XLPE-isolerede strømkabler: Bedømmelser og test

Spændingsværdier og isolationsniveauer

XLPE isolerede strømkabler 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 i fem minutter under fabriksgodkendelsestest, verificering af integriteten af det ekstruderede isoleringslag.

Valg af den korrekte spændingsværdi kræver, at kablet matches til systemets maksimale kontinuerlige driftsspænding og dets forventede jordfejlsvarighed. For et 12 kV-system, hvor jordfejl udbedres inden for et sekund, kan et 6/10 kV-kabel være underdimensioneret, når der tages hensyn til transiente overspændinger. Isoleringstykkelsen skalerer med spændingsklasse: et typisk 15 kV XLPE-isoleret strømkabel har funktioner 4,5 mm XLPE isolering , mens et 35 kV kabel øger dette til ca 8,4 mm . Denne ekstra tykkelse påvirker direkte kablets samlede diameter, bøjningsstivhed og de trækspændingsberegninger, der kræves under installationen.

Aktuel bæreevne og deratingfaktorer

Amaciteten af XLPE-isolerede strømkabler er ikke et enkelt fast tal. Det skifter baseret på installationsmetode, omgivende temperatur, jordens termiske resistivitet og nærheden af ​​tilstødende kredsløb. Et 3-leder 240 mm² kobber XLPE-kabel, der er klassificeret til direkte nedgravning, kan bære 480 A ved 90°C ledertemperatur isoleret set, men dette tal falder markant, når kablet installeres i en kanalbank med fire andre belastede kredsløb og en jordvarmeresistivitet på 1,2 K·m/W i stedet for de antagne 1,0 K·m/W.

Tabellen nedenfor viser de typiske nedsættelsesfaktorer, der anvendes på XLPE-isolerede strømkabler installeret i forskellige konfigurationer, baseret på IEC 60364-5-52 retningslinjer.

Den kumulative effekt af flere deratingfaktorer er multiplikativ. Et kabel i en kanalbank med fire kredsløb med forhøjet jordtemperatur kan muligvis reducere dens effektive kapacitet til 270 A eller mindre , knap halvdelen af sin friluftsvurdering. Termiske tilbagefyldningsmaterialer med lav resistivitet, såsom cementbundet sand eller specifikt konstruerede fuger, der omgiver kanalbanken, bliver væsentlige afværgeforanstaltninger for at genvinde tabt kapacitet uden at øge ledertværsnittet.

Installationstolerancer og trækgrænser

Feltinstallation af XLPE-isolerede strømkabler kræver nøje overholdelse af minimale bøjningsradier og maksimale trækspændinger. Den mindste bøjningsradius for et enkeltleder XLPE-kabel under installation er typisk 15 gange kablets samlede diameter , stigende til 12 gange for trelederkabler. Overskridelse af denne radius forårsager irreversibel skade på XLPE-isoleringsstrukturen: den indre radius komprimeres, mens den ydre radius strækkes, hvilket potentielt skaber mikrohulrum, der udvikler sig til partielle afladningssteder under driftsspænding.

Trækspændingsgrænser beskytter lederen og isoleringen mod mekanisk beskadigelse under kabellægning. Den maksimale trækspænding for et kobberleder XLPE-kabel bør ikke overstige 50 N pr. kvadratmillimeter ledertværsnit . For en 300 mm² kobberleder svarer dette til 15.000 N tilladt trækkraft. Denne spænding skal beregnes langs hele den planlagte trækbane, inklusive den øgede friktion ved hvert rørbøjning. Kabelsmøremidler, der er kompatible med XLPE-kappematerialet, typisk en bentonit- eller polymerbaseret gel, reducerer friktionskoefficienten til ca. 0,25 til 0,35 sænker den nødvendige trækkraft væsentligt. Sidevægstrykket, hvor kablet ligger an mod indersiden af en ledningsbøjning, skal også kontrolleres, med en typisk grænse på 1.500 N pr. meter bøjningsradius til XLPE-kabler for at forhindre isolationsdeformation.

Opsigelse og sammenføjningspraksis

De punkter, hvor XLPE-isolerede strømkabler forbindes til koblingsudstyr eller splejser til andre kabelsektioner, repræsenterer de højeste statistiske fejlplaceringer i ethvert netværk. En korrekt udført afslutning rekonstruerer den elektriske spændingskontrol, som den fabriksmonterede isoleringsskærm leverede. Skærmens tilbageskæringspunkt skaber et område med høj elektrisk belastning, og et spændingskontrolrør eller en geometrisk spændingskegle skal gradere dette potentiale jævnt fra lederspændingen til jordpotentialet langs termineringslængden.

Krympeafslutninger til 15 kV XLPE-kabler kræver metodisk forberedelse: den ydre kappe fjernes for at blotlægge den metalliske skærm, skærmen skæres til den specificerede dimension, isoleringsskærmen trækkes tilbage for at blotlægge ren XLPE, og isoleringsoverfladen slibes glat med slibende korn specificeret af termineringsproducenten. Ethvert ridsmærke, der er tilbage på XLPE-overfladen fra en skødesløs kniv, der er skåret under fjernelse af skærmen, bliver et startpunkt for delvis udladning. Spændingskontrolmastikken eller slangen skal typisk overlappe skærmkanten med den producentspecificerede afstand 15 mm til 25 mm , for at sikre, at de elektriske feltlinjer brydes jævnt uden overfladesporing. Efter installationen skal afslutningsfligen krympes med en sekskantet matrice tilpasset lederklassen og tværsnit, idet der påføres tilstrækkelig kompression til at opnå en gastæt kold svejsning mellem tappen og kobbertrådene.

Felttest og idriftsættelse

Test af XLPE-isolerede strømkabler efter installation, men før spænding, er den sidste port, der fanger håndværksfejl, transportskader og termineringsfejl. Den accepterede idriftsættelsestest for nye mellemspændings-XLPE-kredsløb er en meget lavfrekvent sinusformet bølgeform ved 0,1 Hz , ansøgt i en varighed på 30 til 60 minutter. For et 15 kV kabel med en 8,7 kV fase-til-jord-klassificering er VLF-testspændingen typisk indstillet til 2,0 til 3,0 U₀ svarende til ca. 18 kV til 26 kV peak.

DC-højpotentialtestning, når standard praksis er blevet opgivet for XLPE-isolerede strømkabler, fordi det afsætter rumladning i isoleringen, der kan udløse en driftsfejl, efter at kablet er tilsluttet igen til AC. VLF-testen, kombineret med tan-delta-måling ved flere spændingstrin, giver en diagnostisk baseline. Et nyt, sundt XLPE-kabel bør udvise en tan delta-værdi nedenfor 0,2 x 10⁻3 med minimal variation mellem spændingstrin. Ethvert kabel, der viser et tan-delta, der overstiger denne tærskel, eller en trinvis stigning mellem på hinanden følgende spændingsniveauer, indikerer forurening, fugtindtrængning eller ekstruderingsfejl, der berettiger undersøgelse og potentiel kabeludskiftning, før kredsløbet tages i brug.

Langsigtet aldring og tilstandsovervågning

XLPE-isolering nedbrydes gennem to primære mekanismer: termisk ældning fra vedvarende drift ved eller tæt på 90°C-grænsen og vandtræsvækst i nærvær af fugt og elektrisk stress. Moderne XLPE-forbindelser inkorporerer vandtræhæmmende additiver, men kabler fremstillet før den udbredte anvendelse af disse formuleringer i 1990'erne er fortsat sårbare. Tilstandsovervågningsprogrammer bruger kortlægning af delvis udladning og dielektrisk spektroskopi til at identificere aldrende XLPE-isolerede strømkabler, før de fejler i drift.

Delvis udladningsmåling, udført med kapacitive koblere ved afslutninger eller højfrekvente strømtransformatorer omkring kabeljordforbindelsen, detekterer udladninger med tilsyneladende ladningsstørrelser så lave som 5 til 10 picoculombs . Et kabel, der udviser delvis afladningsstartspænding under 1,3 gange driftsspændingen, nærmer sig en tilstand, hvor en fejl er sandsynlig inden for de næste et til tre år. For kritiske kredsløb giver online overvågningssystemer for delvis afladning, permanent installeret ved koblingsterminaler, kontinuerlig overvågning af XLPE-isolerede strømkabeltilstand, hvilket udløser alarmer, når afladningsaktiviteten ændrer sig i størrelse eller gentagelseshastighed. Disse data giver kapitalforvaltere mulighed for at planlægge planlagte udfald til kabeludskiftning i stedet for at reagere på en nødfejl, der afbryder produktion eller levering af service.