Kable średniego napięcia odgrywają kluczową rolę w systemie dystrybucji energii, szczególnie w kraju takim jak Australia, gdzie zapotrzebowanie na energię rośnie. Kable średniego napięcia są nie tylko szeroko stosowane w miejskich sieciach elektroenergetycznych, zastosowaniach przemysłowych i systemach energii odnawialnej, ale także realizują krytyczne zadania przesyłu energii. Wraz ze wzrostem wymagań dotyczących napięcia i mocy w transporcie mocy, wymagania projektowe dotyczące kabli stają się coraz bardziej rygorystyczne, zwłaszcza w zakresie projektowania warstwy ekranującej.
W tym artykule szczegółowo zbadamy wymagania projektowe ekranowania australijskich kabli średniego napięcia, koncentrując się na wymaganiach projektowych ekranowania kabli miedzianych 11 kV, kabli średniego napięcia 5 kV, kabli średniego napięcia 35 kV i kabli pancernych średniego napięcia oraz ich wydajności w praktycznych zastosowaniach.
1. Rola warstwy ekranującej
Warstwa ekranująca kabla średniego napięcia pełni w systemie elektroenergetycznym wiele kluczowych funkcji, do których zalicza się przede wszystkim:
Zapobieganie zakłóceniom elektromagnetycznym (EMI): Warstwa ekranująca kabla średniego napięcia może skutecznie zmniejszyć wpływ zakłóceń elektromagnetycznych na otaczający sprzęt i środowisko oraz zapewnić, że przenoszenie mocy nie będzie zakłócane przez szum zewnętrzny.
Chroń kabel przed środowiskiem zewnętrznym: Warstwa ekranująca może w pewnym stopniu chronić kabel przed uszkodzeniami mechanicznymi, korozją chemiczną, wilgocią, promieniami ultrafioletowymi i innymi czynnikami zewnętrznymi.
Zapobiegaj awariom elektrycznym: Warstwa ekranująca może skutecznie rozproszyć prąd i zapobiec upływowi prądu oraz awariom elektrycznym (takim jak zwarcia) przed uszkodzeniem kabla i otaczającego go sprzętu.
Zwiększ wytrzymałość mechaniczną kabla: W niektórych zastosowaniach warstwa ekranująca spełnia nie tylko funkcje elektryczne, ale także mechaniczne, poprawiając odporność kabla na ściskanie, rozciąganie i zginanie.
2. Normy i wymagania dotyczące kabli średniego napięcia w Australii
W Australii projektowanie i stosowanie kabli średniego napięcia musi spełniać rygorystyczne normy krajowe i wymagania branżowe, szczególnie w zakresie projektowania i doboru materiału warstwy ekranującej. Poniżej przedstawiono kilka kluczowych wymagań i standardów projektowych:
Norma AS/NZS 1429.1
Wspólna australijska i nowozelandzka norma AS/NZS 1429.1 jest kluczowym dokumentem referencyjnym dotyczącym projektowania i produkcji kabli średniego napięcia. W niniejszej normie określono wymagania techniczne dotyczące kabli średniego napięcia, w tym izolację, przewody, warstwy ekranujące, powłoki zewnętrzne i badania. Konstrukcja warstwy ekranującej kabli średniego napięcia musi być zgodna z tą normą, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność kabli pod wysokim napięciem.
Wybór wysokiej jakości materiałów ekranujących
Warstwa ekranująca australijskich kabli średniego napięcia zwykle wykorzystuje materiały metalowe (takie jak miedź lub aluminium) i niemetalowe (takie jak polimer przewodzący). Metalowe materiały ekranujące zapewniają doskonałą skuteczność ekranowania elektromagnetycznego, natomiast przewodzące materiały polimerowe są bardziej odpowiednie do lekkich kabli lub zastosowań o specjalnych wymaganiach dotyczących masy.
Zgodność z międzynarodowymi certyfikatami
Australijskie kable średniego napięcia są zwykle projektowane tak, aby spełniały międzynarodowe standardy certyfikacyjne, takie jak IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna) i UL (Underwriters Laboratories), aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo kabli na całym świecie.
Wymagania dotyczące wodoodporności i odporności na korozję
W przypadku kabli średniego napięcia w niektórych specjalnych środowiskach (takich jak układanie pod ziemią, środowisko wilgotne lub środowisko morskie) konstrukcja warstwy ekranującej musi również charakteryzować się wysoką wodoodpornością i odpornością na korozję, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci i chemikaliów do wnętrza kabla.
3. Projektowanie warstwy ekranującej różnych typów kabli średniego napięcia
W zależności od poziomu napięcia, scenariusza zastosowania i środowiska zewnętrznego na rynku australijskim istnieje wiele różnych typów kabli średniego napięcia, a każdy rodzaj konstrukcji warstwy ekranującej kabel ma swoje specjalne wymagania.
1. Kabel miedziany 11kV
Kabel miedziany 11kV znajduje szerokie zastosowanie w miejskich sieciach elektroenergetycznych, obiektach przemysłowych i średniej wielkości systemach przesyłu energii. Ponieważ miedź ma niższą rezystancję i lepszą przewodność, w kablach miedzianych 11 kV zwykle stosuje się przewody miedziane, aby zapewnić niższe straty przesyłowe.
Wymagania projektowe warstwy ekranującej: Warstwa ekranująca kabli miedzianych składa się zazwyczaj z siatki z oplotu miedzianego lub folii aluminiowej. Siatka z oplotu miedzianego ma dobre właściwości elektryczne i może skutecznie redukować zakłócenia elektromagnetyczne. Folia aluminiowa służy do poprawy trwałości i wytrzymałości mechanicznej kabla.
Odporność na korozję i utlenianie: Ponieważ przewody miedziane łatwo ulegają utlenieniu, przy projektowaniu warstwy ekranującej kabli miedzianych należy zastosować środki przeciwutleniające, aby zapewnić, że materiał miedziany nie ulegnie zniszczeniu pod wpływem długotrwałego wystawienia na działanie powietrza.
2. Kabel średniego napięcia 5kV
Kable średniego napięcia 5 kV są zwykle stosowane w małych i średnich systemach przesyłowych mocy, odpowiednie dla budynków komercyjnych, obszarów mieszkalnych oraz niektórych scenariuszy zapotrzebowania na moc przy średnim i niskim obciążeniu.
Wymagania projektowe warstwy ekranującej: W kablach średniego napięcia 5 kV warstwa ekranująca składa się zwykle z folii aluminiowej, siatki z oplotu miedzianego lub przewodzącej warstwy polimerowej. Chociaż napięcie jest niskie, kabel nadal musi wykazywać pewną odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i bezpieczeństwo elektryczne. Warstwa ekranująca takich kabli na ogół nie wymaga zbyt dużej funkcji ochronnej, a skupia się głównie na tłumieniu zakłóceń elektromagnetycznych.
Wybór materiału: Materiał warstwy ekranującej kabli 5 kV jest zwykle wybierany spośród folii aluminiowej i materiałów polimerowych, ponieważ są one lżejsze i mają wystarczającą skuteczność ekranowania elektrycznego.
3. Kabel średniego napięcia 35kV
Kabel średniego napięcia 35 kV jest stosowany głównie w dużych systemach przesyłu energii i jest szeroko stosowany w obszarach przemysłowych, dużych budynkach komercyjnych i systemach elektroenergetycznych wymagających przesyłu energii na duże odległości.
Wymagania dotyczące projektu ekranowania: W kablach średniego napięcia 35 kV konstrukcja ekranowania jest szczególnie złożona i zwykle przyjmuje wielowarstwową strukturę ekranowania. Obejmuje to zewnętrzną osłonę z folii aluminiowej, wewnętrzną siatkę z plecionki miedzianej i przewodzący polimerowy materiał ekranujący. Wielowarstwowe ekranowanie może nie tylko skutecznie tłumić zakłócenia elektromagnetyczne, ale także zwiększać odporność kabla na uszkodzenia mechaniczne.
Wodoodporność i odporność na korozję chemiczną: kable 35 kV są zwykle używane w trudnych warunkach. Konstrukcja ekranująca musi charakteryzować się wodoodpornością, odpornością na korozję i odpornością chemiczną, aby zapewnić stabilną i długoterminową pracę kabla w wilgotnym lub zanieczyszczonym chemicznie środowisku.
4. Kabel pancerny średniego napięcia
Kable pancerne średniego napięcia są zaprojektowane tak, aby były odporne na duże wstrząsy mechaniczne i często są stosowane w środowiskach wymagających dodatkowej ochrony, takich jak układanie pod ziemią lub narażenie na obszary o wysokim ciśnieniu zewnętrznym. Ten typ kabla dodaje metalową osłonę (zwykle oplot z drutu stalowego lub materiał ze stopu aluminium) na zewnątrz warstwy ekranującej, aby poprawić wytrzymałość kabla na rozciąganie i ściskanie.
Wymagania konstrukcyjne ekranu: Oprócz konwencjonalnego ekranowania elektromagnetycznego, warstwa ekranująca kabli pancernych średniego napięcia musi również wykazywać dodatkową odporność na uszkodzenia mechaniczne. Materiały osłony (takie jak folia aluminiowa i oplot z drutu stalowego) zapewniają ochronę przed uszkodzeniem kabla przez uderzenia zewnętrzne.
Odporność na wysokie napięcie i warunki środowiskowe: Ponieważ kable pancerne średniego napięcia są często stosowane w trudnych warunkach, warstwa ekranująca musi być zaprojektowana tak, aby charakteryzowała się dużą odpornością na wysokie napięcie, a także promieniowaniem UV i korozją.
4. Kluczowe wyzwania w projektowaniu warstwy ekranującej
Projektując warstwę ekranującą kabli średniego napięcia, inżynierowie muszą stawić czoła następującym wyzwaniom:
Tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).
Wraz z powszechnym stosowaniem sprzętu energoelektronicznego wzrasta liczba źródeł zakłóceń elektromagnetycznych. Dlatego konstrukcja warstwy ekranującej kabli średniego napięcia musi być na tyle skuteczna, aby zapobiec zakłócaniu zewnętrznych fal elektromagnetycznych w transmisji sygnałów mocy.
Możliwość dostosowania do środowiska
Warstwa ekranująca kabla musi wykazywać dobrą wydajność w ekstremalnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, niska temperatura, wilgotność lub środowisko o wysokiej korozji. Podczas projektowania należy upewnić się, że wybór materiałów warstwy ekranującej może dostosować się do różnych wymagań środowiskowych.
Równowaga pomiędzy ochroną mechaniczną a ochroną elektryczną
Warstwa ekranująca musi nie tylko spełniać funkcję izolacji elektrycznej, ale także być w stanie wytrzymać uderzenia mechaniczne i nacisk kabla w rzeczywistym zastosowaniu. Zrównoważenie tych dwóch potrzeb jest ważnym wyzwaniem w projektowaniu warstwy ekranującej.