Силовые кабели среднего напряжения: стандарты определения размеров, испытаний и установки

Силовые кабели среднего напряжения (МВ) являются важнейшим оборудованием на промышленных предприятиях, распределительных сетях, проектах возобновляемой энергетики и коммерческих объектах. Правильный размер кабеля, соответствующие испытания и строгие методы установки необходимы для обеспечения долгосрочной надежности, эксплуатационной безопасности и эффективной передачи энергии.

В этом руководстве обобщены признанные на международном уровне инженерные практики, основанные главным образом на стандартах IEC 60287, IEC 60502-2, IEC 60853, IEC 60270 и IEC 60228, с дополнительными ссылками на серию IEEE 400, где это применимо.

Рекомендации касаются силовых кабелей среднего напряжения с экструдированной изоляцией, особенно кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, используемых в системах распределения электроэнергии.

1. Размер кабеля и допустимая нагрузка

1.1 Стандарты и методы расчета

IEC 60287 предоставляет международно признанные методы расчета для определения номинального тока электрических кабелей при определенных условиях эксплуатации и установки.

В расчете учитываются потери в проводнике, диэлектрические потери, потери в металлическом экране и оболочке, потери в броне и тепловое сопротивление между кабелем и окружающей средой.

Для проектов, соответствующих североамериканским стандартам, применимые требования IEEE, ICEA и NEC следует уточнять отдельно.

Для данного проекта должна быть принята последовательная методология проектирования. Объединение номиналов тока или поправочных коэффициентов из разных стандартов без проверки их основных предположений может привести к неточным размерам кабеля.

1.2 Ключевые факторы, влияющие на допустимую нагрузку кабеля

Температура окружающей среды

Номинальные значения тока кабеля должны быть скорректированы с учетом фактической температуры воздуха или почвы относительно эталонных условий, используемых в выбранном методе расчета.

Более высокие температуры окружающей среды обычно снижают допустимый номинальный длительный ток.

Термическое сопротивление почвы

Термическое сопротивление почвы является важным фактором для подземной прокладки кабеля.

Расчетное значение 1,0 К·м/Вт (приблизительно 100 °C·см/Вт) иногда используется в качестве исходного предположения. Однако фактические значения зависят от состава почвы, содержания влаги, уплотнения и сезонных условий.

Более высокое термическое сопротивление почвы снижает рассеивание тепла и может потребовать использования проводников большего размера, специальной тепловой засыпки или альтернативных способов установки.

Фактическое воздействие следует оценивать с использованием данных об установке для конкретного проекта.

Группировка кабелей

Несколько кабелей, проложенных в соприкасающихся трилистниках, плоских формациях, общих каналах или кабельных траншеях, могут испытывать взаимный нагрев.

В соответствии с выбранным методом расчета следует применять соответствующие групповые поправочные коэффициенты или подробные тепловые расчеты.

Простые эмпирические правила, такие как увеличение проводника на два типоразмера, не должны заменять инженерные расчеты.

Расстояние между кабелями

Увеличение расстояния между одножильными кабелями может улучшить рассеивание тепла. Однако он также может влиять на магнитные поля, потери в металлическом экране и токи, циркулирующие в оболочке.

Общее влияние на номинальный ток зависит от конструкции кабеля, схемы соединения, геометрии установки и окружающих тепловых условий.

Поэтому расстояние между кабелями следует оценивать в зависимости от конкретного проекта.

1.3 Гармонические и нелинейные нагрузки

Системы распределения среднего напряжения, питающие преобразователи частоты (ЧРП), преобразователи и другие нелинейные нагрузки, могут испытывать дополнительные потери в проводниках и металлических экранах из-за гармонических токов.

В трехфазных трехпроводных системах среднего напряжения нейтральные проводники обычно отсутствуют.

Если ожидаются значительные гармонические искажения, инженеры должны оценить:

• Дополнительный нагрев проводника, вызванный гармоническими токами.
• Возможно увеличение потерь в металлическом экране и оболочке.
• Необходимость большего сечения проводников.
• Меры по снижению гармоник, такие как фильтры или подходящие конфигурации преобразователей.

Выбор кабеля должен основываться на ожидаемом спектре тока и фактических условиях эксплуатации, а не на процентном снижении номинальных характеристик из-за гармоник.

1.4 Аварийная и кратковременная погрузка

Способность к аварийной нагрузке зависит от материала проводника, типа изоляции, начальной нагрузки, конструкции кабеля, условий установки и характеристик охлаждения.

В стандарте IEC 60853 представлены методы расчета номинальных циклических и аварийных токов кабелей.

Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена аварийная нагрузка может допускать временную эксплуатацию при температуре, превышающей нормальную постоянную температуру проводника, при условии соблюдения применимого стандарта, номинальных характеристик кабеля и аксессуаров, данных производителя и тепловых расчетов для конкретного проекта.

Не следует принимать во внимание процент или продолжительность универсальной аварийной перегрузки.

2. Полевые испытания и приемка

2.1 Общие принципы тестирования

Тестирование вновь проложенных кабелей среднего напряжения помогает выявить дефекты изоляции, повреждения при монтаже и проблемы, связанные с соединениями и заделками, до ввода кабельной системы в эксплуатацию.

Для современных кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена и этиленпропиленового каучука обычное испытание на устойчивость к высокому напряжению постоянного тока обычно не рекомендуется в качестве предпочтительного метода приемки на месте.

Испытание постоянным током может оказаться неэффективным при выявлении определенных дефектов в экструдированных изоляционных системах и может привести к возникновению дополнительных электрических напряжений, особенно при старении или повреждении изоляции.

В зависимости от применимого стандарта, спецификации проекта и состояния кабеля подходящие методы полевых испытаний могут включать:

• Испытание на устойчивость к переменному току очень низкой частоты (ОНЧ).
• Испытание на устойчивость к промышленной частоте или резонансному переменному току.
• Измерение частичных разрядов (ЧР).
• Анализ диэлектрических потерь (tan δ).

Перед испытанием следует определить метод испытания, уровень напряжения, продолжительность и критерии приемки.

2.2 Проверка сопротивления изоляции

Измерения сопротивления изоляции (IR) предоставляют полезную информацию об общем состоянии изоляции и могут помочь выявить серьезные дефекты изоляции или проблемы, связанные с влажностью.

Однако само по себе сопротивление изоляции не может подтвердить отсутствие локализованных дефектов изоляции кабеля среднего напряжения.

Измеренные значения зависят от нескольких факторов, в том числе:

• Испытательное напряжение и продолжительность.
• Длина кабеля.
• Температура кабеля и окружающей среды.
• Загрязнение поверхности и влажность.
• Конструкция кабеля и состояние изоляции.

При необходимости результаты сопротивления изоляции могут быть нормализованы по длине кабеля и скорректированы по температуре для облегчения сравнения.

Единый порог сопротивления изоляции не следует рассматривать как универсальный критерий «годен/не годен» для всех кабелей среднего напряжения.

Приемка должна осуществляться в соответствии с применимыми спецификациями проекта, процедурой испытаний и рекомендациями производителя.

2.3 Проверка частичного разряда

Испытание на частичный разряд используется для выявления локализованных электрических разрядов, связанных с дефектами изоляции, пустотами, поврежденными интерфейсами и проблемами в кабельной арматуре.

Измерения частичного разряда следует проводить при определенных условиях напряжения в соответствии с применимым стандартом на кабель и процедурой испытаний.

При заводских плановых испытаниях и приемочных испытаниях на месте могут использоваться разные методы испытаний, уровни напряжения и критерии оценки.

При интерпретации результатов частичных разрядов следует учитывать:

• Фоновый электрический шум.
• Длина кабеля и затухание сигнала.
• Чувствительность измерения и калибровка.
• Кабельные соединения и наконечники.
• Испытательное напряжение и частота измерения.

Пределы частичного разряда, обычно применяемые во время заводских испытаний, не должны автоматически использоваться в качестве универсальных пороговых значений для установленных кабельных систем.

Критерии приемки на месте должны соответствовать соответствующим спецификациям проекта и применимым руководствам по испытаниям, таким как IEC 60270 и IEEE 400.3, где это применимо.

2.4 Испытание диэлектрических потерь (tan δ)

Тестирование диэлектрических потерь измеряет характеристики рассеяния изоляции кабеля и может предоставить полезную информацию о его общем состоянии.

Для кабелей из сшитого полиэтилена и TR-XLPE измерения tan δ могут помочь выявить изменения, связанные со старением изоляции, проникновением влаги и другими механизмами разрушения.

Результаты следует оценивать по:

• Применимый метод испытаний.
• Испытательная частота и напряжение.
• Температура кабеля.
• Изоляционный материал и конструкция.
• Возраст кабеля и история обслуживания.
• Критерии приемлемости для конкретного проекта.

Единственное значение tan δ не должно использоваться в качестве универсального критерия приемки для всех кабельных систем среднего напряжения.

Сравнение фаз, измерения при разных уровнях напряжения и тенденции во времени могут предоставить дополнительную диагностическую информацию.

2.5 Проверка сопротивления проводника

Измерения сопротивления проводников постоянного тока помогают проверить целостность проводников и выявить возможные отклонения в соединениях проводников.

Измеренное сопротивление следует скорректировать с учетом применимой эталонной температуры, обычно 20°C, и сравнить с соответствующим стандартом проводника и данными производителя.

МЭК 60228 определяет требования к сопротивлению проводников для соответствующих классов проводников и номинальных площадей поперечного сечения.

Различия между полевыми измерениями и заводскими данными могут возникнуть из-за:

• Перепады температур.
• Длина кабеля.
• Точность измерения.
• Контактное сопротивление.
• Конструкция проводника.

Незначительные отклонения следует исследовать в контексте, а не автоматически интерпретировать как свидетельство повреждения кабеля или дефектных соединений.

3. Практика установки

3.1 Минимальный радиус изгиба

Соблюдение правильного радиуса изгиба при прокладке кабеля помогает предотвратить механическое повреждение изоляции, металлических экранов, оболочек и брони.

Минимальный радиус изгиба зависит от конструкции кабеля, в том числе:

• Одноядерный или многоядерный дизайн.
• Материал и конструкция проводника.
• Система изоляции.
• Металлический экран и конструкция оболочки.
• Тип брони.
• Общий диаметр кабеля.

Применимый минимальный радиус изгиба должен быть подтвержден из паспорта продукта производителя и инструкций по установке.

Дополнительные ограничения могут применяться во время протяжки кабеля и установки концевой заделки.

Кабели не должны подвергаться изгибающим нагрузкам, выходящим за пределы установленных механических пределов.

3.2 Выводы и соединения

Кабельные соединения и концевые заделки являются важнейшими компонентами кабельных систем среднего напряжения.

Неправильная установка, загрязнение, попадание влаги и неадекватный контроль электрического напряжения могут привести к повреждению изоляции.

Установка должна выполняться обученным персоналом с использованием аксессуаров, соответствующих конструкции кабеля, номинальному напряжению и условиям эксплуатации.

Важные правила установки включают в себя:

Чистые условия труда

Подготовка кабеля и установка аксессуаров должны выполняться в чистой среде, чтобы свести к минимуму загрязнение изоляционных поверхностей.

Контроль влажности

Работы по соединению и заделке не следует выполнять в условиях, допускающих попадание влаги на поверхности изоляции.

Временные укрытия и соответствующий контроль окружающей среды могут быть необходимы во время неблагоприятных погодных условий или в условиях высокой влажности.

Правильная подготовка кабеля

Изоляционные экраны, металлические экраны и внешние оболочки следует снимать с использованием соответствующих инструментов и процедур, чтобы не повредить лежащую под ними изоляцию.

Совместимость аксессуаров

Соединения и концевые соединения следует выбирать в соответствии с номинальным напряжением кабеля, размером проводника, диаметром изоляции и соответствующими квалификационными требованиями к аксессуарам.

3.3 Термические и механические аспекты

При монтаже кабеля следует учитывать как тепловые характеристики, так и механическую защиту.

Для подземных установок материалы засыпки должны обеспечивать подходящие тепловые характеристики и механическую стабильность.

Для кабелей, проложенных в воздуховодах, лотках или траншеях, при планировании установки следует учитывать:

• Максимально допустимое тянущее усилие.
• Давление на боковую стенку.
• Радиус изгиба кабеля.
• Группировка и расстояние между кабелями.
• Тепловое расширение.
• Механические силы короткого замыкания.

Кабельные опоры и скобы следует выбирать и устанавливать так, чтобы предотвратить чрезмерное перемещение или повреждение в ожидаемых условиях эксплуатации и неисправности.

4. Заключение

Надежная работа кабеля среднего напряжения зависит от сочетания эффективности конструкции кабеля, качества изготовления, правильного выбора размеров, надлежащего тестирования и грамотной установки.

К основным инженерным соображениям относятся:

1. Точный размер кабеля с использованием признанных методов теплового расчета и условий окружающей среды, специфичных для проекта.
2. Соответствующие процедуры тестирования и приемки в зависимости от системы изоляции кабеля, применимых стандартов и условий установки.
3. Правильная установка , особенно для протяжки, изгиба, соединения и заделки кабеля.
4. Надлежащая документация и техническая проверка на всех этапах производства, монтажа и ввода в эксплуатацию.

Инженерные решения должны ссылаться на применимые издания IEC 60287, IEC 60502-2, IEC 60853, IEC 60270, IEC 60228 и соответствующие руководства IEEE, где это применимо.

Окончательные требования к выбору и приемке кабеля всегда следует сверять с опубликованными техническими данными производителя и утвержденной технической спецификацией проекта.

О кабеле Синьюй

Xinyu Cable производит силовые кабели низкого и среднего напряжения для распределительных сетей, промышленных объектов, инфраструктуры и возобновляемых источников энергии.

В нашу линейку кабелей среднего напряжения входят силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и медными или алюминиевыми жилами, доступные в одножильных и многожильных конструкциях, в бронированных и небронированных вариантах.

Продукты могут быть изготовлены в соответствии с применимыми стандартами IEC и техническими требованиями заказчика.

Ищете производителя кабеля среднего напряжения?

Отправьте нам спецификацию кабеля, техническое описание или ведомость объемов (BOQ) для технического анализа и предложения.

Запросить цену | Свяжитесь с Xinyu Cable