XLPE Insulated Power Cables: Mga Rating at Pagsubok

Mga Rating ng Boltahe at Mga Antas ng Insulasyon

Ang XLPE insulated power cables ay ginawa sa mga tinukoy na klase ng boltahe na tumutukoy sa phase-to-phase at phase-to-ground na mga kakayahan na makatiis. Ang pinakakaraniwang mga pagtatalaga ng medium-voltage sa ilalim ng IEC 60502-2 ay 6/10 kV, 8.7/15 kV, 12/20 kV, at 18/30 kV, kung saan ang unang figure ay kumakatawan sa rate na phase-to-ground na boltahe at ang pangalawa ay ang rated phase-to-phase na boltahe. Ang isang cable na itinalagang 8.7/15 kV ay dapat makatiis ng power-frequency test voltage ng 30.5 kV sa loob ng limang minuto sa panahon ng pagsubok sa pagtanggap ng pabrika, pag-verify ng integridad ng extruded insulation layer.

Ang pagpili ng tamang rating ng boltahe ay nangangailangan ng pagtutugma ng cable sa maximum na tuluy-tuloy na operating voltage ng system at ang inaasahang tagal ng ground fault nito. Para sa isang 12 kV system kung saan ang mga ground fault ay na-clear sa loob ng isang segundo, ang isang 6/10 kV cable ay maaaring maliit ang laki kapag ang transient overvoltages ay isinasaalang-alang. Ang mga kaliskis ng kapal ng pagkakabukod na may klase ng boltahe: isang tipikal na 15 kV XLPE insulated power cable na mga tampok 4.5 mm ng XLPE insulation , habang pinapataas ito ng 35 kV cable sa humigit-kumulang 8.4 mm . Ang karagdagang kapal na ito ay direktang nakakaapekto sa pangkalahatang diameter ng cable, baluktot na paninigas, at ang mga pagkalkula ng tensyon sa paghila na kinakailangan sa panahon ng pag-install.

Kasalukuyang Carrying Capacity at Derating Factors

Ang ampacity ng XLPE insulated power cables ay hindi isang nakapirming numero. Ito ay nagbabago batay sa paraan ng pag-install, ambient temperature, soil thermal resistivity, at ang kalapitan ng mga kalapit na circuits. Maaaring dalhin ang isang 3-core 240 mm² copper XLPE cable na na-rate para sa direktang paglilibing 480 A sa 90°C na temperatura ng conductor sa paghihiwalay, ngunit ang figure na ito ay bumaba nang malaki kapag ang cable ay naka-install sa isang duct bank na may apat na iba pang load circuit at isang soil thermal resistivity na 1.2 K·m/W kaysa sa ipinapalagay na 1.0 K·m/W.

Ang talahanayan sa ibaba ay nagpapakita ng mga tipikal na derating factor na inilalapat sa XLPE insulated power cables na naka-install sa iba't ibang configuration, batay sa IEC 60364-5-52 guidelines.

Ang pinagsama-samang epekto ng maraming derating na mga kadahilanan ay multiplicative. Ang isang cable sa isang four-circuit duct bank na may mataas na temperatura ng lupa ay maaaring makita ang epektibong ampacity nito na nabawasan sa 270 A o mas mababa , halos kalahati ng free-air rating nito. Ang mga thermal backfill na materyales na may mababang resistivity, tulad ng cement-bound sand o partikular na engineered grouts na nakapalibot sa duct bank, ay nagiging mahalagang mga hakbang sa pagpapagaan upang mabawi ang nawalang kapasidad nang hindi pinalaki ang conductor cross-section.

Mga Pagpapahintulot sa Pag-install at Mga Limitasyon sa Paghila

Ang pag-install sa field ng XLPE insulated power cables ay nangangailangan ng mahigpit na pagsunod sa minimum bending radii at maximum pulling tensions. Ang pinakamababang radius ng baluktot para sa isang single-core na XLPE cable sa panahon ng pag-install ay karaniwang 15 beses ang kabuuang diameter ng cable , tumataas sa 12 beses para sa tatlong-core na mga cable. Ang paglampas sa radius na ito ay nagdudulot ng hindi maibabalik na pinsala sa istruktura ng pagkakabukod ng XLPE: ang panloob na radius ay nag-i-compress habang ang panlabas na radius ay umaabot, na posibleng lumikha ng mga micro-void na nagiging partial discharge site sa ilalim ng operating voltage.

Ang paghila ng mga limitasyon ng tensyon ay nagpoprotekta sa konduktor at ang pagkakabukod mula sa mekanikal na pinsala sa panahon ng pagtula ng cable. Ang maximum na tensyon sa paghila para sa isang copper-conductor XLPE cable ay hindi dapat lumampas 50 N bawat square millimeter ng conductor cross-section . Para sa isang 300 mm² copper conductor, ito ay isinasalin sa 15,000 N ng pinapayagang puwersa ng paghila. Ang pag-igting na ito ay dapat kalkulahin kasama ang buong nakaplanong landas ng paghila, kabilang ang tumaas na alitan sa bawat liko ng conduit. Ang mga cable lubricant na tugma sa materyal na XLPE jacket, karaniwang isang bentonite o polymer-based gel, ay binabawasan ang coefficient ng friction sa humigit-kumulang 0.25 hanggang 0.35 , makabuluhang binababa ang kinakailangang puwersa ng paghila. Dapat ding suriin ang presyon sa sidewall kung saan ang cable ay nakaharap sa loob ng isang conduit bend, na may karaniwang limitasyon na 1,500 N bawat metro ng radius ng liko para sa mga kable ng XLPE upang maiwasan ang pagpapapangit ng pagkakabukod.

Mga Kasanayan sa Pagwawakas at Pagsasama

Ang mga punto kung saan ang XLPE insulated power cable ay kumokonekta sa switchgear o splice sa iba pang mga cable section ay kumakatawan sa pinakamataas na istatistikal na mga lokasyon ng pagkabigo sa anumang network. Ang isang maayos na naisakatuparan na pagwawakas ay muling buuin ang kontrol ng elektrikal na stress na ibinigay ng factory-applied insulation screen. Ang screen cut-back point ay lumilikha ng isang rehiyon na may mataas na electrical stress, at ang isang stress control tube o geometric stress cone ay dapat na grade ang potensyal na ito nang maayos mula sa boltahe ng conductor hanggang sa ground potential sa haba ng termination.

Ang pagwawakas ng heat-shrink para sa 15 kV XLPE na mga cable ay nangangailangan ng pamamaraang paghahanda: ang panlabas na dyaket ay inalis upang ilantad ang metal na kalasag, ang kalasag ay pinutol sa tinukoy na sukat, ang insulation screen ay binalatan pabalik upang ilantad ang malinis na XLPE, at ang insulation surface ay pinahiran ng makinis na may abrasive grit na tinukoy ng tagagawa ng pagwawakas. Ang anumang marka ng marka na natitira sa ibabaw ng XLPE mula sa isang walang ingat na paghiwa ng kutsilyo habang inaalis ang screen ay nagiging isang partial discharge initiation point. Ang stress control mastic o tubing ay dapat mag-overlap sa gilid ng screen sa pamamagitan ng distansyang tinukoy ng tagagawa, karaniwang 15 mm hanggang 25 mm , upang matiyak na ang mga linya ng electrical field ay nagre-refract nang maayos nang walang pagsubaybay sa ibabaw. Pagkatapos ng pag-install, ang termination lug ay dapat na crimped na may hexagonal die na tumugma sa conductor class at cross-section, na nag-aaplay ng sapat na compression upang makamit ang gas-tight cold weld sa pagitan ng lug barrel at ng mga copper strands.

Field Testing at Commissioning

Ang pagsubok sa XLPE insulated power cables pagkatapos ng pag-install ngunit bago ang energization ay ang huling gate na nakakakuha ng mga depekto sa pagkakagawa, pinsala sa transportasyon, at mga error sa pagwawakas. Ang tinatanggap na pagsubok sa pag-commissioning para sa mga bagong medium-voltage na XLPE circuit ay a napakababang frequency sinusoidal waveform sa 0.1 Hz , inilapat para sa isang tagal ng 30 hanggang 60 minuto. Para sa 15 kV cable na may 8.7 kV phase-to-ground rating, ang VLF test voltage ay karaniwang nakatakda sa 2.0 hanggang 3.0 U₀ , na tumutugma sa humigit-kumulang 18 kV hanggang 26 kV na peak.

Ang DC na may mataas na potensyal na pagsubok, sa sandaling karaniwang kasanayan, ay inabandona para sa XLPE insulated power cables dahil nagdedeposito ito ng space charge sa insulation na maaaring magdulot ng in-service failure pagkatapos maikonektang muli ang cable sa AC. Ang pagsubok sa VLF, na sinamahan ng pagsukat ng tan delta sa maraming hakbang ng boltahe, ay nagbibigay ng diagnostic baseline. Ang isang bago, malusog na XLPE cable ay dapat magpakita ng tan delta na halaga sa ibaba 0.2 × 10⁻³ na may kaunting pagkakaiba-iba sa pagitan ng mga hakbang ng boltahe. Anumang cable na nagpapakita ng tan delta na lumampas sa threshold na ito, o isang step-change increase sa pagitan ng sunud-sunod na mga antas ng boltahe, ay nagpapahiwatig ng kontaminasyon, moisture ingress, o mga depekto sa extrusion na ginagarantiyahan ang pagsisiyasat at potensyal na pagpapalit ng cable bago ilagay sa serbisyo ang circuit.

Pangmatagalang Pagtanda at Pagsubaybay sa Kondisyon

Ang insulation ng XLPE ay bumababa sa pamamagitan ng dalawang pangunahing mekanismo: thermal aging mula sa matagal na operasyon sa o malapit sa 90°C na limitasyon, at paglaki ng puno ng tubig sa pagkakaroon ng moisture at electrical stress. Ang mga modernong XLPE compound ay may kasamang water-tree-retardant additives, ngunit ang mga cable na ginawa bago ang malawakang paggamit ng mga formulation na ito noong 1990s ay nananatiling mahina. Ang mga programa sa pagsubaybay sa kundisyon ay gumagamit ng partial discharge mapping at dielectric spectroscopy upang matukoy ang luma nang XLPE insulated power cables bago sila mabigo sa serbisyo.

Ang partial discharge measurement, na ginagawa gamit ang capacitive couplers sa mga termination o high-frequency current transformer sa paligid ng cable earth connection, ay nakakakita ng mga discharge na may maliwanag na magnitude ng singil na kasingbaba ng 5 hanggang 10 picocoulombs . Ang isang cable na nagpapakita ng partial discharge inception boltahe sa ibaba 1.3 beses ang operating boltahe ay papalapit sa isang kondisyon kung saan ang isang fault ay maaaring mangyari sa loob ng susunod na isa hanggang tatlong taon. Para sa mga kritikal na circuit, ang mga online na partial discharge monitoring system na permanenteng naka-install sa mga switchgear termination ay nagbibigay ng tuluy-tuloy na pagsubaybay sa XLPE insulated power cable condition, na nagti-trigger ng mga alarma kapag ang discharge activity ay nagbabago sa magnitude o repetition rate. Ang data na ito ay nagbibigay-daan sa mga asset manager na mag-iskedyul ng mga nakaplanong pagkawala para sa pagpapalit ng cable sa halip na tumugon sa isang emergency na pagkakamali na nakakaabala sa produksyon o paghahatid ng serbisyo.