Cáp điện cao thế: Cách chọn định mức cách điện và điện áp

Cáp XLPE 26/35 kV không thể thay thế cho cáp PVC 0,6/1 kV. Khi thông số kỹ thuật của dự án yêu cầu bộ cấp điện trung thế, cách điện hoặc kích thước dây dẫn sai có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt kéo dài, hỏng sớm và thay thế cáp ngoài kế hoạch. Hãy xem xét tải 20 MVA ở 35 kV: dòng điện khoảng 330 A. Một dây dẫn bằng đồng 150 mm² với lớp cách điện XLPE có thể mang dòng điện đó trong không khí, nhưng cùng một dây dẫn bằng nhôm sẽ cần tiết diện lớn hơn để đáp ứng cùng cường độ dòng điện. Câu hỏi đầu tiên không phải là "thương hiệu nào" mà là "cấu trúc nào" đối với điện áp vận hành thực tế, tải trọng môi trường và phương pháp lắp đặt. Hướng dẫn này tập trung vào cáp điện cao thế ở dải điện áp trung thế (lên đến 35 kV) và đưa ra các tiêu chí lựa chọn thực tế mà các kỹ sư và người quản lý mua sắm có thể sử dụng.

"Điện áp cao" nghĩa là gì trong cáp điện?

Theo tiêu chuẩn quốc tế, điện áp thấp thường bao phủ đến 1 kV, điện áp trung bình chạy từ 1 kV đến 35 kV và điện áp cao bắt đầu trên 35 kV. Tuy nhiên, trong thực tế công nghiệp và tiện ích, thuật ngữ "cáp điện cao thế" thường được sử dụng cho bất kỳ loại cáp nào trên 1 kV phục vụ các mạch phân phối hoặc truyền tải. Trong bài viết này, chúng tôi tập trung vào dải điện áp 1,8/3 kV đến 26/35 kV, bao phủ hầu hết các mạng điện trung thế công nghiệp và tiện ích. Các hệ thống điện áp cao hơn (66 kV trở lên) dựa trên các thiết kế cáp khác nhau, nhưng logic lựa chọn cơ bản vẫn tương tự nhau. Hiểu loại điện áp là điều cần thiết vì nó quyết định độ dày cách điện, thiết kế tấm chắn và phương pháp thử nghiệm. Cáp 26/35 kV có đường kính ngoài gần gấp đôi so với cáp 8,7/15 kV đối với cùng kích thước dây dẫn, điều này ảnh hưởng đến bán kính uốn và chiều rộng rãnh.

Chi tiết xây dựng chính cần kiểm tra

Cáp điện cao thế bao gồm bốn lớp riêng biệt: dây dẫn, màn chắn dây dẫn, lớp cách điện và màn chắn cách điện, tiếp theo là tấm chắn kim loại và vỏ bọc bên ngoài. Mỗi lớp có một chức năng xác định. Dây dẫn phải có điện trở đáp ứng IEC 60228 loại 1 hoặc loại 2. Màn chắn dây dẫn và màn chắn cách điện làm phẳng điện trường và ngăn ngừa phóng điện cục bộ. Tấm chắn kim loại vừa đóng vai trò là đường quay trở lại của dòng điện sự cố vừa đóng vai trò là tấm chắn điện từ. Lớp vỏ bên ngoài có thể là PVC, PE hoặc hợp chất chống cháy, tùy theo điều kiện lắp đặt. Hãy chú ý đến vật liệu dây dẫn: đồng có điện trở DC thấp hơn trên cùng một mặt cắt, trong khi nhôm giúp giảm trọng lượng và chi phí. Trong cáp 26/35 kV, mặt cắt từ 50 mm2 đến 300 mm2 là phổ biến và phải áp dụng hệ số giảm công suất khi cáp được bó, chôn hoặc lắp đặt trong môi trường nóng. Các màn chắn bán dẫn phải được ép đùn và liên kết chặt chẽ với lớp cách điện, nếu không các khoảng trống sẽ phát triển và hiện tượng phóng điện một phần cuối cùng sẽ làm xói mòn lớp cách điện.

Cách điện XLPE và PVC cho điện áp trung và cao thế

Vật liệu cách điện xác định mức độ căng thẳng về nhiệt và điện mà cáp có thể xử lý. XLPE (polyethylene liên kết ngang) là lựa chọn mặc định cho cáp điện trung thế và cao thế vì nó có thể duy trì nhiệt độ dây dẫn liên tục ở 90°C và nhiệt độ khẩn cấp lên tới 130°C. Mặt khác, PVC thường bị giới hạn ở nhiệt độ liên tục 70°C. Đối với mạch 0,6/1 kV, PVC vẫn tiết kiệm, nhưng đối với mạch 26/35 kV, XLPE gần như đạt tiêu chuẩn. Bảng 1 so sánh các đặc điểm chính. Trong lĩnh vực này, việc lựa chọn giữa các vật liệu này thường là quyết định đầu tiên ảnh hưởng đến so sánh cách nhiệt XLPE và PVC .

Lựa chọn định mức điện áp: 8,7/15 kV và 26/35 kV

Xếp hạng điện áp được viết là U ₀ /U, ở đâu bạn ₀ là điện áp pha-đất và U là điện áp pha-pha. Đối với cáp 26/35 kV, U ₀ là 26 kV và U là 35 kV. Trong thực tế, cáp XLPE 26/35 kV được sử dụng để phân phối điện từ các trạm biến áp 35 kV, trong khi cáp 8,7/15 kV phục vụ các lộ xuất tuyến công nghiệp trong nhà và cáp 12/20 kV phổ biến trong mạng phân phối đô thị. Việc chọn mức điện áp cao hơn điện áp danh định của hệ thống không nhất thiết cải thiện độ tin cậy; nó có thể làm tăng chi phí và giảm tính linh hoạt. Đánh giá đúng là đánh giá phù hợp với điện áp hoạt động tối đa của hệ thống và cấu hình nối đất trung tính. Ví dụ: một hệ thống có điện áp danh định 35 kV và trung tính nối đất hiệu quả có thể được cung cấp bởi cáp 26/35 kV, trong khi hệ thống trung tính không nối đất hoặc cách ly có thể yêu cầu mức cách điện cao hơn. Vì vậy, hãy luôn xác minh mức độ cách nhiệt với kỹ sư thiết kế.

Chọn mặt cắt dây dẫn phù hợp

Lựa chọn mặt cắt dây dẫn là sự cân bằng giữa độ khuếch đại, độ sụt áp và khả năng ngắn mạch. Độ khuếch đại bị giới hạn bởi nhiệt độ dây dẫn tối đa, là 90°C đối với XLPE. Một dây dẫn đồng 150 mm² trong không khí có cường độ dòng điện xấp xỉ 360 A ở 90°C, nhưng khi chôn trong đất ở nhiệt độ 25°C với điện trở nhiệt là 1,2 K·m/W, cường độ dòng điện có thể giảm xuống dưới 300 A. Phải kiểm tra độ sụt điện áp trong thời gian dài; điện áp giảm 1% ở 35 kV thường cho phép chiều dài cáp dài hơn ở mức 0,6/1 kV. Đối với ngắn mạch, dây dẫn không được vượt quá nhiệt độ tối đa cho phép trong thời gian khắc phục sự cố. Hướng dẫn tiêu chuẩn nêu rõ rằng dây dẫn bằng đồng có thể chịu được mật độ dòng điện ngắn mạch khoảng 100 A/mm2 trong 1 giây dưới lớp cách điện XLPE. Những tính toán này xác định mặt cắt tối thiểu và việc mua sắm không bao giờ được chấp nhận dây dẫn mỏng hơn mà không có tính toán nhiệt được ghi lại.

Nơi sử dụng cáp điện cao thế

Cáp điện cao thế được tìm thấy ở bất cứ nơi nào năng lượng điện phải di chuyển trên khoảng cách. Lưới điện sử dụng cáp XLPE 26/35 kV để kết nối các trạm biến áp và máy biến áp hạ áp.

Cáp cách điện XLPE dùng cho phân phối trung thế và cao thế Cáp polyetylen liên kết ngang này phù hợp với lưới điện đô thị, nhà máy công nghiệp và cơ sở hạ tầng. Lớp cách nhiệt tiên tiến của nó giúp tăng cường khả năng chống lão hóa và môi trường, khiến nó trở thành sự lựa chọn đáng tin cậy để truyền tải điện ổn định qua khoảng cách. Xem sản phẩm →

Các nhà máy công nghiệp lắp đặt cáp 8,7/15 kV để cấp điện cho động cơ lớn và tủ phân phối điện. Hệ thống vận tải đường sắt sử dụng cáp điện chuyên dụng để cấp điện cho các trạm biến áp lực kéo.

Cáp điện không chứa halogen thấp cho vận tải đường sắt đô thị Được thiết kế cho hệ thống tàu điện ngầm và đường sắt nhẹ, cáp 35kV này có khả năng chống cháy và bảo vệ khỏi mối mọt và động vật gặm nhấm. Nó đáp ứng các yêu cầu an toàn nghiêm ngặt cho môi trường ngầm và đường ray, hỗ trợ lực kéo đáng tin cậy. Xem sản phẩm →

Các dự án năng lượng tái tạo cũng dựa vào các loại cáp này: trang trại năng lượng mặt trời có thể sử dụng cáp quang điện để thu dòng điện một chiều từ các mảng và cấp nguồn cho bộ biến tần trung tâm.

Cáp quang điện để truyền tải năng lượng mặt trời DC Được thiết kế cho các mảng năng lượng mặt trời, cáp này có khả năng chống tia cực tím, thời tiết và ozon. Dây dẫn bằng đồng mạ thiếc và lớp cách điện LSZH đảm bảo hiệu suất ổn định trong điều kiện ngoài trời, góp phần mang lại hiệu quả lâu dài cho hệ thống năng lượng tái tạo. Xem sản phẩm →

Cân nhắc về chất lượng và kiểm tra

Cáp điện cao áp đáng tin cậy phải được kiểm tra trước khi rời khỏi nhà máy. Các thử nghiệm thường xuyên bao gồm đo điện trở dây dẫn, thử nghiệm phóng điện cục bộ ở điện áp công bố, thử nghiệm điện trở cách điện và thử nghiệm chịu đựng điện áp tần số nguồn. Đối với cáp 26/35 kV, thử nghiệm phóng điện cục bộ phải cho thấy không có phóng điện cục bộ vượt quá giới hạn quy định. Ngoài ra, các thử nghiệm mẫu còn kiểm tra kích thước, độ dày cách điện và tính chất cơ học. Các thử nghiệm nghiệm thu tại địa điểm thường bao gồm thử nghiệm dòng điện một chiều điện áp cao hoặc thử nghiệm dòng điện xoay chiều cộng hưởng, tùy thuộc vào hệ thống cáp. Nhấn mạnh vào việc nhận các báo cáo thử nghiệm cho mỗi cuộn. Đồng thời xác minh rằng nhà máy có chứng nhận cần thiết, chẳng hạn như ISO 9001 và chứng nhận sản phẩm cho thị trường mục tiêu.

Cân nhắc mua thực tế

Khi mua hàng cáp điện cao thế , kiểm kê các biến sau: chiều dài cáp, kích thước thùng phân phối, bán kính uốn cần thiết, độ sâu lắp đặt và nhiệt độ môi trường. Để chôn trực tiếp, hãy sử dụng cáp có lớp giáp băng thép đôi hoặc lớp giáp dây. Đối với các máng cáp hoặc đường hầm cần có vỏ bọc chống cháy để giảm sự lan truyền của lửa. Bán kính uốn thường được chỉ định bằng 12 đến 15 lần đường kính ngoài của cáp đối với XLPE. Bụi bẩn, độ ẩm và hư hỏng cơ học là ba nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự cố sớm ở cáp trung thế. Ngoài ra, hãy so sánh các hệ số giảm nhiệt cho các tuyến đường khác nhau. Sự thay đổi điều kiện lắp đặt từ không khí sang đất có thể làm giảm độ khuếch đại từ 20-30%. Hãy nhớ rằng tổng chi phí sở hữu bao gồm cáp, lắp đặt và chi phí hỏng hóc, vì vậy hãy chọn nhà cung cấp có thể cung cấp tài liệu kiểm tra đáng tin cậy và chất lượng ổn định.

Việc lựa chọn cáp điện cao áp là một quyết định kỹ thuật dựa trên điện áp hệ thống, vật liệu cách điện, kích thước dây dẫn và môi trường lắp đặt. Bắt đầu với thông số kỹ thuật, sau đó xác nhận năng lực kiểm tra và hồ sơ theo dõi của nhà cung cấp. Một nhà sản xuất cáp đáng tin cậy có chứng nhận ISO 9001 và TÜV có thể cung cấp tài liệu cần thiết và tính nhất quán cho các dự án tiện ích, công nghiệp và tái tạo. Nhóm của chúng tôi đã sản xuất cáp điện trung thế và cao thế từ năm 1998 và chúng tôi hoan nghênh các câu hỏi kỹ thuật của bạn. Tìm hiểu thêm về chúng tôi nền sản xuất .