Mellomspenningskabelstørrelse: Ampasitet, spenningsfall og kortslutningskontroller

Anta at du har en 13,8 kV transformatormater med en beregnet primærstrøm på 84 A. En rask ampasitetstabell kan foreslå en #3 AWG kobberleder. Likevel ender en typisk installasjon i felten ofte opp med 2/0 AWG-kabel. Årsaken er at dimensjonering av mellomspenningskabel ikke kan stoppe ved ampacitet.

Riktig størrelse må også passere grensene for spenningsfall, overleve den tilgjengelige kortslutningsstrømmen, respektere praktiske minimumslederstørrelser og ta hensyn til reelle installasjonsforhold som jordtemperatur, kanalbanker og parallellkretser. Behandle det som en bekreftelsessløyfe, ikke et enkelt oppslagstrinn.

Hva "størrelse" betyr for MV-kabler

Mellomspenningskabel betyr generelt kabler klassifisert over 1 kV og opptil 35 kV. Vanlige spenningsklasser inkluderer 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV og 18/30 kV. Dimensjonering av en MV-kabel betyr å velge ledertverrsnitt, isolasjonsnivå og skjermkonstruksjon som gjør at kabelen kan fungere trygt i hele levetiden under både jevn belastning og feilforhold.

De viktigste kontrollene er sammenhengende: kontinuerlig strømbærende kapasitet, spenningsfall, termisk kortslutningsmotstand og reduksjon etter installasjonsforhold. I mange industriprosjekter avgjøres den endelige størrelsen av kortslutnings- eller spenningsfallskontrollen i stedet for av ampacitetskontrollen, spesielt når materen er lang eller feilnivået er høyt.

Trinn 1 – Definer system- og kabelinngangene

Før du starter noen beregning, samle inn systemdata. Du trenger den nominelle fase-til-fase-spenningen, den maksimale kontinuerlige belastningsstrømmen, den maksimale kortslutningsstrømmen på kabelplasseringen og beskyttelsestiden. Installasjonsdetaljer har også betydning: rutelengde, omgivelsestemperatur, jords termiske motstand, nedgravingsdybde og om kabelen går i en kanalbank, kabelskinne eller direkte nedgraving.

Små inndatafeil skaper store dimensjoneringsfeil. Hvis du antar en jordtemperatur på 20 °C, men det faktiske stedet kjører på 30 °C, vil en marginalkabel fungere over dens designtemperatur. Hvis du glemmer å inkludere parallellmatervarme, vil den samme kabelen bli redusert i en reell installasjon. Den ekstra tiden brukt på å bekrefte inndata er alltid verdt.

For de fleste distribusjonsapplikasjoner er en XLPE-isolert kabel med kobberledere standardvalget. Isolasjonen gir høy elektrisk styrke, lave dielektriske tap og god termisk ytelse. En praktisk referanse for mellomspenningsfordeling er XLPE-isolerte strømkabelserier klassifisert fra 3,6/6 kV til 26/35 kV .

XLPE-isolert strømkabel for merkespenning 3,6/6kV -26/35kV Leverandører, Company Dongfeng Kina engros XLPE-isolert strømkabel for merkespenning 3,6/6kV -26/35kV leverandører og XLPE-isolert strømkabel for nominell V... Se produkt →

Trinn 2 – Beregn ampacity med reelle forhold

Ampasitet er den maksimale kontinuerlige strømmen kabelen kan bære uten å overskride isolasjonstemperaturen. For XLPE-isolasjon er den maksimale kontinuerlige ledertemperaturen typisk 90°C, mens kortslutningsnødtemperaturen kan være 250°C for kobberledere. Kabeltverrsnittet må gjøre det mulig for den internt genererte varmen å overføres utover uten å overopphete isolasjonen.

Start fra en basisampacity-tabell, og multipliser deretter med korreksjonsfaktorer for omgivelsestemperatur, jordvarmeresistivitet, dybde, kabelavstand og gruppering. En lederstørrelse som fungerer i en skrivebordsberegning kan bli varm når den installeres parallelt med andre belastede kabler. Tabellen nedenfor gir representative reduksjonsfaktorer for vanlige MV-installasjoner:

Etter å ha brukt alle korreksjonsfaktorene, sammenligne den korrigerte ampaciteten med fulllaststrømmen. Hvis verdien er mellom to standard lederstørrelser, velg den neste større størrelsen med mindre en senere kontroll tvinger en enda større leder.

Trinn 3 – Sjekk spenningsfallet på lange matere

Spenningsfall blir det styrende kriteriet når MV-materen er flere kilometer lang eller når belastningen er høy i forhold til kabelimpedansen. Trefasespenningsfallet kan tilnærmes som Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, der R og X er den effektive AC-motstanden og reaktansen per lengdeenhet, og L er rutelengden.

For mellomspenningskretser bør det totale spenningsfallet generelt holde seg under 5 % fra kilden til lasten. Mange anlegg bruker en strengere grense på 3 % for materen alene for å gi margin for transformatorer og sekundærledere. For en 33 kV, 10 km mater som bærer 250 A, kan en 95 mm² kobberkabel ha et spenningsfall på nær 3,5 %, mens en 120 mm² kabel bringer det under 3 %. I slike tilfeller velges den større kabelen ikke etter ampacitet, men etter spenningsfallsgrense.

På en 33 kV-mater dominerer induktansen ofte over motstanden, så å legge til ledertverrsnitt gir kun begrenset forbedring. I så fall kan et høyere spenningsnivå eller en annen trukket kabel være mer effektivt.

Trinn 4 – Bekreft kortslutningsmotstand

En kabel i et mellomspenningssystem må overleve den verste kortslutningsstrømmen lenge nok til at beskyttelsesanordningen kan fjerne feilen. Under feilen stiger ledertemperaturen kraftig fordi varmen ikke kan slippe ut raskt. For XLPE-isolerte kabler er tillatt kortslutningsledertemperatur ofte 250°C for kobber og 200°C for aluminium, men verdier fra produsentens testdata bør benyttes.

Minimum ledertverrsnitt for termisk motstand kan estimeres som s = I * sqrt(t) / k, hvor I er rms feilstrømmen, t er ryddetiden i sekunder, og k er en konstant som avhenger av ledermateriale og de antatte start- og slutttemperaturene. Et 13,8 kV-anlegg med 20 kA-feil løst på 0,2 s kan lett kreve en større leder enn ampasitetskontrollen. Dette er grunnen til at kortslutningskontrollen ikke er valgfri.

Oppstrøms relékoordinering må også verifiseres. Hvis relétømmingstiden er lengre enn kabelens termiske grense, vil kabelen bli skadet før bryteren åpner.

Trinn 5 – Respekter krav til reduksjon og minimumsstørrelse

I tillegg til de tekniske beregningene fremtvinger ofte kode og mekaniske krav en minimumslederstørrelse. Mange mellomspenningsmatere bruker en #2 AWG kobberleder som det praktiske minimum, selv når ampasitetsberegningen tillater en mindre størrelse. Store ører, termineringssett og inntrekkskrefter blir alle upraktiske med veldig tynne MV-kabler.

Reduksjonsfaktorer for grupperte kabler og nedgravde installasjoner kan redusere grunnampasiteten med 20 % eller mer. Den sanne ampaciteten er basisverdien multiplisert med alle gjeldende faktorer. Hvis sluttverdien fortsatt er over belastningsstrømmen, er kabelen akseptabel for kontinuerlig belastning. Men ingeniøren bør også bekrefte at kabelen kan kobles riktig til bryterutstyret, bussen eller transformatorterminalene.

Trinn 6 – Balanser kostnader, tilgjengelighet og fremtidig vekst

Etter at alle tekniske kontroller er oppfylt, gjenstår det økonomiske spørsmålet. En større leder reduserer I^2*R-tap og gir rom for fremtidig lastvekst, men det øker førstekostnaden og kan komplisere installasjon i tette kanaler. På en lang feeder kan netto nåverdi av energisparing rettferdiggjøre ekstrakostnaden. På en kort mater kan den større kabelen være unødvendig.

Å velge et bredt produsert tverrsnitt reduserer ledetiden og unngår avslutninger som ikke er standard. Vanlige MV-størrelser i metriske systemer inkluderer 70, 95, 120, 150, 185 og 240 mm². Når du gjennomgår produktalternativer, 6-35 kV XLPE strømkabelserie gir en god oversikt over merkespenninger og konstruksjonsdetaljer for typiske distribusjonskretser.

Mellomspenning XLPE strømkabler produsenter, fabrikk Som produsenter av mellomspenning XLPE-strømkabler i Kina, fabrikk for strømkabler for mellomspenning, Dongfeng-kabel tilbyr tilpasset 6-35 kV mellomspenning... Se produkt →

Samle størrelsesprosessen

Dimensjonering av mellomspenningskabel er en systematisk prosess: definer systemparametrene, kontroller ampaciteten, verifiser spenningsfallet, bekreft at kortslutningen tåler, og bruk regler for reduksjon pluss minimumsstørrelse. Først etter at disse sjekkene er bestått, er det på tide å veie kostnad og tilgjengelighet.

Hvis du dimensjonerer en lang mater eller et industrielt distribusjonssystem med høyt feilnivå, vær spesielt oppmerksom på reduksjonsfaktorene og feilstrømberegningen. En kabel som fungerer ved første øyekast kan svikte under en feil eller på slutten av en varm sommerdag. For mer informasjon om isolasjonstemperaturklassifiseringer og hvordan de påvirker strømstyrken, kan du se Sammenligning av MV90 vs MV105 kabelstyrke og isolasjonskostnad er et nyttig utgangspunkt.