Dimenzování vysokonapěťových kabelů: Ampacita, pokles napětí a kontrola zkratu

Předpokládejme, že máte transformátorový napáječ 13,8 kV s vypočítaným primárním proudem 84 A. Rychlá tabulka kapacit může navrhovat měděný vodič č. 3 AWG. Přesto typická instalace v terénu často končí u kabelu 2/0 AWG. Důvodem je, že dimenzování vysokonapěťových kabelů se nemůže zastavit na kapacitě.

Správná velikost musí také splňovat limity poklesu napětí, přežít dostupný zkratový proud, respektovat praktické minimální velikosti vodičů a zohledňovat skutečné podmínky instalace, jako je teplota půdy, svazky potrubí a paralelní obvody. Považujte to za ověřovací smyčku, nikoli za jediný krok vyhledávání.

Co znamená "Dimenzování" pro VN kabely

Středněnapěťový kabel obecně znamená kabely dimenzované nad 1 kV a do 35 kV. Mezi běžné napěťové třídy patří 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV a 18/30 kV. Dimenzování VN kabelu znamená výběr průřezu vodiče, úrovně izolace a konstrukce stínění, které umožňují bezpečnému provozu kabelu po celou dobu jeho životnosti při stálém zatížení i poruchových podmínkách.

Hlavní kontroly jsou souvislé: trvalá proudová zatížitelnost, pokles napětí, tepelná odolnost proti zkratu a snížení podle podmínek instalace. V mnoha průmyslových projektech rozhoduje o konečné velikosti spíše kontrola zkratu nebo poklesu napětí než kontrola ampacity, zvláště když je podavač dlouhý nebo je úroveň poruch vysoká.

Krok 1 – Definujte systém a kabelové vstupy

Před zahájením jakéhokoli výpočtu shromážděte systémová data. Potřebujete jmenovité sdružené napětí, maximální trvalý zatěžovací proud, maximální zkratový proud v místě kabelu a dobu vymazání ochrany. Důležité jsou také detaily instalace: délka trasy, okolní teplota, tepelný odpor půdy, hloubka zakopání a to, zda kabel vede v potrubí, kabelovém žlabu nebo přímo zakopaný.

Malé vstupní chyby vytvářejí velké chyby velikosti. Pokud předpokládáte teplotu půdy 20 °C, ale skutečné místo běží při 30 °C, okrajový kabel bude fungovat nad svou návrhovou teplotou. Pokud zapomenete zahrnout ohřev paralelního podavače, bude stejný kabel ve skutečné instalaci snížen. Čas navíc strávený ověřováním vstupních dat se vždy vyplatí.

Pro většinu distribučních aplikací je výchozí volbou kabel s izolací XLPE s měděnými vodiči. Izolace poskytuje vysokou elektrickou pevnost, nízké dielektrické ztráty a dobrý tepelný výkon. Praktickou referencí pro rozvod vysokého napětí je Řada napájecích kabelů s izolací XLPE dimenzovaná od 3,6/6 kV do 26/35 kV .

XLPE izolovaný napájecí kabel pro jmenovité napětí 3,6/6kV -26/35kV Dodavatelé, společnost Dongfeng Čína velkoobchodní XLPE izolovaný napájecí kabel pro jmenovité napětí 3,6/6kV -26/35kV dodavatelé a XLPEizolovaný napájecí kabel pro jmenovité V... Zobrazit produkt →

Krok 2 – Výpočet ampacity se skutečnými podmínkami

Ampacita je maximální trvalý proud, který může kabel přenášet, aniž by překročil teplotní třídu jeho izolace. U izolace XLPE je maximální teplota spojitého vodiče typicky 90 °C, zatímco nouzová teplota při zkratu může být u měděných vodičů 250 °C. Průřez kabelu musí umožňovat přenos vnitřního tepla ven, aniž by došlo k přehřátí izolace.

Začněte ze základní tabulky ampacity a poté vynásobte korekčními faktory pro okolní teplotu, tepelný odpor půdy, hloubku, rozteč kabelů a seskupení. Velikost vodiče, která funguje při výpočtu na stolním počítači, se může při instalaci paralelně s jinými zatíženými kabely zahřívat. Níže uvedená tabulka uvádí reprezentativní faktory snížení pro běžné VN instalace:

Po použití všech korekčních faktorů porovnejte korigovanou ampacitu s proudem při plném zatížení. Pokud je hodnota mezi dvěma standardními velikostmi vodičů, zvolte nejbližší větší velikost, pokud pozdější kontrola nevynutí ještě větší vodič.

Krok 3 – Zkontrolujte pokles napětí na dlouhých podavačích

Pokles napětí se stává rozhodujícím kritériem, když je vysokonapěťový napáječ dlouhý několik kilometrů nebo když je zatížení vzhledem k impedanci kabelu vysoké. Třífázový úbytek napětí lze aproximovat jako Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, kde R a X jsou efektivní střídavý odpor a reaktance na jednotku délky a L je délka trasy.

U obvodů vysokého napětí by celkový pokles napětí měl obecně zůstat pod 5 % od zdroje k zátěži. Mnohá ​​zařízení používají přísnější limit 3 % pro samotný podavač, aby zůstala rezerva pro transformátory a sekundární vodiče. Pro 33 kV, 10 km napáječ s 250 A, 95 mm² měděný kabel může mít pokles napětí téměř 3,5 %, zatímco kabel 120 mm² jej snižuje pod 3 %. V takových případech se větší kabel nevybírá podle kapacity, ale podle meze poklesu napětí.

Na vývodu 33 kV často převládá indukčnost nad odporem, takže přidání průřezu vodiče poskytuje pouze omezené zlepšení. V takovém případě může být účinnější vyšší úroveň napětí nebo jinak vedený kabel.

Krok 4 – Potvrďte odolnost proti zkratu

Kabel ve vysokonapěťovém systému musí přežít nejhorší případ zkratového proudu dostatečně dlouho, aby ochranné zařízení odstranilo poruchu. Při poruše se prudce zvýší teplota vodiče, protože teplo nemůže rychle uniknout. U kabelů s izolací XLPE je povolená teplota zkratového vodiče často 250 °C pro měď a 200 °C pro hliník, ale měly by se použít hodnoty z testovacích dat výrobce.

Minimální průřez vodiče pro tepelnou odolnost lze odhadnout jako s = I * sqrt(t) / k, kde I je efektivní poruchový proud, t je doba čištění v sekundách a k je konstanta, která závisí na materiálu vodiče a předpokládané počáteční a konečné teplotě. Systém 13,8 kV s poruchou 20 kA odstraněnou za 0,2 s může snadno vyžadovat větší vodič, než je kontrola kapacity. Z tohoto důvodu není kontrola zkratu volitelná.

Musí být také ověřena předřazená koordinace relé. Pokud je doba vymazání relé delší než teplotní limit kabelu, kabel se poškodí ještě před otevřením jističe.

Krok 5 – Respektujte požadavky na snížení a minimální velikost

Kromě technických výpočtů, kódových a mechanických požadavků často vyžaduje minimální velikost vodiče. Mnoho vysokonapěťových napáječů používá měděný vodič č. 2 AWG jako praktické minimum, i když výpočet ampacity umožňuje menší velikost. Velká oka, zakončovací sady a vtahovací síly jsou u velmi tenkých VN kabelů nepraktické.

Faktory snížení pro seskupené kabely a instalace v zemi mohou snížit kapacitu základny o 20 % nebo více. Skutečná proudová kapacita je základní hodnota vynásobená všemi použitelnými faktory. Pokud je konečná hodnota stále nad zatěžovacím proudem, kabel je přijatelný pro trvalé zatížení. Technik by však měl také potvrdit, že kabel lze správně připojit ke svorkám rozváděče, sběrnice nebo transformátoru.

Krok 6 – Vyrovnejte náklady, dostupnost a budoucí růst

Po splnění všech technických kontrol zůstává ekonomická otázka. Větší vodič snižuje ztráty I^2*R a ponechává prostor pro budoucí růst zátěže, ale zvyšuje první náklady a může zkomplikovat instalaci v těsných kanálech. U dlouhého podavače může čistá současná hodnota úspor energie ospravedlnit dodatečné náklady. Na krátkém podavači může být větší kabel zbytečný.

Výběr široce vyráběného průřezu zkracuje dobu přípravy a zabraňuje nestandardním zakončením. Běžné velikosti MV v metrických systémech zahrnují 70, 95, 120, 150, 185 a 240 mm². Při kontrole možností produktu, Rozsah napájecího kabelu XLPE 6-35 kV poskytuje dobrý přehled o jmenovitých napětích a konstrukčních detailech pro typické distribuční obvody.

Výrobci vysokonapěťových XLPE napájecích kabelů, továrna Jako čínští výrobci vysokonapěťových XLPE napájecích kabelů, továrna na vysokonapěťové napájecí kabely, Dongfeng Cable nabízí vlastní 6-35kV střední V... Zobrazit produkt →

Sjednocení procesu dimenzování

Dimenzování vysokonapěťových kabelů je systematický proces: definujte parametry systému, zkontrolujte proudovou kapacitu, ověřte pokles napětí, potvrďte odolnost proti zkratu a použijte pravidla pro snížení plus minimální velikost. Teprve poté, co tyto kontroly projdou, je čas zvážit cenu a dostupnost.

Pokud dimenzujete dlouhý podavač nebo průmyslový distribuční systém s vysokou úrovní poruch, věnujte zvláštní pozornost faktorům snížení a výpočtu poruchového proudu. Kabel, který na první pohled funguje, může selhat při poruše nebo na konci horkého letního dne. Další informace o hodnotách teploty izolace a o tom, jak ovlivňují ampacitu, naleznete na MV90 vs MV105 srovnání kapacit a izolace nákladů je užitečným výchozím bodem.