Dimenzovanie strednonapäťového kábla: Kontrola amplitúdy, poklesu napätia a skratu

Predpokladajme, že máte 13,8 kV transformátorový napájač s vypočítaným primárnym prúdom 84 A. Rýchla tabuľka ampacity môže naznačovať medený vodič AWG č. 3. Typická inštalácia v teréne však často končí káblom 2/0 AWG. Dôvodom je, že dimenzovanie strednonapäťových káblov sa nemôže zastaviť na kapacite.

Správna veľkosť musí tiež spĺňať limity poklesu napätia, prežiť dostupný skratový prúd, rešpektovať praktické minimálne veľkosti vodičov a zohľadňovať skutočné podmienky inštalácie, ako je teplota pôdy, potrubia a paralelné obvody. Berte to ako overovaciu slučku, nie jeden krok vyhľadávania.

Čo znamená "dimenzovanie" pre káble VN

Kábel vysokého napätia vo všeobecnosti znamená káble s menovitým napätím nad 1 kV a do 35 kV. Bežné napäťové triedy zahŕňajú 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV a 18/30 kV. Dimenzovanie VN kábla znamená výber prierezu vodiča, úrovne izolácie a konštrukcie tienenia, ktoré umožňujú káblu bezpečne fungovať počas celej jeho životnosti pri stálom zaťažení aj poruchových podmienkach.

Hlavné kontroly sú súvislé: trvalá prúdová zaťažiteľnosť, pokles napätia, tepelná odolnosť proti skratu a zníženie podľa podmienok inštalácie. V mnohých priemyselných projektoch o konečnej veľkosti rozhoduje skôr kontrola skratu alebo poklesu napätia než kontrola ampacity, najmä ak je napájač dlhý alebo je úroveň poruchy vysoká.

Krok 1 – Definujte systémový a káblový vstup

Pred začatím akéhokoľvek výpočtu zhromaždite systémové údaje. Potrebujete menovité napätie medzi fázami, maximálny trvalý zaťažovací prúd, maximálny skratový prúd v mieste kábla a čas vyčistenia ochrany. Dôležité sú aj detaily inštalácie: dĺžka trasy, okolitá teplota, tepelný odpor pôdy, hĺbka zakopania a či kábel vedie v potrubí, káblovom žľabe alebo priamo zakopaný.

Malé vstupné chyby spôsobujú veľké chyby veľkosti. Ak predpokladáte, že teplota pôdy je 20 °C, ale na skutočnom mieste je teplota 30 °C, okrajový kábel bude fungovať nad jeho návrhovou teplotou. Ak zabudnete zahrnúť ohrev paralelného podávača, ten istý kábel bude v reálnej inštalácii znížený. Čas navyše strávený overovaním vstupných údajov sa vždy oplatí.

Pre väčšinu distribučných aplikácií je predvolenou voľbou kábel s izoláciou XLPE s medenými vodičmi. Izolácia poskytuje vysokú elektrickú pevnosť, nízke dielektrické straty a dobrý tepelný výkon. Praktickou referenciou pre rozvod vysokého napätia je Séria napájacích káblov s izoláciou XLPE s menovitým napätím od 3,6/6 kV do 26/35 kV .

XLPE izolovaný napájací kábel pre menovité napätie 3,6/6kV -26/35kV Dodávatelia, spoločnosť Dongfeng Čína veľkoobchodný XLPE izolovaný napájací kábel pre menovité napätie 3,6/6 kV -26/35 kV dodávatelia a XLPE izolovaný napájací kábel pre menovité V... Zobraziť produkt →

Krok 2 – Výpočet ampacity so skutočnými podmienkami

Ampacita je maximálny trvalý prúd, ktorý môže kábel prenášať bez prekročenia teplotnej triedy jeho izolácie. Pre izoláciu XLPE je maximálna teplota súvislého vodiča zvyčajne 90 °C, zatiaľ čo núdzová teplota pri skrate môže byť 250 °C pre medené vodiče. Prierez kábla musí umožňovať prenos vnútorne generovaného tepla smerom von bez prehriatia izolácie.

Začnite od základnej tabuľky ampacity, potom vynásobte korekčnými faktormi pre okolitú teplotu, tepelný odpor pôdy, hĺbku, rozstup káblov a zoskupenie. Veľkosť vodiča, ktorá funguje pri výpočte na pracovnej ploche, môže byť horúca, keď je inštalovaná paralelne s inými zaťaženými káblami. Nižšie uvedená tabuľka uvádza reprezentatívne faktory zníženia pre bežné inštalácie VN:

Po použití všetkých korekčných faktorov porovnajte korigovanú ampacity s prúdom pri plnom zaťažení. Ak je hodnota medzi dvoma štandardnými veľkosťami vodičov, vyberte najbližšiu väčšiu veľkosť, pokiaľ neskoršia kontrola nevynúti ešte väčší vodič.

Krok 3 – Skontrolujte pokles napätia na dlhých podávačoch

Pokles napätia sa stáva rozhodujúcim kritériom, keď je VN napájač dlhý niekoľko kilometrov alebo keď je zaťaženie vzhľadom na impedanciu kábla vysoké. Trojfázový pokles napätia možno aproximovať ako Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, kde R a X sú efektívny AC odpor a reaktancia na jednotku dĺžky a L je dĺžka trasy.

Pre obvody vysokého napätia by celkový pokles napätia mal vo všeobecnosti zostať pod 5% od zdroja k záťaži. Mnohé zariadenia uplatňujú prísnejší limit 3 % pre samotný napájač, aby sa ponechala rezerva pre transformátory a sekundárne vodiče. Pre 33 kV, 10 km napájací zdroj s 250 A, 95 mm² medený kábel môže mať pokles napätia takmer 3,5 %, zatiaľ čo kábel 120 mm² ho zníži pod 3 %. V takýchto prípadoch sa väčší kábel nevyberá podľa kapacity, ale podľa limitu poklesu napätia.

Na 33 kV napájači často dominuje indukčnosť nad odporom, takže pridanie prierezu vodiča poskytuje len obmedzené zlepšenie. V tom prípade môže byť efektívnejšia vyššia úroveň napätia alebo inak vedený kábel.

Krok 4 – Potvrďte odolnosť proti skratu

Kábel vo vysokonapäťovom systéme musí prežiť najhorší prípad skratového prúdu dostatočne dlho na to, aby ochranné zariadenie odstránilo poruchu. Počas poruchy sa teplota vodiča prudko zvýši, pretože teplo nemôže rýchlo uniknúť. Pre káble s XLPE izoláciou je povolená teplota skratového vodiča často 250 °C pre meď a 200 °C pre hliník, ale mali by sa použiť hodnoty z údajov testov výrobcu.

Minimálny prierez vodiča pre tepelnú odolnosť možno odhadnúť ako s = I * sqrt(t) / k, kde I je efektívna hodnota poruchového prúdu, t je čas čistenia v sekundách a k je konštanta, ktorá závisí od materiálu vodiča a predpokladanej počiatočnej a konečnej teploty. 13,8 kV systém s 20 kA poruchou odstránenou za 0,2 s môže ľahko vyžadovať väčší vodič, než je kontrola kapacity. Z tohto dôvodu nie je kontrola skratu voliteľná.

Musí sa tiež overiť koordinácia relé proti prúdu. Ak je čas vypnutia relé dlhší ako tepelný limit kábla, kábel sa poškodí skôr, ako sa istič otvorí.

Krok 5 – Rešpektujte požiadavky na zníženie a minimálnu veľkosť

Okrem technických výpočtov, kódových a mechanických požiadaviek si často vyžadujú minimálnu veľkosť vodiča. Mnoho strednonapäťových napájačov používa medený vodič č. 2 AWG ako praktické minimum, aj keď výpočet ampacity umožňuje menšiu veľkosť. Veľké oká, ukončovacie súpravy a vťahovacie sily sú pri veľmi tenkých kábloch VN nepraktické.

Faktory zníženia pre zoskupené káble a podzemné inštalácie môžu znížiť základnú kapacitu o 20 % alebo viac. Skutočná prúdová kapacita je základná hodnota vynásobená všetkými príslušnými faktormi. Ak je konečná hodnota stále nad zaťažovacím prúdom, kábel je prijateľný na nepretržité zaťaženie. Ale technik by mal tiež potvrdiť, že kábel sa dá správne pripojiť k rozvádzaču, zbernici alebo terminálom transformátora.

Krok 6 – Vyvážte náklady, dostupnosť a budúci rast

Po splnení všetkých technických kontrol zostáva ekonomická otázka. Väčší vodič znižuje straty I^2*R a ponecháva priestor pre budúci rast zaťaženia, ale zvyšuje prvé náklady a môže skomplikovať inštaláciu v tesnom potrubí. Pri dlhom podávači môže čistá súčasná hodnota úspor energie ospravedlniť dodatočné náklady. Na krátkom podávači môže byť väčší kábel zbytočný.

Výber široko vyrábaného prierezu znižuje dodaciu dobu a zabraňuje neštandardným zakončeniam. Bežné veľkosti MV v metrických systémoch zahŕňajú 70, 95, 120, 150, 185 a 240 mm². Pri kontrole možností produktu, Rozsah napájacích káblov XLPE 6-35 kV poskytuje dobrý prehľad o menovitých napätiach a konštrukčných detailoch pre typické distribučné obvody.

Výrobcovia vysokonapäťových XLPE napájacích káblov, továreň Ako čínski výrobcovia vysokonapäťových XLPE napájacích káblov, továreň na vysokonapäťové napájacie káble, Dongfeng Cable ponúka vlastné 6-35kV stredné V... Zobraziť produkt →

Spojenie procesu určovania veľkosti

Dimenzovanie strednonapäťových káblov je systematický proces: definujte parametre systému, skontrolujte prúdovú kapacitu, overte pokles napätia, potvrďte odolnosť proti skratu a použite pravidlá zníženia plus minimálnej veľkosti. Až potom, čo tieto kontroly prejdú, je čas zvážiť cenu a dostupnosť.

Ak dimenzujete dlhý podávač alebo priemyselný distribučný systém s vysokou úrovňou porúch, venujte zvláštnu pozornosť faktorom zníženia výkonu a výpočtu poruchového prúdu. Kábel, ktorý na prvý pohľad funguje, môže zlyhať pri poruche alebo na konci horúceho letného dňa. Ďalšie informácie o teplotných hodnoteniach izolácie a o tom, ako ovplyvňujú ampacity, nájdete na Porovnanie kapacity kábla a izolácie MV90 vs MV105 je užitočným východiskovým bodom.