สายไฟหุ้มฉนวน XLPE: การให้คะแนนและการทดสอบ

ระดับแรงดันไฟฟ้าและระดับฉนวน

สายไฟหุ้มฉนวน XLPE 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 เป็นเวลาห้านาที ในระหว่างการทดสอบการยอมรับของโรงงาน การตรวจสอบความสมบูรณ์ของชั้นฉนวนที่อัดขึ้นรูป

การเลือกพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องจำเป็นต้องจับคู่สายเคเบิลกับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่อเนื่องสูงสุดของระบบและระยะเวลาความผิดปกติของกราวด์ที่คาดไว้ สำหรับระบบ 12 kV ที่ข้อผิดพลาดของกราวด์ได้รับการแก้ไขภายในหนึ่งวินาที สายเคเบิล 6/10 kV อาจมีขนาดเล็กลงเมื่อพิจารณาถึงแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว ความหนาของฉนวนจะปรับขนาดตามระดับแรงดันไฟฟ้า: คุณสมบัติสายไฟหุ้มฉนวน XLPE ขนาด 15 kV ทั่วไป ฉนวน XLPE 4.5 มม ในขณะที่สายเคเบิล 35 kV จะเพิ่มค่านี้เป็นประมาณ 8.4 มม . ความหนาที่เพิ่มขึ้นนี้ส่งผลโดยตรงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวมของสายเคเบิล ความแข็งในการดัดงอ และการคำนวณแรงดึงในการดึงระหว่างการติดตั้ง

ความสามารถในการรองรับปัจจุบันและปัจจัยการลดอันดับ

ความทึบของสายไฟหุ้มฉนวน XLPE ไม่ใช่ตัวเลขคงที่เพียงตัวเดียว โดยจะเปลี่ยนไปตามวิธีการติดตั้ง อุณหภูมิโดยรอบ ความต้านทานความร้อนของดิน และความใกล้เคียงของวงจรข้างเคียง อาจมีสายทองแดง XLPE แบบ 3 แกน 240 มม.² สำหรับการฝังโดยตรง 480 ก ที่อุณหภูมิตัวนำ 90°C โดยแยกออกจากกัน แต่ตัวเลขนี้จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อติดตั้งสายเคเบิลในท่อที่มีวงจรโหลดอื่นอีกสี่วงจรและมีความต้านทานความร้อนของดินที่ 1.2 K·m/W แทนที่จะเป็น 1.0 K·m/W ที่สมมติไว้

ตารางด้านล่างแสดงปัจจัยการลดพิกัดโดยทั่วไปที่ใช้กับสายไฟหุ้มฉนวน XLPE ที่ติดตั้งในรูปแบบต่างๆ ตามแนวทาง IEC 60364-5-52

ผลสะสมของปัจจัยการลดพิกัดหลายตัวเป็นแบบทวีคูณ สายเคเบิลในธนาคารท่อสี่วงจรที่มีอุณหภูมิพื้นดินสูงขึ้นอาจเห็นว่าความทึบแสงที่มีประสิทธิภาพลดลงเหลือ 270A หรือน้อยกว่า เรตติ้งอากาศฟรีเกือบครึ่งหนึ่ง วัสดุทดแทนความร้อนที่มีความต้านทานต่ำ เช่น ทรายที่ยึดด้วยซีเมนต์หรือยาแนวที่ออกแบบเป็นพิเศษรอบๆ ขอบท่อ กลายเป็นมาตรการบรรเทาผลกระทบที่สำคัญในการกู้คืนกำลังการผลิตที่สูญเสียไปโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดหน้าตัดของตัวนำ

ความคลาดเคลื่อนในการติดตั้งและขีดจำกัดการดึง

การติดตั้งสายไฟหุ้มฉนวน XLPE ในภาคสนามจำเป็นต้องยึดรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำและแรงดึงสูงสุดอย่างเข้มงวด โดยทั่วไปรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำสำหรับสายเคเบิล XLPE แบบแกนเดียวระหว่างการติดตั้งคือ 15 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวมของสายเคเบิล เพิ่มขึ้นเป็น 12 เท่าสำหรับสายเคเบิลแบบ 3 คอร์ เกินรัศมีนี้ทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวรต่อโครงสร้างฉนวน XLPE: รัศมีภายในถูกบีบอัดในขณะที่รัศมีภายนอกยืดออก ซึ่งอาจสร้างช่องว่างขนาดเล็กที่พัฒนาไปสู่บริเวณปล่อยประจุบางส่วนภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน

การดึงขีดจำกัดความตึงจะช่วยป้องกันตัวนำและฉนวนจากความเสียหายทางกลระหว่างการวางสายเคเบิล ความตึงในการดึงสูงสุดสำหรับสาย XLPE ตัวนำทองแดงไม่ควรเกิน 50 N ต่อตารางมิลลิเมตรของหน้าตัดตัวนำ . สำหรับตัวนำทองแดงขนาด 300 มม.² จะแปลงเป็นแรงดึงที่อนุญาต 15,000 นิวตัน ต้องคำนวณความตึงนี้ตลอดเส้นทางการดึงที่วางแผนไว้ทั้งหมด รวมถึงแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นที่แต่ละโค้งของท่อร้อยสาย สารหล่อลื่นสำหรับสายเคเบิลที่เข้ากันได้กับวัสดุหุ้มฉนวน XLPE ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเบนโทไนต์หรือเจลที่มีส่วนประกอบเป็นโพลีเมอร์ จะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลงเหลือประมาณ 0.25 ถึง 0.35 ทำให้แรงดึงที่ต้องการลดลงอย่างมาก จะต้องตรวจสอบแรงกดของแก้มยางที่สายเคเบิลชนด้านในของส่วนโค้งของท่อร้อยสายด้วย โดยมีขีดจำกัดโดยทั่วไปที่ รัศมีโค้งงอ 1,500 นิวตันต่อเมตร สำหรับสาย XLPE เพื่อป้องกันการเปลี่ยนรูปของฉนวน

แนวทางปฏิบัติในการยกเลิกและข้อต่อ

จุดที่สายไฟหุ้มฉนวน XLPE เชื่อมต่อกับสวิตช์เกียร์หรือต่อกับส่วนสายเคเบิลอื่น ๆ แสดงถึงตำแหน่งความล้มเหลวทางสถิติสูงสุดในเครือข่ายใด ๆ การสิ้นสุดที่ดำเนินการอย่างเหมาะสมจะสร้างการควบคุมความเครียดทางไฟฟ้าขึ้นมาใหม่ซึ่งหน้าจอฉนวนที่โรงงานจัดเตรียมไว้ให้ จุดตัดกลับของตะแกรงจะสร้างบริเวณที่มีความเครียดทางไฟฟ้าสูงและท่อควบคุมความเครียดหรือกรวยความเครียดทางเรขาคณิตจะต้องให้คะแนนศักย์ไฟฟ้านี้อย่างราบรื่นตั้งแต่แรงดันไฟฟ้าของตัวนำไปจนถึงศักย์กราวด์ตลอดความยาวของจุดสิ้นสุด

การสิ้นสุดการหดตัวด้วยความร้อนสำหรับสาย XLPE ขนาด 15 kV จำเป็นต้องมีการเตรียมอย่างเป็นระบบ: ปลอกหุ้มด้านนอกจะถูกถอดออกเพื่อให้เห็นโล่โลหะ โล่ถูกตัดตามขนาดที่ระบุ หน้าจอฉนวนถูกลอกกลับเพื่อให้ XLPE ที่สะอาด และพื้นผิวฉนวนถูกขัดให้เรียบด้วยกรวดขัดที่ระบุโดยผู้ผลิตปลายสาย เครื่องหมายคะแนนใดๆ ที่เหลืออยู่บนพื้นผิว XLPE จากการตัดด้วยมีดอย่างไม่ระมัดระวังระหว่างการถอดตะแกรงออกจะกลายเป็นจุดเริ่มต้นการคายประจุบางส่วน โดยทั่วไปแล้ว สีเหลืองอ่อนหรือท่อควบคุมความเค้นจะต้องซ้อนทับขอบหน้าจอตามระยะทางที่ผู้ผลิตกำหนด 15 มม. ถึง 25 มม เพื่อให้แน่ใจว่าเส้นสนามไฟฟ้าหักเหได้อย่างราบรื่นโดยไม่ต้องติดตามพื้นผิว หลังการติดตั้ง ต้องย้ำตัวดึงปลายด้วยแม่พิมพ์หกเหลี่ยมที่เข้ากันกับประเภทตัวนำและหน้าตัด โดยใช้แรงอัดที่เพียงพอเพื่อให้ได้การเชื่อมเย็นแบบแน่นด้วยแก๊สระหว่างกระบอกดึงและเส้นทองแดง

การทดสอบภาคสนามและการว่าจ้าง

การทดสอบสายไฟหุ้มฉนวน XLPE หลังการติดตั้ง แต่ก่อนการจ่ายไฟเป็นประตูสุดท้ายที่จะตรวจจับข้อบกพร่องด้านฝีมือการผลิต ความเสียหายจากการขนส่ง และข้อผิดพลาดในการสิ้นสุด การทดสอบการใช้งานที่ได้รับการยอมรับสำหรับวงจร XLPE แรงดันไฟฟ้าปานกลางใหม่คือ a รูปคลื่นไซน์ซอยด์ความถี่ต่ำมากที่ 0.1 เฮิร์ตซ์ ใช้สำหรับระยะเวลา 30 ถึง 60 นาที สำหรับสายเคเบิล 15 kV ที่มีพิกัดระหว่างพื้นถึงพื้น 8.7 kV โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าทดสอบ VLF จะถูกตั้งค่าเป็น 2.0 ถึง 3.0 U₀ ซึ่งสอดคล้องกับจุดสูงสุดประมาณ 18 kV ถึง 26 kV

การทดสอบศักยภาพสูง DC ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นแนวปฏิบัติมาตรฐานได้ถูกยกเลิกสำหรับสายไฟหุ้มฉนวน XLPE เนื่องจากจะเก็บประจุพื้นที่ไว้ในฉนวนที่อาจทำให้เกิดความล้มเหลวในการให้บริการได้หลังจากที่เชื่อมต่อสายเคเบิลกับ AC อีกครั้ง การทดสอบ VLF รวมกับการวัดแทนเดลต้าที่แรงดันไฟฟ้าหลายขั้น ถือเป็นพื้นฐานในการวินิจฉัย สาย XLPE เส้นใหม่ที่แข็งแรงควรแสดงค่าแทนเดลต้าด้านล่าง 0.2 × 10⁻³ โดยมีความแปรผันระหว่างขั้นแรงดันไฟฟ้าน้อยที่สุด สายเคเบิลใดๆ ที่มีค่าแทนเดลต้าเกินเกณฑ์นี้ หรือการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนที่เพิ่มขึ้นระหว่างระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่อเนื่องกัน บ่งชี้ถึงการปนเปื้อน ความชื้นที่เข้าไป หรือข้อบกพร่องจากการอัดขึ้นรูปที่รับประกันการตรวจสอบและการเปลี่ยนสายเคเบิลที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่วงจรจะเข้าใช้งาน

การตรวจสอบความชราและสภาพในระยะยาว

ฉนวน XLPE สลายตัวด้วยกลไกหลักสองประการ: การเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนจากการทำงานอย่างต่อเนื่องที่หรือใกล้ขีดจำกัด 90°C และการเติบโตของต้นไม้รดน้ำเมื่อมีความชื้นและความเครียดทางไฟฟ้า สารประกอบ XLPE สมัยใหม่มีสารเติมแต่งที่หน่วงน้ำ แต่สายเคเบิลที่ผลิตก่อนที่จะมีการนำสูตรเหล่านี้ไปใช้อย่างกว้างขวางในทศวรรษ 1990 ยังคงมีความเสี่ยงอยู่ โปรแกรมการตรวจสอบสภาพใช้การทำแผนที่การปล่อยประจุบางส่วนและสเปกโทรสโกปีไดอิเล็กทริกเพื่อระบุสายไฟหุ้มฉนวน XLPE ที่เสื่อมสภาพก่อนจะใช้งานไม่ได้

การวัดการคายประจุบางส่วน ดำเนินการโดยใช้ตัวเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟที่จุดสิ้นสุดหรือหม้อแปลงกระแสความถี่สูงรอบๆ การต่อสายดิน ตรวจจับการคายประจุที่มีขนาดประจุปรากฏชัดเจนต่ำที่สุด 5 ถึง 10 พิโคคูลอมบ์ . สายเคเบิลที่มีแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นการคายประจุบางส่วนต่ำกว่า 1.3 เท่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานกำลังเข้าสู่สภาวะที่อาจเกิดข้อผิดพลาดภายในหนึ่งถึงสามปีข้างหน้า สำหรับวงจรวิกฤติ ระบบตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วนแบบออนไลน์ที่ติดตั้งถาวรที่จุดสิ้นสุดของสวิตช์เกียร์ช่วยให้สามารถตรวจตราสภาพสายไฟหุ้มฉนวน XLPE ได้อย่างต่อเนื่อง โดยจะส่งสัญญาณเตือนเมื่อกิจกรรมการปล่อยประจุเปลี่ยนแปลงขนาดหรืออัตราการเกิดซ้ำ ข้อมูลนี้ช่วยให้ผู้จัดการสินทรัพย์สามารถกำหนดเวลาการหยุดทำงานตามแผนสำหรับการเปลี่ยนสายเคเบิล แทนที่จะตอบสนองต่อข้อผิดพลาดฉุกเฉินที่ขัดขวางการผลิตหรือการให้บริการ