Детальний Опис
Що таке силовий кабель середньої напруги?
Силовий кабель середньої напруги (СН) — це силовий кабель, розрахований на безперервну міжфазну роботу від 3,6 кВ до 30 кВ (Um = 36 кВ), визначений стандартом IEC 60502-2. Кабелі середньої напруги розташовані між мережею розподілу низької напруги (0,6/1 кВ) та системою передачі високої напруги (≥66 кВ) — це фідери, які передають електроенергію від первинних підстанцій до вторинних, від точки приєднання енергокомпанії до промислового підприємства та від генератора вітрової турбіни до збірної підстанції вітрової електростанції.
Критична відмінність між кабелем низької напруги (0,6/1 кВ) та кабелем середньої напруги полягає в наявності напівпровідних екранів з обох боків ізоляції XLPE — екран провідника між провідником та ізоляцією та екран ізоляції між ізоляцією та металевим екраном. При напругах середньої напруги градієнт електричного поля всередині ізоляції є достатньо високим (зазвичай 2–5 кВ/мм за робочої напруги), щоб будь-яка мікроскопічна порожнина, забруднення чи нерівність на стику провідник-ізоляція ставали точкою виникнення часткових розрядів. Часткові розряди прогресивно руйнують ізоляцію — розряд, що починається з 5 пКл, може зрости до відмови кабелю через місяці або роки експлуатації.
Напівпровідні екрани працюють відповідно на потенціалі провідника та землі, створюючи гладкі, безпорожнинні еквіпотенційні межі з обох боків ізоляції. Усунення повітряних проміжків на цих стиках є визначальною виробничою вимогою для кабелю середньої напруги — воно досягається процесом потрійної екструзії, коли всі три шари (екран провідника, ізоляція XLPE, екран ізоляції) екструдуються одночасно в одній головці та зшиваються разом під впливом тепла та тиску.
Класи напруги середньої напруги — який номінал для вашої системи?
| Напруга системи (Uₙ) | Номінал кабелю IEC (U₀/U) | Um (макс.) | Типове застосування |
|---|---|---|---|
| 6,0 кВ або 6,6 кВ | 3,6/6 кВ або 6/10 кВ | 7,2 кВ / 12 кВ | Гірнича промисловість, промислові підприємства з двигунами середньої напруги |
| 10 кВ або 11 кВ | 6/10 кВ або 8,7/15 кВ | 12 кВ / 17,5 кВ | Поширений комунальний розподіл у Європі та Азії |
| 15 кВ або 13,8 кВ | 8,7/15 кВ | 17,5 кВ | Комунальний розподіл та промисловість Північної Америки |
| 20 кВ | 12/20 кВ | 24 кВ | Європейський стандарт розподілу середньої напруги |
| 30 кВ або 33 кВ | 18/30 кВ | 36 кВ | Збірні кола вітрових електростанцій, розподіл у Великій Британії та Співдружності |
Правило вибору U₀ (номіналу фаза–земля): U₀ кабелю має бути рівним або більшим за максимальну безперервну фазну напругу відносно землі системи за всіх нормальних умов та умов одиничного замикання на землю. Для системи з глухозаземленою нейтраллю U₀ = Uₙ/√3. Для системи, яка може працювати із замиканням на землю протягом тривалого часу (резонансне заземлення, ізольована нейтраль), U₀ може потребувати рівності Uₙ — значно вищий номінал кабелю, і причина, чому система 11 кВ з ізольованою нейтраллю може специфікувати кабель 8,7/15 кВ (U₀ = 8,7 кВ ≈ 11 кВ × 0,8), а не 6/10 кВ (U₀ = 6 кВ ≈ 11 кВ/√3).
Одножильний проти трижильного кабелю середньої напруги
| Параметр | Одножильний | Трижильний |
|---|---|---|
| Зовнішній діаметр кабелю на фазу | Менший індивідуальний діаметр — легше поводження та згинання | Більший діаметр — важчий за метр, потребує більшого радіуса згину |
| Пропускна здатність (той самий переріз) | Вища — краще розсіювання тепла | Нижча — взаємний нагрів між фазами в одному кабелі |
| Монтаж | Три окремі кабелі, прокладені трикутником або в площині | Один кабель з усіма трьома фазами; простіше прокладання |
| З'єднання металевих екранів | Для довгих ліній потрібна транспозиція для мінімізації втрат від циркулюючих струмів | Одноточкове або суцільне з'єднання — циркулюючі струми збалансовані всередині кабелю, якщо він броньований |
| Розрахунок екрана при замиканні на землю | Екран розраховується на шлях струму замикання одножильного кабелю | Розрахунок екрана може покладатися на взаємне з'єднання екранів |
| Типове застосування | Великі перерізи (≥300 мм²), довгі лінії, установки з транспозицією | Середні перерізи, міський розподіл, прості установки |
| Виробнича довжина | Можлива більша (менша вага барабана на фазу) | Менша (важчий барабан); обмежена транспортною вагою |
Трижильний кабель є стандартом для більшості розподілу середньої напруги, оскільки його простіше встановлювати та зрощувати — одна кабельна траншея, одне протягування, одне зрощення на коло. Одножильний кабель використовується там, де переріз перевищує практичний для трижильної конструкції (зазвичай понад 400–500 мм²), де довжина потребує транспозиції для управління втратами в екранах або де вага трижильного кабелю була б некерованою для монтажу.
Часткові розряди — ворота якості кабелю середньої напруги
Випробування на часткові розряди (ЧР) є визначальним випробуванням якості для кабелю середньої напруги — воно підтверджує, що система потрійної екструзійної ізоляції вільна від порожнин, забруднень і нерівностей стиків, які спричиняють прогресивне руйнування ізоляції. Стандарт випробування — IEC 60885-3.
Процедура випробування на часткові розряди для кожної виробничої довжини:- Напруга плавно підвищується до 2 U₀ і утримується протягом 10 секунд
- Напруга знижується до 1,73 U₀
- Величина ЧР вимірюється при 1,73 U₀ — має бути ≤5 пКл
- Розряд, що перевищує 5 пКл при 1,73 U₀, є підставою для відбракування — довжина кабелю відрізається, дефектна ділянка видаляється, а решта ділянок повторно випробовується
- Випробування повторюється для кожної жили багатожильного кабелю
Розрахунок металевого екрана — струм замикання на землю
Металевий екран (мідна стрічка або мідні дроти) виконує дві функції: забезпечує визначену опорну площину заземлення (ємнісне вирівнювання) та відводить струм замикання на землю від точки замикання до джерела. Друга функція визначає переріз екрана:
- Переріз екрана (A) = √(I² × t) / K, де:
- t = час відключення замикання (секунди, з уставки релейного захисту)
- K = постійна матеріалу: 226 для міді (адіабатичний, кінцева 200°C); 148 для алюмінію
Наприклад: замикання на землю 12 кА, час відключення 0,5 с → A = √(144 × 0,5) / 226 = √72 / 226 ≈ 37,7 мм² у мідному еквіваленті. Екран із мідного дроту 50 мм² був би специфікований із запасом.
Недостатній переріз екрана є поширеною причиною відмови кабелю середньої напруги — екран плавиться під час замикання на землю, перш ніж релейний захист відключить його, дуга замикання переходить на броню або сусідні фази, і однофазне замикання на землю переростає у трифазне.
Чому варто обрати силові кабелі середньої напруги від Yichi
- Система ізоляції XLPE з потрійною екструзією: Екран провідника, ізоляція XLPE та екран ізоляції екструдуються одночасно в одній головці на лінії CCV (катенарна безперервна вулканізація). Процес потрійної екструзії усуває міжшарові порожнини — основне джерело часткових розрядів у кабелях середньої напруги
- Кожна виробнича довжина випробувана на ЧР: Це не випробування зразка — кожен метр кожної виробничої довжини випробовується на ЧР до ≤5 пКл при 1,73 U₀ згідно з IEC 60885-3. Результат випробування друкується на етикетці барабана та у сертифікаті випробувань
- Типові випробування за IEC 60502-2: Повна програма типових випробувань, включаючи часткові розряди, тангенс кута діелектричних втрат (tan δ) залежно від напруги, теплове циклічне випробування напругою, імпульсне випробування напругою (BIL) та механічні випробування для всіх конструкцій кабелю
- Переріз екрана, розрахований під ваше замикання на землю: Надайте рівень замикання на землю вашої системи та час відключення захисту — ми розраховуємо та перевіряємо переріз металевого екрана згідно з IEC 60949 та включаємо розрахунок у технічний паспорт кабелю
- Індивідуальні номінали напруги та конструкції: Стандартні класи напруги IEC — 3,6/6, 6/10, 8,7/15, 12/20, 18/30 кВ. Нестандартні проміжні напруги, ізоляція TR-XLPE для вологих умов та індивідуальні конфігурації екранів доступні на замовлення
- Сумісність з приладдям: Ми надаємо рекомендації зі зрощування та термінування, сумісні з основними виробниками приладдя для кабелів середньої напруги (3M, Raychem/TE, Nexans, Pfisterer, Südkabel) — вкажіть вашу бажану систему приладдя, і ми підлаштуємо розміри кабелю відповідно