Maatvoering van middenspanningskabels: controles van stroomsterkte, spanningsval en kortsluiting

Stel dat u een 13,8 kV-transformatorvoedingsapparaat heeft met een berekende primaire stroom van 84 A. Een snelle stroomsterktetabel zou een nr. 3 AWG-koperen geleider kunnen suggereren. Toch eindigt een typische installatie in het veld vaak met 2/0 AWG-kabel. De reden hiervoor is dat de maatvoering van middenspanningskabels niet beperkt kan blijven tot capaciteit.

De juiste maat moet ook de spanningsvallimieten overschrijden, de beschikbare kortsluitstroom overleven, de praktische minimale geleiderafmetingen respecteren en rekening houden met reële installatieomstandigheden zoals bodemtemperatuur, kanaalbanken en parallelle circuits. Behandel het als een verificatielus, niet als een enkele opzoekstap.

Wat "Sizing" betekent voor MV-kabels

Met middenspanningskabel worden doorgaans kabels met een vermogen van meer dan 1 kV en tot 35 kV bedoeld. Gangbare spanningsklassen zijn onder meer 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV en 18/30 kV. Het dimensioneren van een MV-kabel betekent het selecteren van de geleiderdoorsnede, het isolatieniveau en de afschermingsconstructie waardoor de kabel gedurende zijn volledige levensduur veilig kan functioneren, zowel onder constante belasting als onder foutcondities.

De belangrijkste controles zijn aaneengesloten: continu stroomvoerend vermogen, spanningsval, thermische weerstand tegen kortsluiting en reductie door installatieomstandigheden. Bij veel industriële projecten wordt de uiteindelijke grootte bepaald door de kortsluitings- of spanningsvalcontrole in plaats van door de stroomsterktecontrole, vooral wanneer de feeder lang is of het foutniveau hoog is.

Stap 1 – Definieer de systeem- en kabelingangen

Verzamel de systeemgegevens voordat u met een berekening begint. U hebt de nominale fase-naar-fase-spanning, de maximale continue belastingsstroom, de maximale kortsluitstroom op de kabellocatie en de beschermingstijd nodig. Ook de installatiedetails zijn van belang: routelengte, omgevingstemperatuur, thermische weerstand van de bodem, ingravingsdiepte en of de kabel in een kanaalbank, kabelgoot of directe ingraving loopt.

Kleine invoerfouten veroorzaken grote maatfouten. Als u uitgaat van een bodemtemperatuur van 20°C, maar de werkelijke locatie heeft een temperatuur van 30°C, dan zal een marginale kabel boven de ontwerptemperatuur werken. Als u vergeet om parallelle feederverwarming op te nemen, zal dezelfde kabel in een echte installatie worden belast. De extra tijd die wordt besteed aan het verifiëren van invoergegevens is altijd de moeite waard.

Voor de meeste distributietoepassingen is een XLPE-geïsoleerde kabel met koperen geleiders de standaardkeuze. De isolatie zorgt voor een hoge elektrische sterkte, lage diëlektrische verliezen en goede thermische prestaties. Een praktische referentie voor middenspanningsdistributie is de XLPE-geïsoleerde stroomkabelseries met een vermogen van 3,6/6 kV tot 26/35 kV .

XLPE-geïsoleerde voedingskabel voor nominale spanning 3,6 / 6kV -26 / 35kV Leveranciers, bedrijf Dongfeng China groothandel XLPE-geïsoleerde voedingskabel voor nominale spanning 3,6 / 6kV -26 / 35kV leveranciers en XLPE-geïsoleerde voedingskabel voor nominale V ... Bekijk Product →

Stap 2 – Bereken Ampacity met reële omstandigheden

Ampacity is de maximale continue stroom die de kabel kan dragen zonder de temperatuurclassificatie van de isolatie te overschrijden. Voor XLPE-isolatie is de maximale continue geleidertemperatuur doorgaans 90°C, terwijl de noodtemperatuur bij kortsluiting 250°C kan zijn voor koperen geleiders. De kabeldoorsnede moet ervoor zorgen dat de intern gegenereerde warmte naar buiten kan worden overgedragen zonder dat de isolatie oververhit raakt.

Begin met een basiscapaciteitstabel en vermenigvuldig deze vervolgens met correctiefactoren voor omgevingstemperatuur, thermische weerstand van de bodem, diepte, kabelafstand en groepering. Een geleidergrootte die werkt in een desktopberekening kan heet worden wanneer deze parallel aan andere belaste kabels wordt geïnstalleerd. De onderstaande tabel geeft representatieve reductiefactoren voor veel voorkomende MV-installaties:

Nadat u alle correctiefactoren hebt toegepast, vergelijkt u de gecorrigeerde stroomsterkte met de vollaststroom. Als de waarde tussen twee standaard geleiderafmetingen ligt, kies dan de eerstvolgende grotere maat, tenzij een latere controle een nog grotere geleider forceert.

Stap 3 – Controleer de spanningsval op lange feeders

Spanningsval wordt het bepalende criterium wanneer de MV-feeder enkele kilometers lang is of wanneer de belasting hoog is in verhouding tot de kabelimpedantie. De driefasige spanningsval kan worden benaderd als Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, waarbij R en X de effectieve AC-weerstand en reactantie per lengte-eenheid zijn, en L de routelengte is.

Voor middenspanningscircuits moet de totale spanningsval over het algemeen onder de 5% blijven van de bron tot de belasting. Veel faciliteiten hanteren een strengere limiet van 3% voor alleen de feeder om ruimte te laten voor transformatoren en secundaire geleiders. Voor een 33 kV, 10 km lange feeder met 250 A kan een koperen kabel van 95 mm² een spanningsval hebben van bijna 3,5%, terwijl een kabel van 120 mm² deze onder de 3% brengt. In dergelijke gevallen wordt de grotere kabel niet gekozen op basis van de capaciteit, maar op basis van de spanningsvallimiet.

Op een 33 kV-feeder domineert de inductie vaak de weerstand, dus het toevoegen van een geleiderdoorsnede levert slechts een beperkte verbetering op. In dat geval kan een hoger spanningsniveau of een anders gelegde kabel effectiever zijn.

Stap 4 – Bevestig de kortsluitingsbestendigheid

Een kabel in een middenspanningssysteem moet de ergste kortsluitstroom lang genoeg overleven zodat het beveiligingsapparaat de fout kan verhelpen. Tijdens de storing stijgt de temperatuur van de geleider sterk, omdat de warmte niet snel kan ontsnappen. Voor XLPE-geïsoleerde kabels bedraagt ​​de toegestane kortsluitgeleidertemperatuur vaak 250°C voor koper en 200°C voor aluminium, maar waarden uit de testgegevens van de fabrikant moeten worden gebruikt.

De minimale geleiderdoorsnede voor thermische weerstand kan worden geschat als s = I * sqrt(t) / k, waarbij I de rms-foutstroom is, t de opruimtijd in seconden is en k een constante is die afhangt van het geleidermateriaal en de veronderstelde begin- en eindtemperaturen. Een 13,8 kV-systeem met een 20 kA-fout die in 0,2 s wordt verholpen, kan gemakkelijk een grotere geleider nodig hebben dan de stroomsterktecontrole. Daarom is de kortsluitcontrole niet optioneel.

De stroomopwaartse relaiscoördinatie moet ook worden geverifieerd. Als de relaishersteltijd langer is dan de thermische limiet van de kabel, zal de kabel beschadigd raken voordat de onderbreker opent.

Stap 5 – Respecteer de vereisten voor reductie en minimale afmetingen

Naast de technische berekeningen dwingen codes en mechanische vereisten vaak een minimale geleiderafmeting af. Veel middenspanningsvoedingen gebruiken een nr. 2 AWG koperen geleider als praktisch minimum, zelfs als de berekening van de capaciteit een kleiner formaat zou toelaten. Grote kabelschoenen, aansluitsets en intrekkrachten worden allemaal onpraktisch bij zeer dunne MV-kabels.

Reductiefactoren voor gegroepeerde kabels en ondergrondse installaties kunnen de basiscapaciteit met 20% of meer verlagen. De werkelijke capaciteit is de basiswaarde vermenigvuldigd met alle toepasselijke factoren. Als de eindwaarde nog steeds boven de belastingsstroom ligt, is de kabel acceptabel voor continue belasting. Maar de ingenieur moet ook bevestigen dat de kabel goed kan worden aangesloten op de schakelapparatuur, bus of transformatorterminals.

Stap 6 – Breng kosten, beschikbaarheid en toekomstige groei in evenwicht

Nadat aan alle technische controles is voldaan, blijft de economische vraag bestaan. Een grotere geleider vermindert de I^2*R-verliezen en laat ruimte voor toekomstige belastingsgroei, maar verhoogt de eerste kosten en kan de installatie in krappe kanalen bemoeilijken. Op een lange feeder kan de netto contante waarde van de energiebesparingen de extra kosten rechtvaardigen. Bij een korte feeder is de grotere kabel mogelijk niet nodig.

Door een breed vervaardigde doorsnede te kiezen, wordt de doorlooptijd verkort en worden niet-standaard beëindigingen vermeden. Veel voorkomende MV-maten in metrische systemen zijn onder meer 70, 95, 120, 150, 185 en 240 mm². Bij het beoordelen van productopties moet de 6-35 kV XLPE-voedingskabelbereik geeft een goed overzicht van nominale spanningen en constructiedetails voor typische distributiecircuits.

Middenspanning XLPE-voedingskabels Fabrikanten, fabriek Als China middenspanning XLPE-voedingskabelfabrikanten, middenspanningsvoedingskabelsfabriek, biedt Dongfeng Cable aangepaste 6-35kV medium V ... Bekijk Product →

Het maatvoeringsproces samenbrengen

Het dimensioneren van middenspanningskabels is een systematisch proces: definieer de systeemparameters, controleer de capaciteit, verifieer de spanningsval, bevestig de kortsluitbestendigheid en pas derating toe plus regels voor minimale afmetingen. Pas nadat deze controles zijn geslaagd, is het tijd om de kosten en beschikbaarheid af te wegen.

Als u een lange feeder of een industrieel distributiesysteem met een hoog foutniveau dimensioneert, besteed dan speciale aandacht aan de derating-factoren en de foutstroomberekening. Een kabel die op het eerste gezicht werkt, kan defect raken tijdens een storing of aan het einde van een warme zomerdag. Voor meer informatie over isolatietemperatuurwaarden en hoe deze de capaciteit beïnvloeden, kunt u terecht op de website MV90 versus MV105 kabelcapaciteit en vergelijking van isolatiekosten is een nuttig startpunt.