Подробное Описание
Что такое средневольтный силовой кабель?
Средневольтный (СН) силовой кабель — это силовой кабель, рассчитанный на непрерывную работу при междуфазном напряжении от 3,6 кВ до 30 кВ (Um = 36 кВ), определённый стандартом IEC 60502-2. Кабели СН находятся между сетью низкого напряжения (0,6/1 кВ) и системой передачи высокого напряжения (≥66 кВ) — это фидеры, передающие мощность от главных подстанций к распределительным подстанциям, от точки присоединения к электросетевой компании до промышленного предприятия и от ветрогенератора к сборной подстанции ветропарка.
Ключевое отличие кабеля низкого (0,6/1 кВ) и среднего напряжения — наличие полупроводящих экранов с обеих сторон изоляции XLPE: экрана жилы между жилой и изоляцией и экрана изоляции между изоляцией и металлическим экраном. При напряжениях СН градиент электрического поля внутри изоляции достаточно высок (обычно 2–5 кВ/мм при рабочем напряжении), так что любая микроскопическая пустота, загрязнение или неровность на границе жила-изоляция становится точкой возникновения частичного разряда. Частичные разряды прогрессивно разрушают изоляцию — разряд 5 пКл может вырасти до отказа кабеля через месяцы или годы в эксплуатации.
Полупроводящие экраны находятся соответственно на потенциале жилы и земли, создавая гладкие, без пустот эквипотенциальные границы с обеих сторон изоляции. Исключение воздушных зазоров на этих границах является определяющим производственным требованием для кабеля СН — оно достигается процессом тройной экструзии, когда все три слоя (экран жилы, изоляция XLPE, экран изоляции) экструдируются одновременно в одной головке и сшиваются вместе под действием тепла и давления.
Классы напряжения СН — какой номинал для вашей системы?
| Системное напряжение (Uₙ) | Номинал кабеля по IEC (U₀/U) | Um (макс.) | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| 6,0 кВ или 6,6 кВ | 3,6/6 кВ или 6/10 кВ | 7,2 кВ / 12 кВ | Горнодобывающая промышленность, промышленные предприятия с двигателями СН |
| 10 кВ или 11 кВ | 6/10 кВ или 8,7/15 кВ | 12 кВ / 17,5 кВ | Обычное коммунальное распределение в Европе и Азии |
| 15 кВ или 13,8 кВ | 8,7/15 кВ | 17,5 кВ | Коммунальное распределение и промышленность Северной Америки |
| 20 кВ | 12/20 кВ | 24 кВ | Европейский стандарт распределения среднего напряжения |
| 30 кВ или 33 кВ | 18/30 кВ | 36 кВ | Сборные цепи ветропарков, распределение в Великобритании и странах Содружества |
Правило выбора U₀ (номинала фаза-земля): U₀ кабеля должен быть равен или превышать максимальное непрерывное напряжение фаза-земля системы при всех нормальных условиях и при одиночном замыкании на землю. Для системы с глухозаземлённой нейтралью U₀ = Uₙ/√3. Для системы, которая может работать с замыканием на землю в течение длительного времени (резонансное заземление, изолированная нейтраль), U₀ может потребоваться равным Uₙ — значительно более высокий номинал кабеля, и причина, по которой для системы 11 кВ с изолированной нейтралью может быть задан кабель 8,7/15 кВ (U₀ = 8,7 кВ ≈ 11 кВ × 0,8), а не 6/10 кВ (U₀ = 6 кВ ≈ 11 кВ/√3).
Одножильный и трёхжильный кабель СН
| Параметр | Одножильный | Трёхжильный |
|---|---|---|
| Наружный диаметр на фазу | Меньший индивидуальный диаметр — проще обращение и изгиб | Больший диаметр — тяжелее на метр, требует большего радиуса изгиба |
| Токовая нагрузка (то же сечение) | Выше — лучшее рассеивание тепла | Ниже — взаимный нагрев между фазами в одном кабеле |
| Монтаж | Три отдельных кабеля, прокладываемых в трефовой или плоской раскладке | Один кабель со всеми тремя фазами; проще прокладка |
| Соединение металлических экранов | Требуется транспозиция для длинных трасс для минимизации потерь от циркулирующих токов | Одноточечное или сплошное соединение — циркулирующие токи уравновешены внутри кабеля, если он бронирован |
| Расчёт экрана на замыкание на землю | Экран рассчитывается по пути тока одиночной фазы | Расчёт экрана может опираться на взаимную связь экранов |
| Типичное применение | Большие сечения (≥300 мм²), длинные трассы, установки с транспозицией | Средние сечения, городское распределение, простые установки |
| Производственная длина | Возможна большая (меньший вес катушки на фазу) | Меньшая (более тяжёлая катушка); ограничена транспортным весом |
Трёхжильный кабель является стандартным выбором для большинства распределительных сетей СН, потому что его проще монтировать и соединять — одна кабельная траншея, одна протяжка, одно соединение на цепь. Одножильный кабель используется, когда сечение превышает практически возможное в трёхжильной конструкции (обычно выше 400–500 мм²), когда длина требует транспозиции экранов для управления потерями, или когда вес трёхжильного кабеля был бы неприемлем для монтажа.
Частичные разряды — критерий качества кабеля СН
Испытание на частичные разряды (ЧР) является определяющим испытанием качества для кабеля СН — оно подтверждает, что система изоляции тройной экструзии свободна от пустот, загрязнений и неровностей границ, вызывающих прогрессирующий отказ изоляции. Стандарт испытания — IEC 60885-3.
Процедура испытания на ЧР для каждой производственной длины:- Напряжение плавно повышается до 2 U₀ и выдерживается 10 секунд
- Напряжение снижается до 1,73 U₀
- Величина ЧР измеряется при 1,73 U₀ — должна быть ≤5 пКл
- Разряд, превышающий 5 пКл при 1,73 U₀, является основанием для браковки — длина кабеля разрезается, дефектный участок удаляется, оставшиеся участки переиспытываются
- Испытание повторяется для каждой жилы многожильного кабеля
Расчёт металлического экрана — ток замыкания на землю
Металлический экран (медная лента или медные проволоки) выполняет две функции: он обеспечивает определённую плоскость заземления (ёмкостная компенсация) и отводит ток замыкания на землю от точки повреждения обратно к источнику. Вторая функция определяет сечение экрана:
- Сечение экрана (A) = √(I² × t) / K, где:
- t = время отключения повреждения (секунды, по уставке релейной защиты)
- K = константа материала: 226 для меди (адиабатический режим, конечная температура 200°C); 148 для алюминия
Например: замыкание на землю 12 кА, время отключения 0,5 с → A = √(144 × 0,5) / 226 = √72 / 226 ≈ 37,7 мм² в медном эквиваленте. Был бы задан экран из медной проволоки 50 мм² с запасом.
Недостаточное сечение экрана является частой причиной отказа кабеля СН — экран плавится во время замыкания на землю до отключения релейной защиты, дуга повреждения переходит на броню или соседние фазы, и однофазное замыкание на землю перерастает в трёхфазное.
Почему стоит выбрать средневольтные силовые кабели Yichi
- Система изоляции XLPE тройной экструзии: экран жилы, изоляция XLPE и экран изоляции экструдируются одновременно в одной головке на линии CCV (катенарая непрерывная вулканизация). Процесс тройной экструзии исключает межслойные пустоты — основной источник частичных разрядов в кабелях СН
- Каждая производственная длина испытывается на ЧР: это не выборочное испытание — каждый метр каждой производственной длины испытывается на ЧР до ≤5 пКл при 1,73 U₀ по IEC 60885-3. Результат испытания печатается на этикетке кабельной катушки и в сертификате испытаний
- Типовые испытания по IEC 60502-2: полная программа типовых испытаний, включая частичные разряды, тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) в зависимости от напряжения, тепловое циклическое испытание напряжением, испытание импульсным напряжением (BIL) и механические испытания всех конструкций кабеля
- Сечение экрана, рассчитанное под ваше замыкание на землю: предоставьте уровень замыкания на землю вашей системы и время отключения защиты — мы рассчитываем и проверяем сечение металлического экрана по IEC 60949 и включаем расчёт в паспорт кабеля
- Индивидуальные номиналы напряжения и конструкции: стандартные классы напряжения IEC — 3,6/6, 6/10, 8,7/15, 12/20, 18/30 кВ. Нестандартные промежуточные напряжения, изоляция TR-XLPE для влажных условий и индивидуальные конфигурации экранов доступны по запросу
- Совместимость с арматурой: мы предоставляем рекомендации по соединению и оконцеванию, совместимые с основными производителями арматуры для СН (3M, Raychem/TE, Nexans, Pfisterer, Südkabel) — укажите предпочтительную систему арматуры, и мы подгоним размеры кабеля соответствующим образом