Định cỡ cáp trung thế: Cường độ dòng điện, sụt áp và kiểm tra ngắn mạch

Giả sử bạn có một máy biến áp 13,8 kV với dòng điện sơ cấp được tính toán là 84 A. Bảng công suất nhanh có thể đề xuất dây dẫn đồng AWG số 3. Tuy nhiên, việc lắp đặt thông thường tại hiện trường thường kết thúc bằng cáp 2/0 AWG. Nguyên nhân là do kích thước cáp trung thế không thể dừng lại ở cường độ dòng điện.

Kích thước chính xác cũng phải vượt qua giới hạn sụt áp, tồn tại dòng điện ngắn mạch có sẵn, tôn trọng kích thước dây dẫn tối thiểu thực tế và tính đến các điều kiện lắp đặt thực tế như nhiệt độ đất, bờ ống dẫn và mạch song song. Hãy coi nó như một vòng lặp xác minh chứ không phải một bước tra cứu duy nhất.

"Kích thước" có nghĩa là gì đối với cáp MV

Cáp trung thế thường có nghĩa là cáp có điện áp định mức trên 1 kV và đến 35 kV. Các loại điện áp phổ biến bao gồm 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV và 18/30 kV. Định cỡ cáp trung thế có nghĩa là chọn mặt cắt dây dẫn, mức cách điện và kết cấu màn chắn cho phép cáp hoạt động an toàn trong suốt thời gian sử dụng trong cả điều kiện tải ổn định và điều kiện lỗi.

Các bước kiểm tra chính diễn ra liền kề: khả năng mang dòng điện liên tục, độ sụt điện áp, khả năng chịu nhiệt ngắn mạch và giảm công suất theo điều kiện lắp đặt. Trong nhiều dự án công nghiệp, kích thước cuối cùng được quyết định bằng việc kiểm tra ngắn mạch hoặc sụt áp thay vì kiểm tra độ khuếch đại, đặc biệt khi bộ cấp nguồn dài hoặc mức độ lỗi cao.

Bước 1 – Xác định đầu vào hệ thống và cáp

Trước khi bắt đầu bất kỳ phép tính nào, hãy thu thập dữ liệu hệ thống. Bạn cần điện áp danh định giữa các pha, dòng tải liên tục tối đa, dòng ngắn mạch tối đa tại vị trí cáp và thời gian ngắt bảo vệ. Chi tiết lắp đặt cũng quan trọng: chiều dài tuyến đường, nhiệt độ môi trường, điện trở nhiệt của đất, độ sâu chôn lấp và liệu cáp có chạy trong dãy ống dẫn, khay cáp hay chôn trực tiếp hay không.

Lỗi đầu vào nhỏ tạo ra lỗi kích thước lớn. Nếu bạn giả sử nhiệt độ đất là 20°C nhưng địa điểm thực tế chạy ở 30°C thì cáp cận biên sẽ hoạt động trên nhiệt độ thiết kế của nó. Nếu bạn quên bao gồm hệ thống sưởi của bộ cấp nguồn song song, cáp tương tự sẽ bị giảm hiệu suất khi lắp đặt thực tế. Thời gian dành thêm để xác minh dữ liệu đầu vào luôn có giá trị.

Đối với hầu hết các ứng dụng phân phối, cáp cách điện XLPE có dây dẫn bằng đồng là lựa chọn mặc định. Chất cách điện mang lại độ bền điện cao, tổn thất điện môi thấp và hiệu suất nhiệt tốt. Một tài liệu tham khảo thực tế cho việc phân phối điện áp trung thế là Dòng cáp điện cách điện XLPE có điện áp định mức từ 3,6/6 kV đến 26/35 kV .

Cáp nguồn cách điện XLPE dùng cho điện áp định mức 3,6/6kV -26/35kV Nhà cung cấp, công ty Dongfeng Trung Quốc bán buôn cáp điện cách điện XLPE cho điện áp định mức 3,6/6kV -26/35kV và nhà cung cấp cáp điện cách điện XLPE cho điện áp định mức... Xem sản phẩm →

Bước 2 - Tính toán độ khuếch đại với điều kiện thực

Cường độ dòng điện là dòng điện liên tục tối đa mà cáp có thể mang mà không vượt quá định mức nhiệt độ của lớp cách điện. Đối với cách điện XLPE, nhiệt độ liên tục tối đa của dây dẫn thường là 90°C, trong khi nhiệt độ khẩn cấp ngắn mạch có thể là 250°C đối với dây dẫn đồng. Mặt cắt ngang của cáp phải cho phép nhiệt sinh ra bên trong truyền ra ngoài mà không làm lớp cách điện quá nóng.

Bắt đầu từ bảng độ khuếch đại cơ sở, sau đó nhân với các hệ số hiệu chỉnh về nhiệt độ môi trường, điện trở suất nhiệt của đất, độ sâu, khoảng cách cáp và nhóm. Kích thước dây dẫn phù hợp với tính toán trên máy tính để bàn có thể bị nóng khi lắp song song với các cáp được tải khác. Bảng dưới đây cung cấp các hệ số giảm tải đại diện cho việc lắp đặt MV phổ biến:

Sau khi áp dụng tất cả các hệ số hiệu chỉnh, so sánh cường độ dòng điện đã hiệu chỉnh với dòng điện đầy tải. Nếu giá trị nằm giữa hai kích thước dây dẫn tiêu chuẩn, hãy chọn kích thước lớn hơn tiếp theo trừ khi lần kiểm tra sau buộc dây dẫn phải lớn hơn.

Bước 3 – Kiểm tra độ sụt điện áp trên bộ cấp nguồn dài

Độ sụt áp trở thành tiêu chí quản lý khi bộ cấp nguồn trung thế dài vài km hoặc khi tải cao so với trở kháng cáp. Sự sụt giảm điện áp ba pha có thể được tính gần đúng như Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, trong đó R và X là điện trở và điện kháng AC hiệu dụng trên một đơn vị chiều dài và L là chiều dài tuyến đường.

Đối với các mạch trung thế, tổng điện áp rơi thường ở mức dưới 5% tính từ nguồn đến tải. Nhiều cơ sở áp dụng giới hạn chặt chẽ hơn là 3% cho riêng bộ cấp nguồn để chừa biên cho máy biến áp và dây dẫn thứ cấp. Đối với đường dây 33 kV, dài 10 km mang dòng điện 250 A, cáp đồng 95 mm có thể bị sụt áp gần 3,5%, trong khi cáp 120 mm có mức sụt áp dưới 3%. Trong những trường hợp như vậy, cáp lớn hơn được chọn không phải theo cường độ mà theo giới hạn sụt áp.

Trên lộ 33 kV, độ tự cảm thường chiếm ưu thế so với điện trở, do đó, việc bổ sung thêm tiết diện dây dẫn chỉ mang lại sự cải thiện hạn chế. Trong trường hợp đó, mức điện áp cao hơn hoặc cáp được định tuyến khác có thể hiệu quả hơn.

Bước 4 – Xác nhận khả năng chịu ngắn mạch

Cáp trong hệ thống điện áp trung bình phải tồn tại trong trường hợp ngắn mạch trong trường hợp xấu nhất đủ lâu để thiết bị bảo vệ khắc phục lỗi. Khi xảy ra sự cố, nhiệt độ dây dẫn tăng mạnh do nhiệt không thể thoát ra ngoài nhanh chóng. Đối với cáp cách điện XLPE, nhiệt độ ngắn mạch cho phép của dây dẫn thường là 250°C đối với đồng và 200°C đối với nhôm, nhưng nên sử dụng các giá trị từ dữ liệu thử nghiệm của nhà sản xuất.

Tiết diện dây dẫn tối thiểu để chịu nhiệt có thể được ước tính là s = ​​I * sqrt(t) / k, trong đó I là dòng điện sự cố rms, t là thời gian bù nhiệt tính bằng giây và k là hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn cũng như nhiệt độ ban đầu và cuối cùng giả định. Hệ thống 13,8 kV có lỗi 20 kA được loại bỏ trong 0,2 giây có thể dễ dàng yêu cầu dây dẫn lớn hơn so với kiểm tra cường độ dòng điện. Đây là lý do tại sao việc kiểm tra ngắn mạch không phải là tùy chọn.

Sự phối hợp chuyển tiếp ngược dòng cũng phải được xác minh. Nếu thời gian ngắt rơle dài hơn giới hạn nhiệt của cáp thì cáp sẽ bị hỏng trước khi cầu dao mở ra.

Bước 5 – Tôn trọng các yêu cầu về kích thước tối thiểu và giảm tốc độ

Ngoài các tính toán kỹ thuật, các yêu cầu về mã và cơ khí thường buộc phải có kích thước dây dẫn tối thiểu. Nhiều bộ cấp nguồn trung thế sử dụng dây dẫn đồng AWG số 2 làm mức tối thiểu thực tế, ngay cả khi tính toán độ khuếch đại cho phép kích thước nhỏ hơn. Các vấu lớn, bộ đầu cuối và lực kéo đều trở nên không thực tế với cáp MV rất mỏng.

Hệ số giảm công suất đối với cáp được nhóm và hệ thống lắp đặt chôn dưới đất có thể làm giảm độ khuếch đại cơ sở từ 20% trở lên. Độ khuếch đại thực sự là giá trị cơ bản nhân với tất cả các hệ số áp dụng. Nếu giá trị cuối cùng vẫn cao hơn dòng tải thì cáp có thể được chấp nhận để tải liên tục. Tuy nhiên, kỹ sư cũng nên xác nhận rằng cáp có thể kết nối đúng cách với các thiết bị đầu cuối của thiết bị đóng cắt, thanh cái hoặc máy biến áp.

Bước 6 – Cân bằng chi phí, tính sẵn có và tăng trưởng trong tương lai

Sau khi tất cả các kiểm tra kỹ thuật được đáp ứng, câu hỏi kinh tế vẫn còn. Dây dẫn lớn hơn giúp giảm tổn thất I^2*R và tạo khoảng trống cho tải tăng trong tương lai, nhưng nó làm tăng chi phí ban đầu và có thể gây phức tạp cho việc lắp đặt trong các ống dẫn kín. Trên một lộ trình dài, giá trị hiện tại ròng của việc tiết kiệm năng lượng có thể bù đắp cho chi phí tăng thêm. Trên bộ cấp nguồn ngắn, cáp lớn hơn có thể không cần thiết.

Việc chọn mặt cắt được sản xuất rộng rãi giúp giảm thời gian thực hiện và tránh các điểm dừng không đạt tiêu chuẩn. Kích thước MV phổ biến trong hệ thống số liệu bao gồm 70, 95, 120, 150, 185 và 240 mm2. Khi xem xét các lựa chọn sản phẩm, Dải cáp điện XLPE 6-35 kV cung cấp cái nhìn tổng quan về điện áp định mức và chi tiết kết cấu cho các mạch phân phối điển hình.

Nhà sản xuất, nhà máy cáp điện XLPE trung thế Là nhà sản xuất cáp điện XLPE trung thế Trung Quốc, Nhà máy cáp điện trung thế, Cáp Dongfeng cung cấp Điện áp trung thế 6-35kV tùy chỉnh... Xem sản phẩm →

Kết hợp quá trình định cỡ

Định cỡ cáp trung thế là một quá trình có hệ thống: xác định các thông số hệ thống, kiểm tra độ khuếch đại, xác minh độ sụt điện áp, xác nhận khả năng chịu ngắn mạch và áp dụng các quy tắc giảm công suất cộng với kích thước tối thiểu. Chỉ sau khi những bước kiểm tra đó vượt qua thì mới là lúc cân nhắc chi phí và tính sẵn có.

Nếu bạn đang định cỡ một lộ dây dài hoặc một hệ thống phân phối công nghiệp có mức độ lỗi cao, hãy đặc biệt chú ý đến hệ số suy giảm công suất và tính toán dòng điện sự cố. Một sợi cáp hoạt động thoạt nhìn có thể bị hỏng khi gặp sự cố hoặc vào cuối ngày hè nóng nực. Để biết thêm thông tin về xếp hạng nhiệt độ cách nhiệt và cách chúng ảnh hưởng đến độ khuếch đại, So sánh độ khuếch đại của cáp MV90 và MV105 và chi phí cách điện là một điểm khởi đầu hữu ích.