XLPE szigetelt tápkábelek: minősítések és tesztelés

Névleges feszültség és szigetelési szintek

XLPE szigetelésű tápkábelek 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 30,5 kV öt percig gyári átvételi vizsgálat során, az extrudált szigetelőréteg sértetlenségének ellenőrzése.

A megfelelő névleges feszültség kiválasztásához a kábelt a rendszer maximális folyamatos üzemi feszültségéhez és a földzárlat várható időtartamához kell igazítani. Egy 12 kV-os rendszerben, ahol a földzárlatok egy másodpercen belül megszűnnek, egy 6/10 kV-os kábel alulméretezhető, ha figyelembe vesszük a tranziens túlfeszültségeket. A szigetelésvastagság skálák a feszültségosztályhoz: tipikus 15 kV-os XLPE szigetelésű tápkábel jellemzői 4,5 mm XLPE szigetelés , míg egy 35 kV-os kábel ezt kb 8,4 mm . Ez a többletvastagság közvetlenül befolyásolja a kábel teljes átmérőjét, hajlítási merevségét és a szerelés során szükséges húzófeszültség-számításokat.

Jelenlegi teherbírás és leértékelési tényezők

Az XLPE szigetelésű tápkábelek kapacitása nem egyetlen fix szám. A beépítési mód, a környezeti hőmérséklet, a talaj hőellenállása és a szomszédos áramkörök közelsége alapján eltolódik. Egy 3-eres, 240 mm²-es réz XLPE-kábel, amely közvetlen temetésre lett tervezve, szállítható 480 A 90°C-os vezetőhőmérsékleten elszigetelten, de ez a szám jelentősen csökken, ha a kábelt egy csatornabankba szerelik be négy másik terhelt áramkörrel és a talaj hőellenállása 1,2 K·m/W a feltételezett 1,0 K·m/W helyett.

Az alábbi táblázat az IEC 60364-5-52 irányelvek alapján a különböző konfigurációkban telepített XLPE szigetelésű tápkábelekre alkalmazott jellemző leértékelési tényezőket mutatja be.

Több leértékelési tényező kumulatív hatása multiplikatív. A megemelt talajhőmérsékletű, négykörös csatornabankban lévő kábel effektív áteresztőképessége a következőre csökkenhet. 270 A vagy kevesebb , alig a fele a free-air besorolásnak. Az alacsony ellenállású hőkitöltő anyagok, mint például a cementkötésű homok vagy a csatornapartot körülvevő speciálisan kialakított fugázók, alapvető mérséklő intézkedésekké válnak az elveszett kapacitás helyreállításához a vezeték keresztmetszetének megnövelése nélkül.

Telepítési tűrések és húzási határok

Az XLPE szigetelésű tápkábelek helyszíni telepítése megköveteli a minimális hajlítási sugarak és a maximális húzófeszültség szigorú betartását. Az egyerű XLPE kábel minimális hajlítási sugara a telepítés során jellemzően a következő A kábel teljes átmérőjének 15-szöröse 12-szeresére nő a háromeres kábeleknél. Ennek a sugárnak a túllépése visszafordíthatatlan károsodást okoz az XLPE szigetelés szerkezetében: a belső sugár összenyomódik, míg a külső sugár megnyúlik, ami potenciálisan mikroüregeket hoz létre, amelyek működési feszültség alatt részleges kisülési helyekké alakulnak.

A húzófeszültség határok megvédik a vezetéket és a szigetelést a mechanikai sérülésektől a kábelfektetés során. A rézvezetős XLPE kábel maximális húzási feszültsége nem haladhatja meg 50 N vezeték-keresztmetszet négyzetmilliméterenként . 300 mm²-es rézvezető esetén ez 15 000 N megengedett húzóerőt jelent. Ezt a feszültséget a teljes tervezett húzópálya mentén kell kiszámítani, beleértve a megnövekedett súrlódást minden csőhajlatnál. Az XLPE köpeny anyagával kompatibilis kábelkenőanyagok, jellemzően bentonit vagy polimer alapú gél, a súrlódási együtthatót kb. 0,25-0,35 , jelentősen csökkentve a szükséges húzóerőt. Az oldalfal nyomását is ellenőrizni kell, ahol a kábel egy csőhajlítás belsejéhez nyúlik, tipikus határértékkel 1500 N hajlítási sugár méterenként XLPE kábelekhez a szigetelés deformációjának megelőzése érdekében.

Felmondási és csatlakozási gyakorlatok

Azok a pontok, ahol az XLPE szigetelésű tápkábelek kapcsolóberendezésekhez csatlakoznak, vagy más kábelszakaszokhoz csatlakoznak, a legmagasabb statisztikai hibahelyeket jelentik bármely hálózatban. A megfelelően kivitelezett lezárás rekonstruálja azt az elektromos feszültségszabályozást, amelyet a gyárilag alkalmazott szigetelőháló biztosított. Az árnyékoló visszavágási pontja nagy elektromos igénybevételnek kitett tartományt hoz létre, és a feszültségszabályozó csőnek vagy geometriai feszültségkúpnak ezt a potenciált a vezető feszültségétől a földpotenciálig egyenletesen kell osztályoznia a lezárási hossz mentén.

A 15 kV-os XLPE kábelek hőre zsugorodó végződései módszeres előkészítést igényelnek: eltávolítják a külső köpenyt, hogy szabaddá váljon a fémárnyékolás, az árnyékolást a megadott méretre vágják, a szigetelőernyőt lehámozzák, hogy tiszta XLPE legyen látható, és a szigetelő felületet simára csiszolják a végződés gyártója által megadott csiszolószemcsékkel. A szita eltávolítása során az XLPE felületén egy óvatlan késsel végzett vágás nyoma részleges kisülés kezdőponttá válik. A feszültségszabályozó masztixnek vagy csőnek általában át kell fednie a szita szélét a gyártó által megadott távolsággal 15 mm és 25 mm között , hogy az elektromos erővonalak egyenletesen törjenek, felületkövetés nélkül. A beszerelés után a lezárósarut a vezetőosztálynak és keresztmetszetnek megfelelő hatszögletű szerszámmal kell préselni, megfelelő nyomást kifejteni ahhoz, hogy gáztömör hideghegesztést érjünk el a fülcső és a rézszálak között.

Helyszíni tesztelés és üzembe helyezés

Az XLPE szigetelésű tápkábelek telepítése utáni, de feszültség alá helyezés előtti tesztelése a végső kapu, amely felfogja a gyártási hibákat, a szállítási sérüléseket és a lezárási hibákat. Az új középfeszültségű XLPE áramkörök elfogadott üzembe helyezési vizsgálata a nagyon alacsony frekvenciájú szinuszos hullámforma 0,1 Hz-en , 30-60 percig alkalmazva. 8,7 kV-os fázis-föld névleges 15 kV-os kábel esetén a VLF tesztfeszültség általában a következőre van beállítva. 2,0-3,0 U₀ , amely körülbelül 18 kV és 26 kV közötti csúcsnak felel meg.

Az XLPE szigetelésű tápkábelek egyenáramú nagypotenciálú tesztelését felhagyták az egykor szokásos gyakorlattal, mivel a szigetelésben tértöltés rakódik le, ami üzem közbeni meghibásodást idézhet elő, miután a kábelt újra csatlakoztatták az AC-hoz. A VLF-teszt több feszültséglépcsős barna delta méréssel kombinálva diagnosztikai alapállapotot ad. Egy új, egészséges XLPE-kábelnek az alábbi sárgásbarna delta értéknek kell lennie 0,2 × 10⁻³ minimális eltéréssel a feszültségfokozatok között. Bármely kábel, amely ezt a küszöbértéket meghaladó sárgásbarna deltát mutat, vagy az egymást követő feszültségszintek közötti fokozatos emelkedést mutat, szennyeződést, nedvesség behatolást vagy extrudálási hibákat jelez, amelyek vizsgálatot és esetleges kábelcserét igényelnek az áramkör üzembe helyezése előtt.

Hosszú távú öregedés és állapotfigyelés

Az XLPE szigetelés két elsődleges mechanizmuson keresztül bomlik le: a 90°C-on vagy annak közelében történő tartós működés miatti hőöregedés, valamint a nedvesség és az elektromos igénybevétel melletti vízfa növekedése. A modern XLPE-vegyületek vízálló adalékanyagokat tartalmaznak, de az 1990-es években, ezeknek a készítményeknek a széles körű alkalmazása előtt gyártott kábelek továbbra is sérülékenyek. Az állapotfigyelő programok részleges kisülési térképezést és dielektromos spektroszkópiát használnak az elöregedett XLPE szigetelésű tápkábelek azonosítására, mielőtt azok üzemképtelenné válnának.

A részleges kisülési mérés, amelyet kapacitív csatolókkal végeznek a végpontokon vagy nagyfrekvenciás áramváltókkal a kábel földelése körül, olyan kisüléseket észlel, amelyek látszólagos töltési nagysága akár 5-10 pikokulomb . Az üzemi feszültség 1,3-szorosa alatti részleges kisülési feszültséget mutató kábel olyan állapothoz közelít, amelyben a következő egy-három éven belül hiba valószínű. A kritikus áramkörök esetében a kapcsolóberendezések végpontjaihoz állandóan telepített online részleges kisülésfigyelő rendszerek biztosítják az XLPE szigetelésű tápkábel állapotának folyamatos felügyeletét, és riasztást indítanak el, ha a kisülési tevékenység nagysága vagy ismétlődési gyakorisága megváltozik. Ezek az adatok lehetővé teszik az eszközkezelők számára, hogy a tervezett leállásokat a kábelcserére ütemezzék, ahelyett, hogy a termelést vagy a szolgáltatásnyújtást megszakító vészhelyzetre reagálnának.