Cabluri de alimentare izolate XLPE: Evaluări și testare

Tensiuni nominale și niveluri de izolare

Cabluri de alimentare izolate XLPE 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 timp de cinci minute în timpul testelor de recepție din fabrică, verificând integritatea stratului de izolație extrudat.

Selectarea tensiunii nominale corecte necesită potrivirea cablului la tensiunea maximă de funcționare continuă a sistemului și la durata estimată a defectului de împământare. Pentru un sistem de 12 kV în care defecțiunile la pământ sunt eliminate în decurs de o secundă, un cablu de 6/10 kV poate fi subdimensionat odată ce sunt luate în considerare supratensiunile tranzitorii. Grosimea izolației este calculată în funcție de clasa de tensiune: caracteristici tipice ale unui cablu de alimentare izolat XLPE de 15 kV 4,5 mm de izolație XLPE , în timp ce un cablu de 35 kV mărește acest lucru la aproximativ 8,4 mm . Această grosime suplimentară afectează direct diametrul total al cablului, rigiditatea la încovoiere și calculele tensiunii de tragere necesare în timpul instalării.

Capacitatea de transport a curentului și factorii de derating

Capacitatea cablurilor de alimentare izolate XLPE nu este un singur număr fix. Se schimbă în funcție de metoda de instalare, temperatura ambiantă, rezistivitatea termică a solului și proximitatea circuitelor învecinate. Un cablu de cupru XLPE cu 3 fire de 240 mm², clasificat pentru îngropare directă, poate transporta 480 A la temperatura conductorului de 90°C izolat, dar această cifră scade semnificativ atunci când cablul este instalat într-un banc de conducte cu alte patru circuite încărcate și o rezistivitate termică a solului de 1,2 K·m/W, mai degrabă decât 1,0 K·m/W presupus.

Tabelul de mai jos prezintă factorii tipici de derating aplicați cablurilor de alimentare izolate XLPE instalate în diferite configurații, pe baza ghidurilor IEC 60364-5-52.

Efectul cumulativ al mai multor factori de derating este multiplicativ. Un cablu într-un banc de conducte cu patru circuite cu temperatură ridicată a solului ar putea vedea ampabilitatea efectivă redusă la 270 A sau mai puțin , abia jumătate din ratingul de aer liber. Materialele de umplere termică cu rezistivitate scăzută, cum ar fi nisipul legat de ciment sau chiturile special concepute care înconjoară malul de conducte, devin măsuri de atenuare esențiale pentru a recupera capacitatea pierdută fără a mări secțiunea transversală a conductorului.

Toleranțe de instalare și limite de tragere

Instalarea pe teren a cablurilor de alimentare izolate XLPE necesită respectarea strictă a razelor minime de îndoire și a tensiunilor maxime de tragere. Raza minimă de îndoire pentru un cablu XLPE cu un singur conductor în timpul instalării este de obicei de 15 ori diametrul total al cablului , crescând de 12 ori pentru cablurile cu trei fire. Depășirea acestei raze provoacă daune ireversibile structurii de izolație XLPE: raza interioară se comprimă în timp ce raza exterioară se întinde, potențial creând micro-goluri care evoluează în locuri de descărcare parțială sub tensiune de funcționare.

Limitele de tensiune de tragere protejează conductorul și izolația de deteriorarea mecanică în timpul pozării cablurilor. Tensiunea maximă de tragere pentru un cablu XLPE cu conductor de cupru nu trebuie să depășească 50 N pe milimetru pătrat de secțiune transversală a conductorului . Pentru un conductor de cupru de 300 mm², aceasta se traduce în 15.000 N de forță de tragere admisă. Această tensiune trebuie calculată de-a lungul întregului traseu de tragere planificat, inclusiv frecarea crescută la fiecare cot de conductă. Lubrifianții pentru cabluri compatibili cu materialul mantalei XLPE, de obicei un gel pe bază de bentonită sau polimer, reduc coeficientul de frecare la aproximativ 0,25 până la 0,35 , scăzând substanțial forța de tragere necesară. Trebuie verificată și presiunea pe peretele lateral în care cablul se sprijină pe interiorul unui cot al conductei, cu o limită tipică de 1.500 N pe metru de rază de curbură pentru cablurile XLPE pentru a preveni deformarea izolației.

Încetarea și practicile de îmbinare

Punctele în care cablurile de alimentare izolate XLPE se conectează la aparatul de comutare sau îmbinarea la alte secțiuni de cablu reprezintă cele mai mari locații de defecțiuni statistice din orice rețea. O terminație executată corect reconstruiește controlul tensiunii electrice pe care l-a furnizat ecranul de izolație aplicat din fabrică. Punctul de reducere a ecranului creează o regiune de stres electric ridicat, iar un tub de control al tensiunii sau un con de tensiune geometric trebuie să gradeze ușor acest potențial de la tensiunea conductorului la potențialul de masă de-a lungul lungimii de terminație.

Terminațiile termocontractabile pentru cablurile XLPE de 15 kV necesită o pregătire metodică: mantaua exterioară este îndepărtată pentru a expune scutul metalic, scutul este tăiat la dimensiunea specificată, ecranul de izolație este decojit pentru a expune XLPE curat și suprafața de izolație este șlefuită netedă cu nisip abraziv specificat de producător. Orice marcaj lăsat pe suprafața XLPE de la o tăietură neglijentă cu un cuțit în timpul îndepărtării ecranului devine un punct de inițiere a descărcării parțiale. Masticul sau tubulatura de control al tensiunii trebuie să se suprapună peste marginea ecranului la distanța specificată de producător, de obicei 15 mm până la 25 mm , pentru a asigura că liniile de câmp electric se refractează fără probleme fără urmărirea suprafeței. După instalare, urechiul de terminare trebuie să fie sertizat cu o matriță hexagonală potrivită clasei și secțiunii transversale a conductorului, aplicând o compresie suficientă pentru a obține o sudură la rece etanșă la gaz între cilindrul urechii și firele de cupru.

Testare pe teren și punere în funcțiune

Testarea cablurilor de alimentare izolate XLPE după instalare, dar înainte de punerea sub tensiune este poarta finală care detectează defecte de manoperă, daune de transport și erori de terminare. Testul de punere în funcțiune acceptat pentru noile circuite XLPE de medie tensiune este a formă de undă sinusoidală de frecvență foarte joasă la 0,1 Hz , aplicat pe o durată de 30 până la 60 de minute. Pentru un cablu de 15 kV cu un rating faza-sol de 8,7 kV, tensiunea de testare VLF este de obicei setată la 2,0 până la 3,0 U₀ , corespunzător unui vârf de aproximativ 18 kV până la 26 kV.

Testarea DC cu potențial ridicat, odinioară practică standard, a fost abandonată pentru cablurile de alimentare izolate XLPE, deoarece depune încărcătură de spațiu în izolație care poate precipita o defecțiune în funcționare după ce cablul este reconectat la CA. Testul VLF, combinat cu măsurarea tan delta la mai multe trepte de tensiune, oferă o linie de bază de diagnostic. Un cablu XLPE nou, sănătos, ar trebui să prezinte o valoare delta bronz de mai jos 0,2 × 10⁻³ cu variații minime între treptele de tensiune. Orice cablu care prezintă o deltă bronzată care depășește acest prag sau o creștere treptată între nivelurile succesive de tensiune indică contaminarea, pătrunderea umezelii sau defecte de extrudare care justifică investigarea și înlocuirea potențială a cablului înainte de punerea în funcțiune a circuitului.

Îmbătrânirea pe termen lung și monitorizarea stării de sănătate

Izolația XLPE se degradează prin două mecanisme primare: îmbătrânirea termică din funcționarea susținută la sau aproape de limita de 90°C și creșterea copacilor de apă în prezența umidității și a stresului electric. Compușii moderni XLPE încorporează aditivi care ignifuge apa, dar cablurile fabricate înainte de adoptarea pe scară largă a acestor formulări în anii 1990 rămân vulnerabile. Programele de monitorizare a stării utilizează cartografierea cu descărcări parțiale și spectroscopie dielectrică pentru a identifica cablurile de alimentare cu izolare XLPE îmbătrânite înainte ca acestea să nu funcționeze.

Măsurarea descărcărilor parțiale, efectuată cu cuple capacitive la terminații sau transformatoare de curent de înaltă frecvență în jurul conexiunii de împământare a cablului, detectează descărcări cu magnitudini aparente de încărcare de până la 5 până la 10 picocoulombs . Un cablu care prezintă o tensiune de inițiere de descărcare parțială mai mică de 1,3 ori tensiunea de funcționare se apropie de o condiție în care este probabilă o defecțiune în următorii unu până la trei ani. Pentru circuitele critice, sistemele online de monitorizare a descărcării parțiale instalate permanent la terminalele de comutație asigură supravegherea continuă a stării cablului de alimentare izolat XLPE, declanșând alarme atunci când activitatea de descărcare se modifică în magnitudine sau rata de repetiție. Aceste date permit managerilor de active să programeze întreruperi planificate pentru înlocuirea cablurilor, mai degrabă decât să răspundă la o defecțiune de urgență care întrerupe producția sau livrarea serviciilor.