltajı altında kısmi deşarj bölgelerine dönüşen mikro boşluklar yaratır.

Gerginlik sınırlarının çekilmesi, kablo döşemesi sırasında iletkeni ve yalıtımı mekanik hasarlardan korur. Bakır iletkenli XLPE kablo için maksimum çekme gerilimi aşılmamalıdır İletken kesitinin milimetre karesi başına 50 N . 300 mm²'lik bir bakır iletken için bu, 15.000 N'lik izin verilen çekme kuvveti anlamına gelir. Bu gerilim, her bir boru bükümünde artan sürtünme de dahil olmak üzere, planlanan çekme yolunun tamamı boyunca hesaplanmalıdır. XLPE kılıf malzemesiyle uyumlu kablo yağlayıcıları (tipik olarak bentonit veya polimer bazlı jel), sürtünme katsayısını yaklaşık olarak azaltır. 0,25 ila 0,35 gerekli çekme kuvvetini önemli ölçüde azaltır. Kablonun bir elektrik borusu dirseğinin iç kısmına karşı dayandığı yan duvar basıncı da tipik bir limitle kontrol edilmelidir. Bükülme yarıçapının metresi başına 1.500 N Yalıtım deformasyonunu önlemek için XLPE kablolar için.

Sonlandırma ve Birleştirme Uygulamaları

XLPE yalıtımlı güç kablolarının şalt sistemine bağlandığı veya diğer kablo bölümlerine eklendiği noktalar, herhangi bir ağdaki en yüksek istatistiksel arıza konumlarını temsil eder. Düzgün yürütülen bir sonlandırma, fabrikada uygulanan yalıtım ekranının sağladığı elektriksel stres kontrolünü yeniden oluşturur. Ekran kesme noktası, yüksek elektriksel gerilime sahip bir bölge oluşturur ve bir gerilim kontrol tüpü veya geometrik gerilim konisi, bu potansiyeli, sonlandırma uzunluğu boyunca iletken voltajından toprak potansiyeline düzgün bir şekilde derecelendirmelidir.

15 kV XLPE kablolar için ısıyla büzüşen sonlandırma uçları metodik bir hazırlık gerektirir: metalik korumayı açığa çıkarmak için dış kılıf çıkarılır, koruma belirtilen boyutta kesilir, temiz XLPE'yi ortaya çıkarmak için yalıtım ekranı geriye doğru soyulur ve yalıtım yüzeyi, sonlandırma üreticisi tarafından belirtilen aşındırıcı kumla pürüzsüz bir şekilde zımparalanır. Eleğin çıkarılması sırasında dikkatsiz bir bıçakla kesilmesi nedeniyle XLPE yüzeyinde kalan herhangi bir çentik izi, kısmi boşalma başlangıç ​​noktası haline gelir. Stres kontrol mastiği veya boru sistemi, genellikle üreticinin belirlediği mesafe kadar ekran kenarının üzerine binmelidir. 15 mm'den 25 mm'ye , elektrik alan çizgilerinin yüzey takibi olmadan düzgün bir şekilde kırılmasını sağlamak için. Kurulumdan sonra sonlandırma pabucu, pabuç kovanı ile bakır teller arasında gaz geçirmez bir soğuk kaynak elde etmek için yeterli sıkıştırma uygulanarak, iletken sınıfına ve kesitine uygun altıgen bir kalıpla kıvrılmalıdır.

Saha Testi ve Devreye Alma

XLPE yalıtımlı güç kablolarının kurulumdan sonra ancak enerji verilmeden önce test edilmesi, işçilik kusurlarını, nakliye hasarlarını ve sonlandırma hatalarını tespit eden son yoldur. Yeni orta gerilim XLPE devreleri için kabul edilen devreye alma testi, 0,1 Hz'de çok düşük frekanslı sinüzoidal dalga formu 30 ila 60 dakika süreyle uygulanır. 8,7 kV faz-toprak değerine sahip 15 kV'luk bir kablo için VLF test voltajı tipik olarak şu şekilde ayarlanır: 2,0 ila 3,0 U₀ yaklaşık 18 kV ila 26 kV tepe noktasına karşılık gelir.

Bir zamanlar standart uygulama olan DC yüksek potansiyel testi, XLPE yalıtımlı güç kabloları için terk edilmiştir çünkü yalıtımda, kablo AC'ye yeniden bağlandıktan sonra hizmet içi arızayı hızlandırabilecek alan yükü biriktirir. Çoklu voltaj adımlarında tan delta ölçümüyle birleştirilen VLF testi, tanısal bir temel sağlar. Yeni, sağlıklı bir XLPE kablosunun tan delta değeri aşağıda gösterilmelidir: 0,2 × 10⁻³ Gerilim adımları arasında minimum değişiklik ile. Bu eşiği aşan tan delta veya ardışık voltaj seviyeleri arasında adım değişikliği artışı gösteren herhangi bir kablo, devre hizmete alınmadan önce incelemeyi ve potansiyel kablo değişimini garanti eden kirlenmeyi, nem girişini veya ekstrüzyon kusurlarını gösterir.

Uzun Süreli Yaşlandırma ve Durum İzleme

XLPE yalıtımı iki ana mekanizma yoluyla bozulur: 90°C sınırında veya yakınında sürekli çalışmadan kaynaklanan termal yaşlanma ve nem ve elektrik stresinin varlığında su ağacının büyümesi. Modern XLPE bileşikleri su ağacı geciktirici katkı maddeleri içerir, ancak 1990'larda bu formülasyonların yaygın olarak benimsenmesinden önce üretilen kablolar savunmasız olmaya devam etmektedir. Durum izleme programları, eskiyen XLPE yalıtımlı güç kablolarını hizmet dışı kalmadan önce tespit etmek için kısmi deşarj haritalaması ve dielektrik spektroskopiyi kullanır.

Sonlandırmalarda kapasitif kuplörler veya kablo toprak bağlantısı etrafındaki yüksek frekanslı akım transformatörleri ile gerçekleştirilen kısmi boşalma ölçümü, görünür şarj büyüklükleri kadar düşük olan boşalmaları tespit eder. 5 ila 10 pikokulomb . Çalışma voltajının 1,3 katının altında kısmi deşarj başlangıç ​​voltajı sergileyen bir kablo, önümüzdeki bir ila üç yıl içinde arızanın muhtemel olduğu bir duruma yaklaşıyor. Kritik devreler için, şalt donanımı uçlarına kalıcı olarak kurulan çevrimiçi kısmi deşarj izleme sistemleri, XLPE yalıtımlı güç kablosunun durumunun sürekli gözetimini sağlar ve deşarj faaliyetinin büyüklüğü veya tekrarlama oranı değiştiğinde alarmları tetikler. Bu veriler, varlık yöneticilerinin, üretimi veya hizmet sunumunu kesintiye uğratan acil bir arızaya müdahale etmek yerine, kablo değişimi için planlı kesintileri planlamalarına olanak tanır.