كابلات الطاقة ذات الجهد المتوسط: معايير الحجم والاختبار والتركيب

تعد كابلات الطاقة ذات الجهد المتوسط ​​(MV) من الأصول المهمة في المنشآت الصناعية وشبكات توزيع المرافق ومشاريع الطاقة المتجددة والمرافق التجارية. يعد تحديد حجم الكابل المناسب والاختبار المناسب وممارسات التثبيت المنضبطة أمرًا ضروريًا لضمان الموثوقية على المدى الطويل والسلامة التشغيلية ونقل الطاقة بكفاءة.

يلخص هذا الدليل الممارسات الهندسية المعترف بها دوليًا والتي تعتمد بشكل أساسي على IEC 60287 وIEC 60502-2 وIEC 60853 وIEC 60270 وIEC 60228، مع مراجع تكميلية لسلسلة IEEE 400 حيثما ينطبق ذلك.

تركز التوصيات على كابلات الطاقة ذات الجهد المتوسط ​​العازلة بالبثق، وخاصة الكابلات المعزولة بـ XLPE المستخدمة في أنظمة توزيع الطاقة.

1. تغيير حجم الكابل وسعةه

1.1 المعايير وطرق الحساب

توفر المواصفة القياسية IEC 60287 طرق حساب معترف بها دوليًا لتحديد تصنيف التيار المستمر للكابلات الكهربائية في ظل ظروف التشغيل والتركيب المحددة.

يأخذ الحساب في الاعتبار خسائر الموصل، وخسائر العزل الكهربائي، وخسائر الشاشة المعدنية والغلاف، وخسائر الدروع، والمقاومة الحرارية بين الكابل والبيئة المحيطة به.

بالنسبة للمشاريع التي تتبع معايير أمريكا الشمالية، يجب استشارة متطلبات IEEE وICEA وNEC المطبقة بشكل منفصل.

بالنسبة لمشروع معين، ينبغي اعتماد منهجية تصميم متسقة. قد يؤدي الجمع بين التصنيفات الحالية أو عوامل التصحيح من معايير مختلفة دون التحقق من افتراضاتها الأساسية إلى تحديد حجم غير دقيق للكابل.

1.2 العوامل الرئيسية المؤثرة على سعة الكابل

درجة الحرارة المحيطة

يجب تصحيح تصنيفات تيار الكابل لدرجات حرارة الهواء أو التربة الفعلية بالنسبة للظروف المرجعية المستخدمة في طريقة الحساب المحددة.

تعمل درجات الحرارة المحيطة المرتفعة بشكل عام على تقليل تصنيف التيار المستمر المسموح به.

المقاومة الحرارية للتربة

تعد المقاومة الحرارية للتربة عاملاً مهمًا في تركيبات الكابلات تحت الأرض.

يتم أحيانًا استخدام قيمة تصميم تبلغ 1.0 كيلو متر/وات (حوالي 100 درجة مئوية · سم/واط) كافتراض مرجعي. ومع ذلك، تعتمد القيم الفعلية على تكوين التربة، ومحتوى الرطوبة، والضغط، والظروف الموسمية.

تقلل المقاومة الحرارية العالية للتربة من تبديد الحرارة وقد تتطلب موصلات أكبر أو ردمًا حراريًا هندسيًا أو ترتيبات تركيب بديلة.

وينبغي تقييم التأثير الفعلي باستخدام بيانات التثبيت الخاصة بالمشروع.

تجميع الكابلات

قد تتعرض الكابلات المتعددة المثبتة على شكل ثلاثي الفصوص أو التكوين المسطح أو القنوات المشتركة أو خنادق الكابلات للتدفئة المتبادلة.

يجب تطبيق عوامل تصحيح التجميع المناسبة أو الحسابات الحرارية التفصيلية وفقًا لطريقة التصميم المحددة.

إن القواعد الأساسية البسيطة، مثل زيادة الموصل بمقدار حجمين قياسيين، لا ينبغي أن تحل محل الحسابات الهندسية.

تباعد الكابلات

قد تؤدي زيادة التباعد بين الكابلات أحادية النواة إلى تحسين تبديد الحرارة. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر أيضًا على المجالات المغناطيسية، وفقدان الشاشة المعدنية، والتيارات المنتشرة في الغلاف.

يعتمد التأثير الإجمالي على التصنيف الحالي على بناء الكابلات، وترتيب الترابط، وهندسة التثبيت، والظروف الحرارية المحيطة.

ولذلك ينبغي تقييم تباعد الكابلات على أساس خاص بالمشروع.

1.3 الأحمال التوافقية وغير الخطية

قد تواجه أنظمة توزيع الجهد المتوسط التي تزود محركات التردد المتغير (VFDs) والمحولات والأحمال غير الخطية الأخرى خسائر إضافية في الموصلات والشاشات المعدنية بسبب التيارات التوافقية.

في أنظمة الجهد المتوسط ​​ثلاثية الطور وثلاثة أسلاك، عادةً ما تكون الموصلات المحايدة غائبة.

عندما يكون من المتوقع حدوث تشوه توافقي كبير، يجب على المهندسين تقييم:

• تسخين موصل إضافي ناتج عن التيارات التوافقية.
• زيادات محتملة في الشاشة المعدنية وخسائر الغلاف.
• الحاجة إلى مناطق مقطعية أكبر للموصل.
• تدابير التخفيف التوافقية، مثل المرشحات أو تكوينات المحول المناسبة.

يجب أن يعتمد حجم الكابل على الطيف الحالي المتوقع وظروف التشغيل الفعلية بدلاً من نسبة التخفيض التوافقي الشامل.

1.4 التحميل في حالات الطوارئ والوقت القصير

تعتمد قدرة التحميل في حالات الطوارئ على مادة الموصل، ونوع العزل، والتحميل الأولي، وبناء الكابل، وظروف التثبيت، وخصائص التبريد.

توفر المواصفة القياسية IEC 60853 طرق حساب لتصنيفات التيار الدورية والطارئة للكابلات.

بالنسبة للكابلات المعزولة بـ XLPE، قد يسمح التحميل في حالات الطوارئ بالتشغيل المؤقت فوق درجة حرارة الموصل المستمر العادية، وفقًا للمعايير المعمول بها وتقييمات الكابلات والملحقات وبيانات الشركة المصنعة والحسابات الحرارية الخاصة بالمشروع.

لا ينبغي افتراض أي نسبة مئوية أو مدة للحمل الزائد في حالات الطوارئ.

2. الاختبار الميداني والقبول

2.1 مبادئ الاختبار العامة

يساعد اختبار كابلات الجهد المتوسط التي تم تركيبها حديثًا على تحديد عيوب العزل وأضرار التثبيت والمشاكل المرتبطة بالمفاصل والنهايات قبل دخول نظام الكابلات إلى الخدمة.

بالنسبة للكابلات الحديثة ذات الجهد المتوسط ​​والمعزولة بـ XLPE وEPR، لا يُنصح عمومًا باختبار تحمل التيار المستمر عالي الجهد التقليدي باعتباره طريقة قبول المجال المفضلة.

قد يكون اختبار التيار المستمر غير فعال في تحديد عيوب معينة في أنظمة العزل المبثوقة ويمكن أن يؤدي إلى ضغط كهربائي إضافي، خاصة في العزل القديم أو المتدهور.

اعتمادًا على المعايير المعمول بها ومواصفات المشروع وحالة الكابل، قد تتضمن طرق الاختبار الميداني المناسبة ما يلي:

• اختبار تحمل التردد المنخفض جدًا (VLF) للتيار المتردد.
• اختبار تحمل تردد الطاقة أو التيار المتردد الرنان.
• قياس التفريغ الجزئي (PD).
• تحليل فقدان العزل الكهربائي (tan δ).

يجب تحديد طريقة الاختبار ومستوى الجهد والمدة ومعايير القبول قبل الاختبار.

2.2 اختبار مقاومة العزل

توفر قياسات مقاومة العزل (IR) معلومات مفيدة حول حالة العزل العامة وقد تساعد في تحديد عيوب العزل الإجمالية أو المشكلات المتعلقة بالرطوبة.

ومع ذلك، فإن مقاومة العزل وحدها لا يمكن أن تؤكد عدم وجود عيوب موضعية في عزل كابلات الجهد المتوسط.

تعتمد القيم المقاسة على عدة عوامل، منها:

• اختبار الجهد والمدة.
• طول الكابل.
• الكابل ودرجة الحرارة المحيطة.
• تلوث السطح والرطوبة.
• بناء الكابل وحالة العزل.

حيثما كان ذلك مناسبًا، يمكن تطبيع نتائج مقاومة العزل لطول الكابل وتصحيحها لدرجة الحرارة لدعم المقارنة.

لا ينبغي التعامل مع عتبة مقاومة العزل الفردية كمعيار تمرير/فشل عالمي لجميع كابلات الجهد المتوسط.

يجب أن يتبع القبول مواصفات المشروع المعمول بها وإجراءات الاختبار وتوصيات الشركة المصنعة.

2.3 اختبار التفريغ الجزئي

يتم استخدام اختبار التفريغ الجزئي لتحديد التفريغات الكهربائية الموضعية المرتبطة بعيوب العزل والفراغات والواجهات التالفة والمشكلات في ملحقات الكابلات.

يجب إجراء قياسات التفريغ الجزئي في ظل ظروف جهد محددة وفقًا لمعايير الكابلات وإجراءات الاختبار المعمول بها.

قد تستخدم الاختبارات الروتينية في المصنع واختبارات القبول في الموقع طرق اختبار ومستويات جهد ومعايير تقييم مختلفة.

يجب أن يأخذ تفسير نتائج التفريغ الجزئي في الاعتبار ما يلي:

• الخلفية الضوضاء الكهربائية.
• طول الكابل وتوهين الإشارة.
• حساسية القياس والمعايرة.
• وصلات الكابلات ونهاياتها.
• اختبار الجهد وتردد القياس.

لا ينبغي استخدام حدود التفريغ الجزئي المطبقة بشكل شائع أثناء اختبار المصنع تلقائيًا كحدود قبول عالمية لأنظمة الكابلات المثبتة.

يجب أن تتبع معايير القبول في الموقع مواصفات المشروع ذات الصلة وإرشادات الاختبار المعمول بها، مثل IEC 60270 وIEEE 400.3 حيثما كان ذلك مناسبًا.

2.4 اختبار فقدان العزل الكهربائي (tan δ).

يقيس اختبار فقدان العزل الكهربائي خصائص التبديد لعزل الكابل ويمكن أن يوفر معلومات مفيدة حول حالته العامة.

بالنسبة لكابلات XLPE وTR-XLPE، قد تساعد قياسات δ في تحديد التغييرات المرتبطة بتقادم العزل ودخول الرطوبة وآليات التدهور الأخرى.

وينبغي تقييم النتائج وفقا لما يلي:

• طريقة الاختبار المعمول بها.
• اختبار التردد والجهد.
• درجة حرارة الكابل.
• مواد العزل والبناء.
• عمر الكابل وتاريخ الخدمة.
• معايير القبول الخاصة بالمشروع.

لا ينبغي استخدام قيمة tan δ المفردة كمعيار قبول عالمي لجميع أنظمة كابلات الجهد المتوسط.

قد توفر المقارنة بين المراحل والقياسات عند مستويات الجهد المختلفة والاتجاه بمرور الوقت معلومات تشخيصية إضافية.

2.5 اختبار مقاومة الموصل

تساعد قياسات مقاومة موصل التيار المستمر في التحقق من استمرارية الموصل وتحديد التشوهات المحتملة في توصيلات الموصل.

يجب تصحيح المقاومة المقاسة إلى درجة الحرارة المرجعية المطبقة، عادة 20 درجة مئوية، ومقارنتها بمعيار الموصل ذي الصلة وبيانات الشركة المصنعة.

تحدد المواصفة القياسية IEC 60228 متطلبات مقاومة الموصل لفئات الموصلات المطبقة ومناطق المقطع العرضي الاسمية.

قد تنتج الاختلافات بين القياسات الميدانية وبيانات المصنع عن:

• اختلافات درجات الحرارة.
• طول الكابل.
• دقة القياس.
• مقاومة الاتصال.
• بناء الموصل.

يجب التحقيق في الانحرافات البسيطة في السياق بدلاً من تفسيرها تلقائيًا كدليل على تلف الكابل أو المفاصل المعيبة.

3. ممارسات التثبيت

3.1 الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء

يساعد الحفاظ على نصف قطر الانحناء الصحيح أثناء تركيب الكابل على منع حدوث تلف ميكانيكي للعزل والشاشات المعدنية والأغماد والدروع.

يعتمد الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء على بناء الكابل، بما في ذلك:

• تصميم أحادي النواة أو متعدد النواة.
• المواد الموصلة والبناء.
• نظام العزل.
• شاشة معدنية وتصميم غمد.
• نوع الدرع.
• القطر الكلي للكابل.

يجب التأكد من الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء المطبق من خلال ورقة بيانات منتج الشركة المصنعة وتعليمات التثبيت.

قد يتم تطبيق قيود إضافية أثناء سحب الكابل وتثبيته.

يجب ألا تتعرض الكابلات لقوى ثني تتجاوز الحدود الميكانيكية المحددة لها.

3.2 النهايات والمفاصل

تعتبر وصلات الكابلات ونهاياتها مكونات مهمة لأنظمة الكابلات ذات الجهد المتوسط.

التركيب غير الصحيح، والتلوث، ودخول الرطوبة، وعدم كفاية التحكم في الضغط الكهربائي قد يساهم في فشل العزل.

يجب أن يتم التثبيت بواسطة أفراد مدربين باستخدام الملحقات المناسبة لبناء الكابل ومعدل الجهد وبيئة التشغيل.

تتضمن ممارسات التثبيت المهمة ما يلي:

ظروف العمل النظيفة

يجب أن يتم إعداد الكابلات وتركيب الملحقات في بيئة نظيفة لتقليل تلوث الأسطح العازلة.

التحكم في الرطوبة

لا ينبغي تنفيذ أعمال التوصيل والإنهاء في ظل ظروف تسمح للرطوبة بالدخول إلى واجهات العزل.

قد تكون الملاجئ المؤقتة والضوابط البيئية المناسبة ضرورية أثناء الأحوال الجوية السيئة أو ظروف الرطوبة العالية.

الإعداد الصحيح للكابل

يجب إزالة شاشات العزل والشاشات المعدنية والأغلفة الخارجية باستخدام الأدوات والإجراءات المناسبة لتجنب إتلاف العزل الأساسي.

توافق الملحقات

يجب اختيار الوصلات والنهايات وفقًا لتصنيف جهد الكابل وحجم الموصل وقطر العزل ومتطلبات تأهيل الملحقات ذات الصلة.

3.3 الاعتبارات الحرارية والميكانيكية

يجب أن تراعي ترتيبات تركيب الكابلات الأداء الحراري والحماية الميكانيكية.

بالنسبة للمنشآت تحت الأرض، يجب أن توفر مواد الردم الخصائص الحرارية المناسبة والاستقرار الميكانيكي.

بالنسبة للكابلات المثبتة في القنوات أو الصواني أو الخنادق، يجب أن يأخذ تخطيط التثبيت في الاعتبار ما يلي:

• الحد الأقصى المسموح به لشد الشد.
• ضغط تحمل الجدار الجانبي.
• نصف قطر انحناء الكابل.
• تجميع الكابلات وتباعدها.
• التمدد الحراري.
• القوى الميكانيكية ماس كهربائى.

يجب اختيار دعامات الكابلات والمرابط وتثبيتها لمنع الحركة المفرطة أو التلف في ظل ظروف التشغيل والخطأ المتوقعة.

4. الاستنتاج

يعتمد الأداء الموثوق به لكابلات الجهد المتوسط ​​على الفعالية المشتركة لتصميم الكابلات وجودة التصنيع والتحجيم الصحيح والاختبار المناسب والتركيب المنضبط.

تشمل الاعتبارات الهندسية الرئيسية ما يلي:

1. تحديد حجم الكابل بدقة باستخدام طرق الحساب الحراري المعترف بها والظروف البيئية الخاصة بالمشروع.
2. إجراءات الاختبار والقبول المناسبة بناءً على نظام عزل الكابلات والمعايير المعمول بها وظروف التثبيت.
3. ممارسات التثبيت الصحيحة ، خاصة بالنسبة لسحب الكابلات، والانحناء، والتوصيل، وإنهائها.
4. الوثائق المناسبة والتحقق الفني في جميع أنحاء التصنيع والتركيب والتكليف.

يجب أن تشير القرارات الهندسية إلى الإصدارات المعمول بها من IEC 60287، وIEC 60502-2، وIEC 60853، وIEC 60270، وIEC 60228، وإرشادات IEEE ذات الصلة حيثما كان ذلك مناسبًا.

يجب دائمًا التحقق من متطلبات الاختيار النهائي للكابل وقبوله وفقًا للبيانات الفنية المنشورة من قبل الشركة المصنعة والمواصفات الفنية المعتمدة للمشروع.

حول شينيو كابل

تقوم شركة Xinyu Cable بتصنيع كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض والمتوسط لتوزيع المرافق والمرافق الصناعية والبنية التحتية وتطبيقات الطاقة المتجددة.

تشتمل مجموعة كابلات الجهد المتوسط ​​لدينا على كابلات طاقة معزولة بـ XLPE مع موصلات من النحاس أو الألومنيوم، وهي متوفرة في هياكل أحادية النواة ومتعددة النواة، مع خيارات مدرعة وغير مدرعة.

يمكن تصنيع المنتجات وفقًا لمعايير IEC المعمول بها والمتطلبات الفنية الخاصة بالعميل.

هل تبحث عن شركة تصنيع كابلات الجهد المتوسط؟

أرسل إلينا مواصفات الكابل أو ورقة البيانات الفنية أو فاتورة الكميات (BOQ) للمراجعة الفنية وعروض الأسعار.

طلب عرض أسعار | اتصل بـ Xinyu Cable