การกำหนดขนาดสายเคเบิลแรงดันไฟฟ้าปานกลาง: ความแอมป์ แรงดันตกคร่อม และการตรวจสอบการลัดวงจร

สมมติว่าคุณมีตัวป้อนหม้อแปลงขนาด 13.8 kV ที่มีกระแสหลักที่คำนวณได้ที่ 84 A ตารางความหนาแน่นอย่างรวดเร็วอาจแนะนำตัวนำทองแดง #3 AWG แต่การติดตั้งภาคสนามโดยทั่วไปมักจะจบลงด้วยการใช้สายเคเบิล 2/0 AWG เหตุผลก็คือขนาดสายไฟแรงดันปานกลางไม่สามารถหยุดที่ความแอมแปซิตี้ได้

ขนาดที่ถูกต้องจะต้องผ่านขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าตก อยู่รอดได้กระแสลัดวงจรที่มีอยู่ คำนึงถึงขนาดตัวนำขั้นต่ำในทางปฏิบัติ และคำนึงถึงเงื่อนไขการติดตั้งจริง เช่น อุณหภูมิของดิน ธนาคารท่อ และวงจรขนาน ถือเป็นการวนรอบการยืนยัน ไม่ใช่ขั้นตอนการค้นหาเดียว

"ขนาด" หมายถึงอะไรสำหรับสาย MV

โดยทั่วไปสายเคเบิลแรงดันไฟฟ้าปานกลางหมายถึงสายเคเบิลที่มีพิกัดสูงกว่า 1 kV ถึง 35 kV ระดับแรงดันไฟฟ้าทั่วไป ได้แก่ 3.6/6 kV, 6/10 kV, 8.7/15 kV, 12/20 kV และ 18/30 kV การกำหนดขนาดสายเคเบิล MV หมายถึงการเลือกหน้าตัดของตัวนำ ระดับฉนวน และโครงสร้างตะแกรงที่ช่วยให้สายเคเบิลทำงานได้อย่างปลอดภัยตลอดอายุการใช้งานเต็มรูปแบบภายใต้สภาวะการโหลดที่มั่นคงและความผิดปกติ

การตรวจสอบที่สำคัญมีความต่อเนื่องกัน ได้แก่ ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง แรงดันไฟฟ้าตก ความทนทานต่อความร้อนจากการลัดวงจร และการลดพิกัดตามสภาวะการติดตั้ง ในโครงการอุตสาหกรรมจำนวนมาก ขนาดสุดท้ายจะถูกตัดสินใจโดยการตรวจสอบการลัดวงจรหรือแรงดันไฟฟ้าตก แทนที่จะเป็นการตรวจสอบความแอมป์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อตัวป้อนยาวหรือระดับความผิดปกติสูง

ขั้นตอนที่ 1 - กำหนดอินพุตระบบและสายเคเบิล

ก่อนเริ่มการคำนวณใดๆ ให้รวบรวมข้อมูลระบบ คุณต้องมีแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสที่กำหนด กระแสโหลดต่อเนื่องสูงสุด กระแสลัดวงจรสูงสุดที่ตำแหน่งสายเคเบิล และเวลาเคลียร์การป้องกัน รายละเอียดการติดตั้งก็มีความสำคัญเช่นกัน: ความยาวเส้นทาง อุณหภูมิโดยรอบ ความต้านทานความร้อนของดิน ความลึกของการฝัง และสายเคเบิลวิ่งอยู่ในท่อ ถาดสายเคเบิล หรือการฝังโดยตรง

ข้อผิดพลาดในการป้อนข้อมูลเล็กน้อยทำให้เกิดข้อผิดพลาดในขนาดที่ใหญ่ หากคุณถือว่าอุณหภูมิดินอยู่ที่ 20°C แต่สถานที่จริงทำงานที่ 30°C สายเคเบิลส่วนขอบจะทำงานสูงกว่าอุณหภูมิที่ออกแบบไว้ หากคุณลืมรวมการทำความร้อนด้วยตัวป้อนแบบขนาน สายเคเบิลเส้นเดียวกันจะถูกลดขนาดในการติดตั้งจริง เวลาพิเศษที่ใช้ในการตรวจสอบข้อมูลอินพุตนั้นคุ้มค่าเสมอ

สำหรับการใช้งานการกระจายสินค้าส่วนใหญ่ สายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE ที่มีตัวนำทองแดงเป็นตัวเลือกเริ่มต้น ฉนวนให้ความแข็งแรงทางไฟฟ้าสูง การสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ และประสิทธิภาพความร้อนที่ดี ข้อมูลอ้างอิงที่เป็นประโยชน์สำหรับการกระจายแรงดันไฟฟ้าปานกลางคือ ชุดสายไฟหุ้มฉนวน XLPE มีพิกัดตั้งแต่ 3.6/6 kV ถึง 26/35 kV .

สายไฟฉนวน XLPE สำหรับแรงดันไฟฟ้า 3.6/6kV -26/35kV ซัพพลายเออร์ บริษัท Dongfeng จีนขายส่งสายไฟ XLPEInsulated สำหรับแรงดันไฟฟ้า 3.6 / 6kV -26 / 35kV ซัพพลายเออร์และสายไฟ XLPEInsulated สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ ... ดูผลิตภัณฑ์ →

ขั้นตอนที่ 2 - คำนวณ Ampacity ด้วยเงื่อนไขจริง

Ampacity คือกระแสไฟต่อเนื่องสูงสุดที่สายเคเบิลสามารถส่งผ่านได้โดยไม่เกินระดับอุณหภูมิของฉนวน สำหรับฉนวน XLPE อุณหภูมิตัวนำต่อเนื่องสูงสุดโดยทั่วไปคือ 90°C ในขณะที่อุณหภูมิฉุกเฉินลัดวงจรอาจอยู่ที่ 250°C สำหรับตัวนำทองแดง หน้าตัดของสายเคเบิลต้องช่วยให้ความร้อนที่สร้างขึ้นภายในสามารถถ่ายเทออกไปด้านนอกได้โดยไม่ทำให้ฉนวนร้อนเกินไป

เริ่มจากตารางความหนาแน่นพื้นฐาน จากนั้นคูณด้วยปัจจัยแก้ไขสำหรับอุณหภูมิแวดล้อม ความต้านทานความร้อนของดิน ความลึก ระยะห่างของสายเคเบิล และการจัดกลุ่ม ขนาดตัวนำที่ใช้คำนวณบนเดสก์ท็อปอาจเกิดความร้อนได้เมื่อติดตั้งขนานกับสายเคเบิลอื่นๆ ที่โหลด ตารางด้านล่างนี้แสดงปัจจัยการลดเรตติ้งที่เป็นตัวแทนสำหรับการติดตั้ง MV ทั่วไป:

หลังจากใช้ปัจจัยการแก้ไขทั้งหมดแล้ว ให้เปรียบเทียบความแอมป์ที่แก้ไขแล้วกับกระแสไฟเต็มโหลด หากค่าอยู่ระหว่างขนาดตัวนำไฟฟ้ามาตรฐานสองขนาด ให้เลือกขนาดที่ใหญ่กว่าถัดไป เว้นแต่จะมีการตรวจสอบในภายหลังว่าต้องใช้ตัวนำที่ใหญ่กว่านี้อีก

ขั้นตอนที่ 3 - ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตกบนตัวป้อนแบบยาว

แรงดันไฟฟ้าตกกลายเป็นเกณฑ์ควบคุมเมื่อตัวป้อน MV มีความยาวหลายกิโลเมตร หรือเมื่อโหลดสูงเมื่อเทียบกับอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล แรงดันไฟฟ้าตกสามเฟสสามารถประมาณได้เป็น Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L โดยที่ R และ X คือความต้านทาน AC ที่มีประสิทธิผลและรีแอกแตนซ์ต่อความยาวหน่วย และ L คือความยาวเส้นทาง

สำหรับวงจรแรงดันไฟฟ้าขนาดกลาง โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าตกทั้งหมดควรอยู่ที่ต่ำกว่า 5% จากแหล่งกำเนิดถึงโหลด สิ่งอำนวยความสะดวกหลายแห่งใช้ขีดจำกัดที่เข้มงวดกว่า 3% สำหรับตัวป้อนเพียงอย่างเดียวเพื่อเว้นระยะขอบสำหรับหม้อแปลงและตัวนำรอง สำหรับเครื่องป้อน 33 kV หรือ 10 กม. ที่มี 250 A สายเคเบิลทองแดงขนาด 95 มม.² อาจมีแรงดันไฟฟ้าตกใกล้ 3.5% ในขณะที่สายเคเบิลขนาด 120 มม.² จะทำให้แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 3% ในกรณีเช่นนี้ สายเคเบิลที่ใหญ่กว่านั้นไม่ได้ถูกเลือกตามความแอมแปซิตี แต่ตามขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าตก

บนตัวป้อนขนาด 33 kV ตัวเหนี่ยวนำมักจะมีอิทธิพลเหนือความต้านทาน ดังนั้นการเพิ่มหน้าตัดของตัวนำจึงให้การปรับปรุงที่จำกัดเท่านั้น ในกรณีดังกล่าว ระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นหรือสายเคเบิลที่มีเส้นทางอื่นอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า

ขั้นตอนที่ 4 - ยืนยันความทนทานต่อไฟฟ้าลัดวงจร

สายเคเบิลในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางต้องทนต่อกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่เลวร้ายที่สุดได้นานเพียงพอสำหรับอุปกรณ์ป้องกันที่จะแก้ไขข้อผิดพลาด ในระหว่างที่เกิดฟอลต์ อุณหภูมิตัวนำจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากความร้อนไม่สามารถหลบหนีได้อย่างรวดเร็ว สำหรับสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE อุณหภูมิตัวนำไฟฟ้าลัดวงจรที่อนุญาตมักจะอยู่ที่ 250°C สำหรับทองแดงและ 200°C สำหรับอะลูมิเนียม แต่ควรใช้ค่าจากข้อมูลการทดสอบของผู้ผลิต

ภาพตัดขวางต่ำสุดของตัวนำสำหรับการทนต่อความร้อนสามารถประมาณได้เป็น s = I * sqrt(t) / k โดยที่ I คือกระแสฟอลต์ rms, t คือเวลาในการเคลียร์ในหน่วยวินาที และ k คือค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับวัสดุตัวนำและอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสุดท้ายที่สมมติ ระบบ 13.8 kV ที่มีข้อผิดพลาด 20 kA เคลียร์ภายใน 0.2 วินาที ต้องใช้ตัวนำที่ใหญ่กว่าการตรวจสอบแอมแปซิตี้ได้อย่างง่ายดาย ด้วยเหตุนี้การตรวจสอบการลัดวงจรจึงไม่เป็นทางเลือก

ต้องตรวจสอบการประสานงานรีเลย์ต้นทางด้วย หากเวลาในการเคลียร์รีเลย์นานกว่าขีดจำกัดความร้อนของสายเคเบิล สายเคเบิลจะเสียหายก่อนที่เบรกเกอร์จะเปิด

ขั้นตอนที่ 5 - เคารพการลดพิกัดและข้อกำหนดขนาดขั้นต่ำ

นอกเหนือจากการคำนวณทางเทคนิคแล้ว ข้อกำหนดด้านรหัสและกลไกมักบังคับให้ต้องมีขนาดตัวนำขั้นต่ำ อุปกรณ์ป้อนแรงดันไฟฟ้าขนาดกลางจำนวนมากใช้ตัวนำทองแดง #2 AWG เป็นค่าขั้นต่ำในทางปฏิบัติ แม้ว่าการคำนวณค่าแอมแปซิตีจะทำให้มีขนาดเล็กลงก็ตาม ตัวเชื่อมขนาดใหญ่ ชุดปลายสาย และแรงดึงเข้า ล้วนใช้งานไม่ได้กับสายเคเบิล MV ที่บางมาก

ปัจจัยการลดพิกัดสำหรับสายเคเบิลที่จัดกลุ่มและการติดตั้งแบบฝังสามารถลดความขยายของฐานลงได้ 20% หรือมากกว่า ความทึบที่แท้จริงคือค่าฐานคูณด้วยปัจจัยที่เกี่ยวข้องทั้งหมด หากค่าสุดท้ายยังสูงกว่ากระแสโหลด แสดงว่าสายเคเบิลสามารถโหลดต่อเนื่องได้ แต่วิศวกรควรยืนยันด้วยว่าสายเคเบิลสามารถเชื่อมต่อกับขั้วต่อสวิตช์เกียร์ บัส หรือหม้อแปลงไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 6 - สร้างสมดุลต้นทุน ความพร้อมใช้งาน และการเติบโตในอนาคต

หลังจากที่ตรวจสอบทางเทคนิคทั้งหมดเสร็จสิ้นแล้ว คำถามทางเศรษฐกิจก็ยังคงอยู่ ตัวนำที่มีขนาดใหญ่กว่าจะช่วยลดการสูญเสีย I^2*R และเหลือที่ว่างสำหรับการเติบโตของโหลดในอนาคต แต่จะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นเป็นอันดับแรก และอาจทำให้การติดตั้งในท่อที่คับแคบยุ่งยาก บนเครื่องป้อนขนาดยาว มูลค่าปัจจุบันสุทธิของการประหยัดพลังงานสามารถพิสูจน์ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นได้ บนตัวป้อนแบบสั้น อาจไม่จำเป็นต้องใช้สายเคเบิลขนาดใหญ่

การเลือกหน้าตัดที่ผลิตอย่างกว้างขวางจะช่วยลดเวลาในการผลิตและหลีกเลี่ยงการยุติที่ไม่ได้มาตรฐาน ขนาด MV ทั่วไปในระบบเมตริก ได้แก่ 70, 95, 120, 150, 185 และ 240 มม.² เมื่อตรวจสอบตัวเลือกผลิตภัณฑ์ ช่วงสายไฟ XLPE ขนาด 6-35 kV ให้ภาพรวมที่ดีของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและรายละเอียดการก่อสร้างสำหรับวงจรจำหน่ายทั่วไป

ผู้ผลิตสายไฟ XLPE แรงดันปานกลาง, โรงงาน ในฐานะผู้ผลิตสายไฟ XLPE แรงดันปานกลางของจีน โรงงานสายไฟแรงดันปานกลาง สายเคเบิล Dongfeng เสนอ V... ดูผลิตภัณฑ์ →

นำกระบวนการปรับขนาดมารวมกัน

การกำหนดขนาดสายเคเบิลแรงดันไฟฟ้าปานกลางเป็นกระบวนการที่เป็นระบบ: กำหนดพารามิเตอร์ของระบบ ตรวจสอบความแอมป์ ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตก ยืนยันความทนทานต่อการลัดวงจร และใช้กฎการลดพิกัดบวกกับขนาดขั้นต่ำ หลังจากผ่านการตรวจสอบแล้วเท่านั้นจึงจะถึงเวลาชั่งน้ำหนักต้นทุนและความพร้อมใช้งาน

หากคุณกำลังปรับขนาดเครื่องป้อนขนาดยาวหรือระบบจำหน่ายทางอุตสาหกรรมที่มีข้อผิดพลาดสูง ให้ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับปัจจัยการลดพิกัดและการคำนวณกระแสไฟฟ้าขัดข้อง สายเคเบิลที่ใช้งานได้ตั้งแต่แรกเห็นอาจใช้งานไม่ได้ในระหว่างเกิดข้อผิดพลาดหรือสิ้นสุดวันในฤดูร้อน หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับพิกัดอุณหภูมิของฉนวนและผลกระทบที่ส่งผลต่อความทึบ โปรดดูที่ ความครอบคลุมของสายเคเบิล MV90 กับ MV105 และการเปรียบเทียบต้นทุนฉนวน เป็นจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์