Ένα καλώδιο μέσης τάσης πρέπει να μεταφέρει με ασφάλεια το φορτίο και να αντέχει στις περιβαλλοντικές συνθήκες της υπόγειας εγκατάστασής του. Η επιλογή αγωγού μόνο βάσει του ρεύματος δεν επαρκεί.
Το KiloVolt αξιολογεί καλώδια με μόνωση XLPE σε τέσσερις διατάξεις: μονοπολικά καλώδια σε επίπεδη ή τριγωνική διάταξη και ένα τριπολικό καλώδιο, χωρίς ή με οπλισμό. Προεπιλεγμένο υλικό είναι ο χαλκός και η τάση είναι 20 kV. Οι ονομαστικές τιμές ισχύουν μόνο για συγκεκριμένες συνθήκες αναφοράς — όχι για οποιοδήποτε έδαφος ή εγκατάσταση σε σωλήνα.
Τι είναι η διαστασιολόγηση καλωδίου ΜΤ;
Ένα καλώδιο ΜΤ επιλέγεται για την αξιόπιστη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ κυψελών διακοπτικού εξοπλισμού, μετασχηματιστών, υποσταθμών και δικτύων διανομής. Η διατομή εκφράζεται σε mm² και αναφέρεται στον κύριο αγωγό φάσης, όχι στη συνολική διάμετρο του καλωδίου.
Πριν από την εγκατάσταση, οι μηχανικοί πρέπει να ελέγχουν χωριστά το ρεύμα λειτουργίας, τη θερμική ικανότητα, την πτώση τάσης, τη θερμική αντοχή του αγωγού σε σφάλμα, τη θερμική καταπόνηση της μεταλλικής θωράκισης σε σφάλμα, την κλάση τάσης μόνωσης και τη φυσική διάταξη εγκατάστασης.
Τι περιέχει ένα καλώδιο μέσης τάσης;
Ο αγωγός μεταφέρει το κανονικό ρεύμα φορτίου. Οι ημιαγώγιμες στρώσεις εξομαλύνουν το ηλεκτρικό πεδίο γύρω από τη μόνωση. Το XLPE αντέχει στην ηλεκτρική καταπόνηση μεταξύ αγωγού και μεταλλικής θωράκισης. Η μεταλλική θωράκιση παρέχει ένα σκόπιμα γειωμένο μεταλλικό περίβλημα (οθόνη) και μπορεί να μεταφέρει ρεύμα σφάλματος προς γη. Ο εξωτερικός μανδύας παρέχει μηχανική και περιβαλλοντική προστασία.
Τα διαγράμματα απεικονίζουν ένα τυπικό μονοπολικό καλώδιο XLPE χωρίς οπλισμό. Δεν παρουσιάζονται προαιρετικός οπλισμός, υδατοστεγανές στρώσεις και κατασκευές ειδικές για κάθε κατασκευαστή. Τρία τέτοια μονοπολικά καλώδια σχηματίζουν συνήθως ένα τριφασικό κύκλωμα. Παράδειγμα: N2XSY 1 × 150/25 mm² σημαίνει χάλκινο αγωγό φάσης 150 mm² και ξεχωριστή μεταλλική θωράκιση ονομαστικής διατομής 25 mm²· η θωράκιση πρέπει να ελεγχθεί για το δικό της ρεύμα σφάλματος και τον χρόνο διακοπής της προστασίας.
Τι σημαίνουν τα 6/10, 12/20 και 18/30 kV;
Τα καλώδια μέσης τάσης συνήθως φέρουν σήμανση U₀/U (Uₘ): U₀ είναι η ονομαστική τάση αγωγού προς γη, U η ονομαστική τάση μεταξύ αγωγών και Uₘ η μέγιστη τάση συστήματος για την οποία έχει σχεδιαστεί ο εξοπλισμός. Ένα τυπικό σύστημα 20 kV χρησιμοποιεί καλώδιο κλάσης 12/20 (24) kV XLPE, με την επιφύλαξη των απαιτήσεων γείωσης του δικτύου και διάρκειας σφάλματος.
Η κλάση τάσης μόνωσης πρέπει να ελέγχεται ξεχωριστά από τη διατομή. Ένα καλώδιο μπορεί να επαρκεί ως προς το ρεύμα, αλλά να μην είναι κατάλληλο για την ηλεκτρική καταπόνηση του συγκεκριμένου δικτύου.
Απευθείας ταφή ή υπόγειοι σωλήνες;
Άμεση ταφή · επίπεδη διάταξη με αποστάσεις
Υπόγειοι σωλήνες · εφαπτόμενοι σε επίπεδη διάταξη
Απευθείας ταφή, επίπεδη διάταξη με αποστάσεις: τρία μονοπολικά καλώδια τοποθετούνται οριζόντια με απόσταση ίση με μία εξωτερική διάμετρο καλωδίου. Αυτή είναι η γεωμετρία αναφοράς επίπεδης διάταξης απευθείας ταφής στο IEC 60502-2:2014, Παράρτημα Β.
Σε υπόγειους σωλήνες, επίπεδη διάταξη με επαφή σωλήνων: κάθε μονοπολικό καλώδιο εγκαθίσταται στον δικό του πήλινο σωλήνα γεμάτο αέρα και οι τρεις σωλήνες εφάπτονται μεταξύ τους. Οι θερμικές ιδιότητες και οι διαστάσεις των σωλήνων έχουν σημασία.
Μονοπολικά καλώδια, τριγωνική διάταξη: τα τρία μονοπολικά καλώδια ομαδοποιούνται σε τρίγωνο, είτε με απευθείας ταφή είτε ένα ανά σωλήνα, με τους τρεις σωλήνες σε τριγωνική διάταξη. Αυτές οι ονομαστικές τιμές προέρχονται από τον κατάλογο μέσης τάσης της Prysmian και βρίσκονται εντός λίγων τοις εκατό από την επίπεδη διάταξη.
Ένα τριπολικό καλώδιο: και οι τρεις φάσεις βρίσκονται σε ένα καλώδιο, χωρίς ή με οπλισμό, με απευθείας ταφή ή σε έναν υπόγειο σωλήνα. Η ίδια διατομή μεταφέρει μικρότερο ρεύμα ως τριπολικό καλώδιο, κυρίως επειδή οι τρεις αγωγοί βρίσκονται κοντά μεταξύ τους. Για χάλκινο αγωγό 35 mm², απευθείας ταφή: 172 A ως μονοπολικά καλώδια σε επίπεδη διάταξη, 153 A ως τριπολικό καλώδιο.
Γιατί οι συνθήκες του εδάφους έχουν τόσο μεγάλη σημασία;
Οι απώλειες λόγω ηλεκτρικής αντίστασης μετατρέπονται σε θερμότητα και αυξάνονται περίπου με το τετράγωνο του ρεύματος. Για καλώδια με μόνωση XLPE λαμβάνεται συνήθως μέγιστη θερμοκρασία συνεχούς λειτουργίας αγωγού 90 °C. Το έδαφος πρέπει να μπορεί να απομακρύνει την παραγόμενη θερμότητα.
Το εργαλείο χρησιμοποιεί δημοσιευμένο υποσύνολο τιμών επιτρεπόμενου ρεύματος αναφοράς για θερμοκρασία εδάφους 20 °C, θερμική ειδική αντίσταση εδάφους 1,5 K·m/W και βάθος ταφής 0,8 m. Οι ονομαστικές τιμές υπολογίζονται για καλώδια 6/10 kV. Ένας κατάλογος Prysmian παραθέτει τις ίδιες τιμές αλουμινίου για 6/10, 12/20 και 18/30 kV, αλλά δηλώνει ότι υπολογίστηκαν για 6/10 kV· επομένως η ονομαστική τιμή του πραγματικού προϊόντος 12/20 kV πρέπει να επιβεβαιωθεί στο τεχνικό του φυλλάδιο. Οι τιμές τριγωνικής διάταξης και τριπολικών καλωδίων προέρχονται από τον ίδιο κατάλογο, με τις ίδιες παραδοχές εδάφους και σωλήνων. Η αναφορά για σωλήνες προϋποθέτει επιπλέον θερμική ειδική αντίσταση 1,2 K·m/W για τον πήλινο σωλήνα και θωρακίσεις καλωδίων συνδεδεμένες και στα δύο άκρα.
Θερμότερο ή ξηρότερο έδαφος, βαθύτερη ταφή, γειτονικά φορτισμένα κυκλώματα, διαφορετική διάταξη ηλεκτρικής σύνδεσης και γείωσης της θωράκισης ή άλλα υλικά σωλήνων μπορούν να μειώσουν το πραγματικά επιτρεπόμενο ρεύμα. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιήστε δεδομένα κατασκευαστή ή υπολογισμούς IEC 60287 αντί να εφαρμόζετε αυθαίρετο συντελεστή.
Από τα kVA του μετασχηματιστή στο ρεύμα ΜΤ
Στη μελέτη, η γραμμή που τροφοδοτεί έναν μετασχηματιστή επιλέγεται συχνά βάσει της φαινόμενης ισχύος της πινακίδας. Για έναν συμμετρικό τριφασικό μετασχηματιστή, το ονομαστικό ρεύμα ΜΤ εξαρτάται από τα kVA του μετασχηματιστή και την τάση ΜΤ μεταξύ φάσεων:
Όταν η ισχύς εισάγεται σε kVA και η τάση σε kV, το αποτέλεσμα προκύπτει απευθείας σε ampere. Μην πολλαπλασιάσετε ξανά επί 1.000. Επίσης δεν χρειάζεται cos φ, επειδή ο μετασχηματιστής έχει ονομαστική φαινόμενη ισχύ και όχι ενεργό ισχύ.
Το αποτέλεσμα είναι το ονομαστικό πρωτεύον ρεύμα γραμμής στα 20 kV και σε πλήρη ισχύ μετασχηματιστή. Για μερική φόρτιση ή πολλούς μετασχηματιστές σε μία γραμμή ΜΤ, χρησιμοποιήστε την κατάλληλη υπολογισμένη ζήτηση αντί να θεωρείτε άκριτα ότι ισχύει μία ονομαστική πινακίδα.
Εναλλακτικά, εισαγάγετε το γνωστό ρεύμα σχεδιασμού (A) απευθείας. Αν χρησιμοποιείτε MVA, μετατρέψτε με την ισοδύναμη εξίσωση:
Πώς παρουσιάζει πτώση τάσης ένα μακρύ καλώδιο ΜΤ;
Όπως στα καλώδια ΧΤ, έτσι και στα καλώδια ΜΤ η πτώση τάσης επηρεάζεται από την αντίσταση και την επαγωγική αντίδραση. Όταν η διαστασιολόγηση γίνεται από kVA ή A, το εργαλείο χρησιμοποιεί ένα συντηρητικό προσεγγιστικό όριο πτώσης τάσης χωρίς να απαιτεί συντελεστή ισχύος:
Το L είναι το μονόδρομο μήκος σε km· τα R και X είναι σε Ω/km. Η συνήθης προσεγγιστική πτώση τάσης λειτουργίας είναι √3 IL(R cos φ + X sin φ), επομένως το μέτρο του ωμικού/επαγωγικού όρου δεν μπορεί να υπερβαίνει το √(R² + X²). Το όριο μας προϋποθέτει αντίσταση DC διορθωμένη στους 90 °C και ενδεικτική αντίδραση, επομένως δεν αποτελεί πρόβλεψη της πραγματικής πτώσης τάσης και δεν αντικαθιστά τα δεδομένα σύνθετης αντίστασης AC του κατασκευαστή και μια λεπτομερή μελέτη γραμμής.
Αν το συντηρητικό όριο πτώσης τάσης φτάνει την τάση του δικτύου, η αντίστοιχη διατομή εμφανίζεται ως «Μη εφικτό» και απορρίπτεται από τον προκαταρκτικό έλεγχο, αντί να εμφανίζεται ποσοστό μεγαλύτερο από 100%.
Στα 20 kV το ονομαστικό ρεύμα ΜΤ είναι μόλις 28,87 A, ενώ το Παράρτημα Β του IEC 60502-2 δίνει 172 A για μοντέλο μονοπολικού χάλκινου καλωδίου 35 mm², απευθείας θαμμένου στην καθορισμένη επίπεδη διάταξη (ένα τριπολικό καλώδιο ίδιας διατομής έχει χαμηλότερη τιμή: 153 A). Αυτή η τιμή είναι θερμική αναφορά και όχι έγκριση καλωδίου 35 mm² για την εγκατάσταση. Για παράδειγμα, καταπόνηση 12,5 kA για 1 s απαιτεί περίπου 87,4 mm² χαλκού στο απλοποιημένο αδιαβατικό μοντέλο προκαταρκτικού ελέγχου αγωγού φάσης, οπότε επιλέγεται 95 mm² από τον κατάλογο διαθέσιμων διατομών αναφοράς. Η θωράκιση και η πραγματική ονομαστική τιμή του καλωδίου εξακολουθούν να απαιτούν ξεχωριστή επαλήθευση.
Γιατί ένα καλώδιο πρέπει να αντέχει το ρεύμα βραχυκύκλωσης;
Σε βραχυκύκλωμα, το ρεύμα μπορεί να φτάσει πολλές χιλιάδες ampere, ακόμη και όταν το ρεύμα κανονικής λειτουργίας είναι μερικές εκατοντάδες ampere. Ο αγωγός πρέπει να αντέχει τη θερμική καταπόνηση μέχρι να διακόψει το σφάλμα ο διακόπτης, σύμφωνα με τον χρόνο λειτουργίας της προστασίας.
Για αγωγούς φάσης XLPE που θεωρείται ότι ξεκινούν από 90 °C και δεν υπερβαίνουν τους 250 °C, ένας συντηρητικός αδιαβατικός συντελεστής προκαταρκτικού ελέγχου είναι k = 143 A·√s/mm² για χαλκό και k = 94 A·√s/mm² για αλουμίνιο. Το μοντέλο θεωρεί σταθερή ενεργό τιμή (RMS) ρεύματος βραχυκυκλώματος για διάρκεια 0,2–5 s. Με I σε A, t σε s και S σε mm²:
Το ονομαστικό ρεύμα φορτίου είναι μόλις 28,87 A. Με ενδεικτική 10 kA, 1 s καταπόνηση σφάλματος φάσης, ο χάλκινος αγωγός χρειάζεται τουλάχιστον 69,93 mm² βάσει της αδιαβατικής εξίσωσης, επομένως το επόμενο μέγεθος στα δεδομένα μας είναι 70 mm² Cu. Αν η πραγματική καταπόνηση σφάλματος του δικτύου είναι 12,5 kA, 1 s, η απαίτηση γίνεται 87,41 mm² και επιλέγεται 95 mm² Cu. Ένας χάλκινος αγωγός XLPE 35 mm² αντέχει μόνο περίπου 5,01 kA για 1 s σε αυτό το μοντέλο.
Στα 10 kA για 1 s, το αλουμίνιο χρειάζεται τουλάχιστον 106,38 mm² και επιλέγεται 120 mm² από τον τρέχοντα πίνακά μας. Όλοι αυτοί οι έλεγχοι είναι προκαταρκτικοί και αφορούν μόνο τον αγωγό.
Από πού προκύπτουν τα 10 kA; Είναι μια βολική ενδεικτική ρύθμιση που συναντάται σε ορισμένες τεχνικές προδιαγραφές του ΔΕΔΔΗΕ για 20 kV — όχι πραγματικός εθνικός μέσος όρος ούτε κατ’ ανάγκη το αναμενόμενο επίπεδο σφάλματος στο σημείο σύνδεσης του έργου. Για παράδειγμα, ο Κώδικας Διαχείρισης του Ελληνικού Δικτύου Μη Διασυνδεδεμένων Νήσων δίνει τιμή σχεδιασμού 7,2 kA για συστήματα 20 kV εντός του πεδίου εφαρμογής του. Καμία από τις δύο τιμές δεν εφαρμόζεται καθολικά σε έργα ηπειρωτικής χώρας ή νησιών. Ο τελικός υπολογισμός πρέπει να χρησιμοποιεί το αναμενόμενο τριφασικό ρεύμα βραχυκύκλωσης που έχει προσδιοριστεί για τη συγκεκριμένη θέση (IEC 60909 / δεδομένα διαχειριστή δικτύου), μαζί με τις εφαρμοστέες συνθήκες διακοπής από την προστασία (ρεύμα και χρόνο), συμπεριλαμβανομένης της εφεδρικής προστασίας όπου απαιτείται. Μην αντικαθιστάτε το πραγματικό ρεύμα σφάλματος δικτύου με την ονομαστική ικανότητα διακοπής ενός διακόπτη.
Δείτε την τεχνική σημείωση της Prysmian για τη θερμική αντοχή αγωγού φάσης και μεταλλικής θωράκισης και την εξήγηση συντελεστών k βάσει IEC της Schneider Electric. Η κλιμάκωση με τετραγωνική ρίζα της διάρκειας και οι σταθερές παραδοχές k αποτελούν προκαταρκτικό μοντέλο θερμικού ελέγχου, όχι πλήρη υπολογισμό μεταβαλλόμενου I²t ή ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων.
Γιατί η μεταλλική θωράκιση χρειάζεται ξεχωριστό έλεγχο σφάλματος;
Η μεταλλική θωράκιση από χάλκινα σύρματα περιβάλλει τη μόνωση του καλωδίου και παρέχει ένα γειωμένο μεταλλικό περίβλημα (οθόνη). Ανάλογα με το δίκτυο και τη διάταξη γείωσης, μπορεί επίσης να αποτελεί μέρος της διαδρομής επιστροφής του ρεύματος σφάλματος προς γη. Για παράδειγμα, μια σήμανση όπως 1 × 150/25 mm² προσδιορίζει αγωγό φάσης 150 mm² και ξεχωριστή χάλκινη θωράκιση ονομαστικής διατομής 25 mm².
Η θερμική αντοχή αγωγού φάσης σε βραχυκύκλωμα και η αντοχή της θωράκισης σε σφάλμα προς γη είναι δύο διαφορετικοί υπολογισμοί. Ένα ρεύμα τριφασικού σφάλματος που εισάγεται για τον αγωγό δεν μπορεί απλώς να εφαρμοστεί στη θωράκιση. Η θωράκιση μπορεί να μοιράζεται το ρεύμα επιστροφής με άλλες συνδεδεμένες θωρακίσεις, αγωγούς γείωσης, οπλισμό και έδαφος, ανάλογα με τη διαμόρφωση του δικτύου.
Η κατασκευή της θωράκισης και η ονομαστική αντοχή της σε βραχυκύκλωμα από τον κατασκευαστή (ή επικυρωμένη θερμική σταθερά και διατομή), το αναμενόμενο ρεύμα σφάλματος προς γη, το ποσοστό που αναμένεται να διέλθει από κάθε θωράκιση, ο χρόνος διακοπής της προστασίας και το αν η θωράκιση είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένη/γειωμένη στο ένα ή και στα δύο άκρα (συμπεριλαμβανομένης τυχόν ειδικής διάταξης γείωσης).
Πρόκειται για ενδεικτική αδιαβατική σχέση προκαταρκτικού ελέγχου και όχι για ολοκληρωμένο υπολογισμό θωράκισης: η κατάλληλη τιμή k εξαρτάται από την κατασκευή της θωράκισης και τις επιτρεπόμενες θερμοκρασίες, ενώ πρέπει να προσδιοριστεί η πραγματική διαδρομή του ρεύματος. Στο KiloVolt, η επαλήθευση της μεταλλικής θωράκισης παραμένει σημειωμένη ως Απαιτείται ξεχωριστή μελέτη αντί να εμφανίζεται ψευδώς ως επιτυχής έλεγχος.
250 A, 20 kV, 100 m, χαλκός XLPE
Θεωρήστε τριφασικό ρεύμα σχεδιασμού 250 A, διαδρομή 100 m, απευθείας θαμμένα καλώδια σε επίπεδη διάταξη με αποστάσεις και τις ακριβείς συνθήκες εδάφους αναφοράς. Ο πρώτος αγωγός αναφοράς που μεταφέρει αυτό το κανονικό ρεύμα, πριν από τον έλεγχο αντοχής σε σφάλμα και την επαλήθευση των συνθηκών εγκατάστασης, είναι:
Μια ξεχωριστή πρακτική σύσταση απαιτεί επιπλέον 15% το επιτρεπόμενο ρεύμα:
Αυτά τα αποτελέσματα είναι αποτελέσματα προκαταρκτικού ελέγχου ρεύματος λειτουργίας υπό συνθήκες αναφοράς και υπολογίζονται σκόπιμα χωρίς τον έλεγχο σφάλματος, για να δείξουν γιατί το επιτρεπόμενο ρεύμα από μόνο του δεν επαρκεί. Το εργαλείο ξεκινά με ενδεικτική παραδοχή σφάλματος φάσης 10 kA / 1 s, επομένως το ελάχιστο μέγεθος που προκύπτει θα είναι γενικά μεγαλύτερο. Ο έλεγχος της μεταλλικής θωράκισης παραμένει σε εκκρεμότητα. Οι τελικές παράμετροι καλωδίου και οι συνθήκες πρέπει να επαληθευτούν πριν από την προμήθεια. Οι ενδείξεις «Επιτυχία ελέγχου αναφοράς» και «Επιτυχία ελέγχου ορίου» φέρουν σκόπιμα αυτή τη διευκρίνιση: σημαίνουν ότι ο έλεγχος πέρασε υπό τις δηλωμένες συνθήκες αναφοράς, όχι ότι το εγκατεστημένο καλώδιο έχει εγκριθεί.
Λάθη προς αποφυγή
Το επιτρεπόμενο ρεύμα αναφοράς για υπόγεια ταφή δεν είναι καθολική τιμή. Η θερμοκρασία και η ειδική αντίσταση του εδάφους, το βάθος ταφής και η διάταξη έχουν σημασία.
Τα τοιχώματα των σωλήνων και ο εγκλωβισμένος αέρας αλλάζουν την απαγωγή θερμότητας· χρησιμοποιήστε τη σωστή στήλη αναφοράς και την πραγματική κατασκευή σωλήνων.
Η θωράκιση έχει τη δική της κατασκευή και αντοχή σε σφάλμα προς γη. Η ικανότητά της δεν μπορεί να συναχθεί μόνο από τον αγωγό φάσης.
Η ακριβής πτώση τάσης ΜΤ απαιτεί αντίσταση και αντίδραση AC για το επιλεγμένο καλώδιο, τη διάταξη και τη διάταξη ηλεκτρικής σύνδεσης/γείωσης της μεταλλικής θωράκισης.
Η ίδια διατομή μεταφέρει λιγότερο ρεύμα ως ένα τριπολικό καλώδιο. Επιλέξτε τη διάταξη που θα εγκατασταθεί πραγματικά.
Μια γενική ονομαστική τιμή μοντέλου βάσει IEC δεν αποτελεί επαληθευμένη το επιτρεπόμενο ρεύμα για κάθε μάρκα καλωδίου και σχεδιασμό μανδύα.
Πρότυπα και δεδομένα πηγών
Αυτές οι πηγές εξηγούν τα δεδομένα αναφοράς και τα όρια του υπολογισμού. Συμβουλευτείτε τα εφαρμοστέα επίσημα πρότυπα και τον πραγματικό κατασκευαστή καλωδίου για τον τελικό τεχνικό σχεδιασμό.
Επίσημη δημοσίευση IEC → · Δημόσιος πίνακας αναφοράς χαλκού →
Επίσημες εξισώσεις επιτρεπόμενου ρεύματος και απωλειών καλωδίων →
Τεχνική σημείωση βραχυκυκλώματος Prysmian → · Συντελεστές k αγωγού βάσει IEC →
Επιτρεπόμενα ρεύματα και για τις τέσσερις διατάξεις → (αντίγραφο που φιλοξενείται από διανομέα· η έκδοση δεν αναφέρεται)
Οι πίνακες αναφοράς IEC 60502-2:2014 χρησιμοποιούνται ως περιορισμένο αριθμητικό σύνολο δεδομένων. Η τρέχουσα ενοποιημένη έκδοση IEC περιλαμβάνει τροποποιήσεις και διορθωτικά, επομένως ελέγξτε τα δεδομένα έναντι της τρέχουσας έκδοσης πριν βασιστείτε σε αυτά.