XLPE-eristetyt virtakaapelit: arvioinnit ja testaus

Jännitteen nimellisarvot ja eristystasot

XLPE-eristetyt virtakaapelit 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 viiden minuutin ajan tehdashyväksyntätestauksen aikana suulakepuristetun eristekerroksen eheyden tarkistaminen.

Oikean jännitteen valitseminen edellyttää kaapelin sovittamista järjestelmän suurimman jatkuvan käyttöjännitteen ja sen odotetun maasulun keston mukaan. 12 kV järjestelmässä, jossa maadoitusvika poistetaan sekunnissa, 6/10 kV kaapeli voi olla alimitoitettu, kun otetaan huomioon transienttiylijännitteet. Eristeen paksuus asteikolla jänniteluokan mukaan: tyypillinen 15 kV XLPE-eristeinen voimakaapeli on ominaista 4,5 mm XLPE-eristys , kun taas 35 kV kaapeli nostaa tämän noin 8,4 mm . Tämä lisäpaksuus vaikuttaa suoraan kaapelin kokonaishalkaisijaan, taivutusjäykkyyteen ja asennuksen aikana tarvittaviin vetojännityslaskelmiin.

Nykyinen kantokyky ja vähennystekijät

XLPE-eristeisten virtakaapeleiden kapasiteetti ei ole yksittäinen kiinteä luku. Se siirtyy asennustavan, ympäristön lämpötilan, maaperän lämpövastuksen ja naapuripiirien läheisyyden perusteella. 3-napainen 240 mm² kupari XLPE-kaapeli, joka on mitoitettu suoraan hautaamiseen, saattaa kantaa 480 A 90°C johtimen lämpötilassa erikseen, mutta tämä luku laskee merkittävästi, kun kaapeli asennetaan kanavapankkiin, jossa on neljä muuta kuormitettua piiriä ja maaperän lämpövastus on 1,2 K·m/W oletetun 1,0 K·m/W sijaan.

Alla olevassa taulukossa esitetään tyypilliset vähennyskertoimet, joita sovelletaan eri kokoonpanoihin asennettuihin XLPE-eristettyihin tehokaapeleihin IEC 60364-5-52 -ohjeiden mukaisesti.

Useiden vähennystekijöiden kumulatiivinen vaikutus on moninkertainen. Neljän piirin kanavapankissa olevan kaapelin, jonka maalämpötila on kohonnut, tehollinen kapasiteetti saattaa laskea 270 A tai vähemmän , tuskin puolet sen ilmaisluokituksesta. Alhaisen ominaisvastuksen omaavat lämpötäyttömateriaalit, kuten sementtisidottu hiekka tai kanavapankkia ympäröivät erityisesti suunnitellut laastit, ovat välttämättömiä lieventäviä toimenpiteitä menetetyn kapasiteetin palauttamiseksi ilman johtimen poikkileikkauksen kokoa.

Asennustoleranssit ja vetorajat

XLPE-eristeisten voimakaapeleiden kenttäasennukset edellyttävät tiukkaa vähimmäistaivutussäteiden ja maksimaalisten vetojännitysten noudattamista. Yksinapaisen XLPE-kaapelin vähimmäistaivutussäde asennuksen aikana on tyypillisesti 15 kertaa kaapelin kokonaishalkaisija , kasvaa 12-kertaiseksi kolmijohtimisille kaapeleille. Tämän säteen ylittäminen aiheuttaa peruuttamattomia vahinkoja XLPE-eristysrakenteelle: sisäsäde puristuu, kun ulkosäde venyy, mikä saattaa aiheuttaa mikrotyhjiöitä, jotka kehittyvät osittaisiksi purkauspaikoiksi käyttöjännitteen alaisena.

Vetojännitysrajat suojaavat johdinta ja eristystä mekaanisilta vaurioilta kaapelin asennuksen aikana. Kuparijohdin XLPE-kaapelin enimmäisvetojännitys ei saa ylittää 50 N johtimen poikkileikkauksen neliömillimetriä kohti . 300 mm²:n kuparijohtimelle tämä tarkoittaa 15 000 N:n sallittua vetovoimaa. Tämä jännitys on laskettava koko suunnitellulta vetoradalta, mukaan lukien lisääntynyt kitka jokaisessa putken mutkassa. XLPE-vaippamateriaalin kanssa yhteensopivat kaapelivoiteluaineet, tyypillisesti bentoniitti- tai polymeeripohjainen geeli, vähentävät kitkakertoimen noin 0,25 - 0,35 , mikä vähentää olennaisesti vaadittua vetovoimaa. Myös sivuseinän paine, jossa kaapeli nojaa kaapelin mutkan sisäpuolta vasten, on tarkistettava tyypillisellä rajalla 1500 N per mutkasäteen metri XLPE-kaapeleille eristyksen muodonmuutosten estämiseksi.

Irtisanominen ja yhdistämiskäytännöt

Kohdat, joissa XLPE-eristetyt tehokaapelit liitetään kojeistoon tai jatketaan muihin kaapeliosiin, edustavat korkeimpia tilastollisia vikakohtia missään verkossa. Oikein toteutettu pääte rekonstruoi sähköisen jännityksen hallinnan, jonka tehtaalla asennettu eristysverkko toimitti. Näytön katkaisupiste muodostaa alueen, jossa on korkea sähköinen jännitys, ja jännityksensäätöputken tai geometrisen jännityskartion on tasattava tämä potentiaali tasaisesti johtimen jännitteestä maapotentiaaliin päätepituudella.

15 kV XLPE-kaapeleiden lämpökutistuvat päätteet vaativat menetelmällisen valmistelun: ulompi vaippa poistetaan metallisen suojuksen paljastamiseksi, suojus leikataan määritettyyn mittaan, eristysverkko irrotetaan puhtaan XLPE:n paljastamiseksi ja eristeen pinta hiotaan tasaiseksi päätteen valmistajan määrittämillä hiomahiekalla. Kaikki naarmujäljet, jotka jäävät XLPE-pintaan huolimattomasta veitsen leikkauksesta seulan poiston aikana, muuttuvat osittaiseksi purkausaloituspisteeksi. Jännityksenhallintamassan tai -letkun on tyypillisesti mentävä seulan reunan päälle valmistajan määrittämän etäisyyden verran 15 mm - 25 mm , jotta sähkökenttäviivat taittuvat tasaisesti ilman pinnan seurantaa. Asennuksen jälkeen päätekorvake on puristettava kuusikulmaisella suulakkeella, joka on sovitettu johdinluokkaan ja poikkileikkaukseen ja puristamalla riittävästi kaasutiiviin kylmähitsauksen aikaansaamiseksi korvakkeen piipun ja kuparisäikeiden välille.

Kenttätestaus ja käyttöönotto

XLPE-eristettyjen virtakaapeleiden testaus asennuksen jälkeen mutta ennen jännitteen kytkemistä on viimeinen portti, joka havaitsee valmistusvirheet, kuljetusvauriot ja päätevirheet. Uusien keskijännite-XLPE-piirien hyväksytty käyttöönottotesti on a erittäin matalataajuinen siniaaltomuoto 0,1 Hz:llä , sovellettu 30-60 minuutin ajan. 15 kV kaapelille, jonka nimellisarvo on 8,7 kV vaihe-maahan, VLF-testijännite on tyypillisesti asetettu 2,0 - 3,0 U₀ , mikä vastaa noin 18 kV - 26 kV huippua.

XLPE-eristeisten virtakaapeleiden DC-suurpotentiaalitestauksesta on luovuttu, koska se kerää eristykseen tilavarausta, joka voi aiheuttaa toimintahäiriön sen jälkeen, kun kaapeli on kytketty vaihtovirtaan. VLF-testi yhdistettynä rusketuksen delta-mittaukseen useilla jänniteportailla tarjoaa diagnostisen lähtötilanteen. Uuden, terveen XLPE-kaapelin pitäisi näyttää tan delta-arvoa alla 0,2 × 10⁻³ minimaalisella vaihtelulla jänniteportaiden välillä. Kaikki kaapelit, joissa näkyy tämän kynnyksen ylittävä ruskeanruskea delta tai porrastettu nousu peräkkäisten jännitetasojen välillä, osoittaa kontaminaatiota, kosteuden sisäänpääsyä tai pursotusvirheitä, jotka edellyttävät tutkimusta ja mahdollista kaapelin vaihtoa ennen piirin käyttöönottoa.

Pitkäaikainen ikääntymisen ja kunnon seuranta

XLPE-eristys hajoaa kahden ensisijaisen mekanismin kautta: lämpö ikääntymisen johdosta jatkuvasta toiminnasta 90 °C:n rajassa tai sen lähellä, ja vesipuun kasvu kosteuden ja sähkörasituksen läsnä ollessa. Nykyaikaiset XLPE-yhdisteet sisältävät vettä hidastavia lisäaineita, mutta kaapelit, jotka on valmistettu ennen näiden formulaatioiden laajaa käyttöönottoa 1990-luvulla, ovat edelleen haavoittuvia. Kunnonvalvontaohjelmat käyttävät osittaista purkauskartoitusta ja dielektristä spektroskopiaa vanhentuneiden XLPE-eristeisten virtakaapeleiden tunnistamiseen ennen kuin ne lakkaavat toimimasta.

Osittainen purkausmittaus, joka suoritetaan kapasitiivisilla liittimillä päätteissä tai suurtaajuisilla virtamuuntajilla kaapelin maadoitusliitännän ympärillä, havaitsee purkaukset, joiden näennäinen varaussuuruus on niinkin pieni kuin 5-10 pikocoulombia . Kaapeli, jonka osittaisen purkauksen aloitusjännite on alle 1,3 kertaa käyttöjännite, on lähestymässä tilaa, jossa vika on todennäköinen seuraavan 1-3 vuoden kuluessa. Kriittisissä piireissä osittaisen purkauksen online-valvontajärjestelmät, jotka on asennettu kiinteästi kojeiston päätekohtiin, valvovat jatkuvasti XLPE-eristetyn tehokaapelin kuntoa ja laukaisevat hälytyksiä, kun purkausaktiivisuuden suuruus tai toistotaajuus muuttuu. Näiden tietojen avulla omaisuudenhoitajat voivat ajoittaa suunniteltuja seisokkeja kaapelin vaihtoa varten sen sijaan, että he reagoisivat hätävikaan, joka keskeyttää tuotannon tai palvelun toimituksen.