Dobór kabli średniego napięcia: kontrola natężenia prądu, spadku napięcia i zwarcia

Załóżmy, że masz zasilacz transformatorowy 13,8 kV z obliczonym prądem pierwotnym 84 A. Szybka tabela natężenia prądu może sugerować przewód miedziany nr 3 AWG. Jednak typowa instalacja w terenie często kończy się kablem 2/0 AWG. Powodem jest to, że dobór kabla średniego napięcia nie może ograniczać się do obciążalności prądowej.

Prawidłowy rozmiar musi także spełniać ograniczenia spadków napięcia, wytrzymać dostępny prąd zwarciowy, spełniać praktyczne minimalne rozmiary przewodów i uwzględniać rzeczywiste warunki instalacji, takie jak temperatura gruntu, rzędy kanałów i obwody równoległe. Traktuj to jako pętlę weryfikacyjną, a nie pojedynczy krok wyszukiwania.

Co oznacza „rozmiar” dla kabli SN

Kabel średniego napięcia oznacza ogólnie kable o napięciu znamionowym powyżej 1 kV i do 35 kV. Typowe klasy napięcia obejmują 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV i 18/30 kV. Dobór kabla SN oznacza wybór przekroju przewodu, poziomu izolacji i konstrukcji ekranu, które pozwolą na bezpieczną pracę kabla przez cały jego okres użytkowania, zarówno w warunkach stałego obciążenia, jak i w warunkach zwarcia.

Główne kontrole są ciągłe: ciągła obciążalność prądowa, spadek napięcia, odporność termiczna zwarciowa i obniżenie parametrów znamionowych w zależności od warunków instalacji. W wielu projektach przemysłowych o ostatecznym rozmiarze decyduje kontrola zwarcia lub spadku napięcia, a nie kontrola obciążalności prądowej, zwłaszcza gdy zasilacz jest długi lub poziom zwarcia jest wysoki.

Krok 1 – Zdefiniuj wejścia systemowe i kablowe

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek obliczeń należy zebrać dane systemowe. Wymagane jest nominalne napięcie międzyfazowe, maksymalny ciągły prąd obciążenia, maksymalny prąd zwarciowy w miejscu ułożenia kabla i czas wyłączenia zabezpieczenia. Szczegóły instalacji również mają znaczenie: długość trasy, temperatura otoczenia, opór cieplny gleby, głębokość zakopania oraz to, czy kabel przebiega w korytku kanałowym, korytku kablowym czy bezpośrednio w ziemi.

Małe błędy wejściowe powodują duże błędy rozmiaru. Jeśli założymy, że temperatura gleby wynosi 20°C, ale w rzeczywistości temperatura w miejscu instalacji wynosi 30°C, kabel marginalny będzie działał powyżej temperatury projektowej. Jeśli zapomnisz o uwzględnieniu ogrzewania podajnika równoległego, w prawdziwej instalacji parametry tego samego kabla zostaną obniżone. Dodatkowy czas poświęcony na weryfikację danych wejściowych zawsze się opłaca.

W przypadku większości zastosowań dystrybucyjnych domyślnym wyborem jest kabel w izolacji XLPE z żyłami miedzianymi. Izolacja zapewnia wysoką wytrzymałość elektryczną, niskie straty dielektryczne i dobrą wydajność cieplną. Praktycznym odniesieniem do dystrybucji średniego napięcia jest: Seria kabli zasilających w izolacji XLPE o napięciu od 3,6/6 kV do 26/35 kV .

Izolowany kabel zasilający XLPE na napięcie znamionowe 3,6/6 kV -26/35 kV Dostawcy, firma Dongfeng Chiny hurtowy izolowany kabel zasilający XLPE dla dostawców napięcia znamionowego 3,6/6 kV -26/35 kV i izolowany kabel zasilający XLPE dla V... Zobacz produkt →

Krok 2 – Oblicz natężenie prądu w rzeczywistych warunkach

Natężenie prądu to maksymalny prąd ciągły, jaki kabel może przenosić bez przekraczania temperatury znamionowej jego izolacji. W przypadku izolacji XLPE maksymalna ciągła temperatura przewodu wynosi zazwyczaj 90°C, natomiast temperatura awaryjna zwarciowa może wynosić 250°C w przypadku przewodów miedzianych. Przekrój kabla musi umożliwiać odprowadzanie wytworzonego wewnętrznie ciepła na zewnątrz bez przegrzania izolacji.

Zacznij od podstawowej tabeli natężenia prądu, a następnie pomnóż przez współczynniki korekcyjne dla temperatury otoczenia, rezystywności cieplnej gleby, głębokości, rozstawu kabli i grupowania. Rozmiar przewodu, który można obliczyć w obliczeniach stacjonarnych, może się nagrzewać, jeśli jest zainstalowany równolegle do innych obciążonych kabli. Poniższa tabela przedstawia reprezentatywne współczynniki obniżania wartości znamionowych dla typowych instalacji średniego napięcia:

Po zastosowaniu wszystkich współczynników korekcyjnych porównaj skorygowaną amperaż z prądem pełnego obciążenia. Jeśli wartość mieści się pomiędzy dwoma standardowymi rozmiarami przewodu, wybierz następny większy rozmiar, chyba że późniejsze sprawdzenie wymusi użycie jeszcze większego przewodu.

Krok 3 – Sprawdź spadek napięcia na długich liniach zasilających

Spadek napięcia staje się kryterium decydującym, gdy linia zasilająca SN ma kilka kilometrów długości lub gdy obciążenie jest duże w stosunku do impedancji kabla. Spadek napięcia trójfazowego można w przybliżeniu obliczyć jako Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, gdzie R i X to efektywna rezystancja prądu przemiennego i reaktancja na jednostkę długości, a L to długość trasy.

W przypadku obwodów średniego napięcia całkowity spadek napięcia od źródła do obciążenia powinien na ogół utrzymywać się poniżej 5%. Wiele obiektów stosuje bardziej rygorystyczny limit 3% dla samego pola zasilającego, aby pozostawić margines dla transformatorów i przewodów wtórnych. W przypadku linii zasilającej o napięciu 33 kV i długości 10 km, przenoszącej prąd 250 A, kabel miedziany o przekroju 95 mm² może wykazywać spadek napięcia w pobliżu 3,5%, podczas gdy kabel o przekroju 120 mm² powoduje spadek napięcia poniżej 3%. W takich przypadkach większy kabel wybiera się nie ze względu na obciążalność prądową, ale ze względu na limit spadku napięcia.

W zasilaczu 33 kV indukcyjność często dominuje nad rezystancją, więc dodanie przekroju przewodu zapewnia jedynie ograniczoną poprawę. W takim przypadku wyższy poziom napięcia lub inaczej poprowadzony kabel może być skuteczniejszy.

Krok 4 – Potwierdź odporność na zwarcie

Kabel w systemie średniego napięcia musi wytrzymać prąd zwarciowy w najgorszym przypadku wystarczająco długo, aby urządzenie zabezpieczające usunęło zwarcie. Podczas zwarcia temperatura przewodu gwałtownie wzrasta, ponieważ ciepło nie może szybko uciec. W przypadku kabli w izolacji XLPE dopuszczalna temperatura przewodu zwarciowego często wynosi 250°C dla miedzi i 200°C dla aluminium, należy jednak stosować wartości z danych testowych producenta.

Minimalny przekrój przewodu dla wytrzymałości termicznej można oszacować jako s = I * sqrt(t) / k, gdzie I to skuteczny prąd zwarciowy, t to czas wyłączania w sekundach, a k to stała zależna od materiału przewodnika oraz założonych temperatur początkowych i końcowych. System 13,8 kV z zwarciem 20 kA usuniętym w ciągu 0,2 s może z łatwością wymagać przewodu o większym przekroju niż w przypadku kontroli obciążalności prądowej. Dlatego też kontrola zwarcia nie jest opcjonalna.

Należy również zweryfikować koordynację przekaźnika poprzedzającego. Jeśli czas wyłączenia przekaźnika jest dłuższy niż limit termiczny kabla, kabel zostanie uszkodzony przed otwarciem wyłącznika.

Krok 5 – Przestrzegaj wymagań dotyczących obniżania wartości znamionowych i minimalnych rozmiarów

Oprócz obliczeń technicznych wymagania normowe i mechaniczne często wymuszają minimalny rozmiar przewodu. Wiele zasilaczy średniego napięcia wykorzystuje jako praktyczne minimum przewód miedziany nr 2 AWG, nawet jeśli obliczenie obciążalności prądowej pozwala na zastosowanie mniejszego rozmiaru. Duże końcówki, zestawy zakończeń i siły wciągające stają się niepraktyczne w przypadku bardzo cienkich kabli SN.

Współczynniki obniżające wartości znamionowe dla kabli zgrupowanych i instalacji podziemnych mogą obniżyć podstawową obciążalność prądową o 20% lub więcej. Rzeczywista obciążalność prądowa to wartość podstawowa pomnożona przez wszystkie mające zastosowanie współczynniki. Jeśli wartość końcowa jest nadal wyższa od prądu obciążenia, kabel jest dopuszczalny do ciągłego obciążenia. Inżynier powinien jednak również potwierdzić, że kabel można prawidłowo podłączyć do zacisków rozdzielnicy, magistrali lub transformatora.

Krok 6 – Zrównoważ koszty, dostępność i przyszły rozwój

Po przejściu wszystkich kontroli technicznych pozostaje kwestia ekonomiczna. Większy przewodnik zmniejsza straty I^2*R i pozostawia miejsce na przyszły wzrost obciążenia, ale podnosi pierwszy koszt i może komplikować instalację w ciasnych kanałach. W przypadku długiego podajnika bieżąca wartość netto oszczędności energii może uzasadniać dodatkowy koszt. W przypadku krótkiego zasilacza większy kabel może być niepotrzebny.

Wybór szeroko produkowanego przekroju skraca czas realizacji i pozwala uniknąć niestandardowych zakończeń. Typowe rozmiary SN w systemach metrycznych obejmują 70, 95, 120, 150, 185 i 240 mm². Przeglądając opcje produktu, Gama kabli zasilających XLPE 6-35 kV daje dobry przegląd napięć znamionowych i szczegółów konstrukcyjnych typowych obwodów dystrybucyjnych.

Producenci kabli zasilających XLPE średniego napięcia, fabryka Jako chińscy producenci kabli zasilających XLPE średniego napięcia, fabryka kabli zasilających średniego napięcia, Dongfeng Cable oferuje niestandardowe 6-35 kV średniego V... Zobacz produkt →

Połączenie procesu wymiarowania

Dobór kabli średniego napięcia to systematyczny proces: zdefiniuj parametry systemu, sprawdź obciążalność prądową, sprawdź spadek napięcia, potwierdź wytrzymałość na zwarcia i zastosuj zasady obniżania wartości znamionowych oraz minimalnego rozmiaru. Dopiero po przejściu tych kontroli nadchodzi czas na ocenę kosztów i dostępności.

Jeśli dobierasz długi przewód zasilający lub przemysłowy system dystrybucji o wysokim poziomie zwarć, zwróć szczególną uwagę na współczynniki obniżania wartości znamionowych i obliczenia prądu zwarciowego. Kabel, który na pierwszy rzut oka działa, może zawieść podczas awarii lub pod koniec gorącego letniego dnia. Więcej informacji na temat temperatur znamionowych izolacji i ich wpływu na obciążalność prądową można znaleźć na stronie Porównanie obciążalności prądowej i kosztów izolacji kabla MV90 i MV105 to przydatny punkt wyjścia.