Medium-Voltage/Low-Voltage Aerial Insulated Cables Suppliers

Cunoașterea industriei

De ce cablurile izolate aeriene înlocuiesc conductoarele aeriene goale și ce necesită tranziția

Înlocuirea conductoarelor aeriene goale cu cablu aerian izolat s (AIC) în rețelele de distribuție este condusă de o combinație de factori de siguranță, fiabilitate și întreținere care se agravează semnificativ în medii specifice de instalare. Conductoarele goale pe stâlpi din lemn sau beton au fost tehnologia standard de distribuție aeriană de peste un secol, dar performanța lor în zone cu vegetație densă, medii de coastă și rețele urbane cu rată mare de defecțiuni au determinat adoptarea pe scară largă a alternativelor izolate începând cu anii 1970 în Scandinavia și adoptate progresiv în Asia, Africa și America Latină în deceniile următoare.

Avantajul tehnic principal al cablurilor aeriene izolate față de conductoarele goale este reducerea curentului de defect de la contactul conductor la conductor și de la conductor la arbore. O linie de distribuție goală de 11 kV care trece prin copaci necesită un coridor de degajare de 2–3 metri pe fiecare parte pentru a preveni contactul ramurilor sub sarcina vântului; un cablu de antenă izolat poate tolera contactul direct de ramificație fără inițierea defecțiunii, deoarece izolația rezistă la tensiunea de contact pe durata evenimentului de contact. Acest lucru permite reducerea lățimii dreptului de trecere cu 40–60%, reducând semnificativ costurile de defrișare a terenului și impactul asupra mediului în regiunile împădurite. Izolația nu oferă o toleranță permanentă la contact - presiunea susținută a ramurilor va rude în cele din urmă mantaua și va pătrunde în conductor - dar transformă defecțiunile instantanee potențial fatale în condiții de dezvoltare lentă gestionabile care pot fi detectate și curățate înainte de a deveni întreruperi.

Tranziția de la sistemele aeriene goale la cele izolate necesită modificări ale hardware-ului, practicii de instalare și coordonarea sistemului de protecție, care sunt adesea subestimate în planificarea proiectului. Fitingurile pentru stâlpii conductoare goale - izolatori cu cleme de sus, izolatori pentru bobină și feronerie pentru braț transversal - nu sunt compatibile cu instalarea AIC, care necesită sisteme de susținere a firului mesager, cleme elicoidale preformate, cleme de suspensie și cleme de tensiune proiectate pentru diametrul exterior specific al cablului și gradul de tensiune mecanică. Setările releului de protecție calibrate pentru curenții de defect al conductorului gol trebuie recalibrate pentru cablurile izolate, unde izolația întârzie dezvoltarea defecțiunilor, modificând profilul timp-curent văzut de releele de supracurent. Utilitarele care instalează conductori AIC pe hardware proiectat pentru conductoare goale sau care nu reușesc să ajusteze setările releului de protecție, se confruntă frecvent fie cu detectarea defecțiunilor ratate, fie declanșarea neplăcută în perioada de tranziție.

Designul firului de mesagerie în cablurile anterioare de joasă tensiune și efectul său asupra căderii și tensiunii

Cablurile aeriene de joasă tensiune grupate (ABC, de obicei 0,6/1 kV) sunt disponibile în două configurații mecanice: cu un fir mesager dedicat, gol sau izolat, care transportă întreaga sarcină mecanică a fasciculului și configurații autoportante în care unul dintre conductorii izolați servește ca neutru mecanic. Alegerea dintre aceste configurații are consecințe semnificative asupra capacității lungimii deschiderii, a tensiunii de instalare, a comportamentului la căderi în condiții de variație de temperatură și a fiabilității mecanice pe termen lung.

În ABC suportat de mesagerie, firul de mesagerie este de obicei un fir de oțel galvanizat sau un conductor de aluminiu armat cu oțel (ACSR) selectat independent de cerințele curentului electric. Mesagerul transportă sarcina catenară a întregului fascicul de cabluri, iar conductorii izolați atârnă de el folosind clemele sau mânerele preformate la intervale regulate - de obicei la fiecare 0,5-1,0 metri de-a lungul deschiderii. Designul mecanic al mesageriei este guvernat de durata maximă de proiectare a cablului, de condițiile de încărcare a vântului și de gheață aplicabile regiunii de instalare și de cota maximă admisă (care afectează distanța necesară înălțimii stâlpilor deasupra solului). Pentru o deschidere de 60 de metri într-o zonă de vânt moderat cu un pachet ABC cu 4 nuclee 4×70 mm², tensiunea mesagerului în condiții de sarcină maximă poate ajunge la 8–12 kN, necesitând o rezistență la rupere a mesagerului de cel puțin 24–36 kN cu un factor de siguranță de 3. conductoare) poate face ca fasciculul să intre în contact cu structurile sau vegetația sub înălțimea de proiectare.

ABC autoportant elimină mesagerul separat prin utilizarea conductorului neutru atât ca neutru electric, cât și ca purtător de sarcină mecanic. Conductorul neutru în această configurație trebuie să fie evaluat mecanic pentru sarcina catenară completă, ceea ce înseamnă că este adesea construit din ACSR (conductor de aluminiu armat cu oțel) sau din aliaj de aluminiu dur, mai degrabă decât din aluminiu recoapt utilizat în conductorii de fază. Tensiunea din conductorul neutru sub încărcare maximă de gheață și vânt trebuie să se încadreze în limita de tensiune nominală a conductorului, ceea ce constrânge intervalul maxim de atins. Pentru LV ABC autoportant, deschiderile maxime tipice variază de la 40 la 80 de metri, în funcție de dimensiunea conductorului și clasa de încărcare regională; dincolo de aceste travee, sunt necesari poli de susținere intermediari chiar dacă scăderea de tensiune peste trave ar permite o deschidere electrică mai lungă. Configurația autoportanta este mai simplu de instalat (nu este necesară instalarea separată a mesageriei), dar oferă mai puțină flexibilitate de proiectare decât sistemele suportate de mesagerie pentru geometrii neobișnuite de deschidere sau condiții grele de încărcare cu gheață.

Selectarea materialului de izolare pentru cablurile aeriene de medie tensiune în medii solicitante

Mediu-tensiune cablu aerian izolat s (de obicei 10–35 kV) funcționează în condiții de expunere susținută la UV, cicluri ample de temperatură și contact direct cu vremea - condiții care impun cerințe substanțial mai mari asupra performanței materialului de izolație decât mediul protejat al instalațiilor de cabluri subterane sau interioare. Izolația trebuie să ofere simultan o rezistență dielectrică adecvată pentru clasa de tensiune, să reziste la fotodegradare și oxidare termică pe o durată de viață de 30-40 de ani și să mențină o flexibilitate mecanică adecvată pentru instalare la temperaturi scăzute. Aceste cerințe indică mai degrabă sisteme de izolare cu polimeri reticulati decât materiale termoplastice.

XLPE (polietilenă reticulată) este materialul de izolare dominant pentru AIC de tensiune medie datorită combinației sale de rezistență dielectrică ridicată, constantă dielectrică scăzută, rezistență excelentă la UV cu negru de fum sau aditivi stabilizatori UV adecvați și o temperatură de 90°C continuu/250°C scurtcircuit. Spre deosebire de PE termoplastic, XLPE nu se înmoaie și nu curge sub sarcină mecanică susținută la temperaturi ridicate - o proprietate critică pentru cablurile aeriene care pot funcționa la temperaturi ridicate în condiții de sarcină maximă vara. Rețeaua de reticulare previne modificările dimensionale care altfel ar avea loc în PE drept peste temperatura sa de topire cristalină (~125°C), menținând geometria izolației și, prin urmare, impedanța caracteristică în toate condițiile de funcționare.

EPR (cauciuc etilenă propilenă) este utilizat în AIC de medie tensiune pentru aplicații care necesită o flexibilitate mai mare la temperaturi scăzute de instalare sau o rezistență inerent superioară la umiditate. Cablurile AIC izolate cu EPR rămân flexibile la –40°C și pot fi instalate și manipulate fără riscul de fisurare a izolației în medii arctice sau de mare altitudine, unde cablurile izolate cu XLPE devin periculos de fragile. Structura moleculară amorfă a EPR oferă, de asemenea, rezistență inerentă la arborerea apei fără pachetele de aditivi ignifugă necesari în XLPE - relevante pentru instalațiile AIC în medii de coastă cu umiditate ridicată, unde condensul de umiditate pe suprafața izolației este o condiție constantă. Compensația este constanta dielectrică mai mare a EPR (2,8–3,5 față de 2,3 pentru XLPE), care crește curentul de încărcare capacitiv al cablului - o considerație minoră la tensiune medie, dar relevantă pentru liniile de alimentare lungi din mediul rural, unde curentul de încărcare reprezintă o fracțiune măsurabilă a ampacității termice.

Mantaua exterioară a AIC de medie tensiune este un strat separat de polietilenă neagră sau HDPE, stabilizat la UV, aplicat peste izolație. Funcțiile primare ale jachetei sunt protecția UV (negru de fum în proporție de 2-3% în greutate asigură absorbție UV cu spectru larg), protecție mecanică împotriva abraziunii de la contactul cu ramurile și protecția ciocolui păsărilor - o problemă semnificativă în regiunile cu corvide mari sau papagali care ciugulesc izolația cablurilor. Duritatea mantalei și grosimea peretelui sunt specificate pentru a rezista atacului păsărilor; unele specificații AIC necesită o duritate Shore D minimă a mantalei de 50–55 și o grosime minimă a peretelui mantalei de 1,5–2,0 mm special pentru a aborda acest mod de defecțiune în regiunile geografice susceptibile.

Compararea construcțiilor de cabluri izolate aeriene de joasă tensiune și de medie tensiune

În timp ce atât de joasă tensiune, cât și de medie tensiune cablu aerian izolat sunt proiectate pentru servicii în aer liber, construcția lor diferă fundamental în mai mulți parametri determinati de diferitele clase de tensiune, cerințele de sarcină mecanică și mediile de instalare. Înțelegerea acestor diferențe ajută utilitățile și inginerii de proiect să facă specificații corecte și să evite aplicarea practicilor de cabluri de JT la instalațiile MT sau invers.

Cerința pentru conductori semiconductori și ecrane de izolare în AIC de medie tensiune este cea mai importantă diferență de construcție și este adesea înțeleasă greșit de echipele de achiziții familiarizate doar cu specificațiile cablurilor de joasă tensiune. Fără ecranul conductorului, câmpul electric de la suprafața unui conductor spiralat este foarte neuniform - concentrat la marginile și proeminențele de suprafață - și descărcarea parțială inițiază în aceste puncte de concentrare. Într-un cablu AIC de 10 kV, gradientul câmpului electric la o suprafață a conductorului neecranată poate fi de 5-10 ori mai mare decât câmpul mediu din izolație, depășind cu mult pragul de inițiere a descărcării parțiale al XLPE. Ecranul semiconductor omogenizează acest câmp prezentând o suprafață echipotențială netedă, continuă izolației, reducând câmpul de vârf la aproape valoarea medie. Omiterea sau aplicarea incorectă a ecranului conductorului pe un cablu AIC de medie tensiune - ceea ce nu se poate întâmpla pe un cablu de joasă tensiune deoarece cablurile LV nu au o astfel de cerință și etapa de construcție pur și simplu nu există - are ca rezultat degradarea indusă de descărcare parțială, care reduce durata de viață a cablului de la 30-40 de ani la potențial 3-5 ani.

Standarde de încărcare prin vânt și gheață pentru proiectarea mecanică a cablurilor aeriene: cum climatul regional guvernează selecția conductorilor

Proiectarea mecanică a cablurilor izolate aeriene — aliajul conductorului, secțiunea transversală, proiectarea toroanelor și evaluările hardware de suport — este guvernată de încărcarea combinată maximă de vânt și gheață pe care trebuie să o reziste cablul fără deformare permanentă sau defectare a firului. Diferitele standarde regionale definesc cazurile de încărcare de proiectare pe baza datelor climatice locale, iar selectarea unui design mecanic al cablului optimizat pentru un climat european temperat și instalarea acestuia într-un mediu canadian sau norvegian cu încărcare mare de gheață este o eroare sistematică de proiectare care are ca rezultat o înclinare excesivă, deconectare excesivă a conectorului sau defecțiune la oboseala conductorului în primii câțiva ani de funcționare.

Standardul IEC 60826 oferă cadrul pentru proiectarea mecanică a liniilor aeriene și definește trei niveluri de fiabilitate a încărcării (I, II, III) corespunzătoare perioadelor de revenire de 50, 150 și 500 de ani pentru evenimentul de vânt și gheață de proiectare. Majoritatea specificațiilor utilitarului de distribuție folosesc fiabilitatea de nivel I sau II. În cadrul IEC, încărcarea cu gheață este caracterizată de grosimea echivalentă a gheții pe conductor - de obicei 0 mm (fără gheață), 10 mm, 20 mm sau 30 mm - combinată cu o presiune simultană a vântului. Un manșon de gheață de 30 mm pe un conductor de 95 mm² adaugă aproximativ 2,5 kg/m de sarcină moartă conductorului; la o deschidere de 100 de metri, aceasta corespunde cu o greutate suplimentară de 250 kg de catenară pe care trebuie să o suporte conductorul și hardware-ul stâlpului. Tensiunea maximă a conductorului în această condiție, combinată cu tensiunea inițială de instalare, trebuie să rămână sub tensiunea zilnică nominală a conductorului (RET) - de obicei 20-25% din rezistența nominală la tracțiune (RTS) a conductorului pentru conductorii din aliaj de aluminiu din rețelele de distribuție.

Încărcarea vântului pe cablurile aeriene izolate diferă de încărcarea vântului pe conductoarele goale, deoarece diametrul exterior mai mare al unui cablu izolat prezintă o zonă de secțiune transversală mai mare față de presiunea vântului. Un conductor ACSR gol de 95 mm² are un diametru exterior de aproximativ 13,5 mm; același conductor izolat cu XLPE pentru serviciu de 10 kV poate avea un diametru exterior de 28–32 mm, producând mai mult de două ori forța de rezistență a vântului pe unitate de lungime. Furnizorii de cabluri care furnizează specificații mecanice bazate pe secțiunea transversală a conductorului fără a lua în considerare diametrul aerodinamic crescut al ansamblului de cabluri izolate vor subestima în mod sistematic sarcina de vânt proiectată, ceea ce poate duce la cabluri care depășesc tensiunea maximă zilnică în condiții de vânt proiectate chiar și fără încărcare cu gheață. Specificațiile de achiziție ar trebui să solicite în mod explicit ca calculul de proiectare mecanică să ia în considerare diametrul exterior total al cablului, nu doar proprietățile conductorului gol.

Selecția aliajului conductorului interacționează direct cu performanța de încărcare a gheții prin conceptul de fluaj. Conductoarele de aluminiu aflate sub tensiune susținută se confruntă cu o alungire dependentă de timp (fluaj), care este diferită de întinderea elastică - fluajul nu se recuperează atunci când sarcina este îndepărtată, determinând o creștere permanentă a căderii pe durata de viață. Aluminiul recoacet (utilizat în conductorii LV ABC pentru flexibilitate) are rate de fluaj semnificativ mai mari decât aliajul de aluminiu trasat dur (AAAC, AAAR) sub tensiune echivalentă. În regiunile predispuse la gheață, unde conductorii se confruntă periodic cu tensiuni mari în timpul evenimentelor de încărcare cu gheață, utilizarea conductorilor recoapți din aluminiu are ca rezultat creșterea progresivă a căderii în timp de 10-15 ani, care în cele din urmă încalcă cerințele de garda la sol. Specificarea conductoarelor din aliaj de aluminiu trase dur cu pretensionare la fluaj în timpul instalării este contramăsura standard de proiectare în regiunile cu încărcare regulată de gheață.

Îmbinarea și terminarea cablurilor aeriene izolate: practici care determină fiabilitatea pe termen lung

Îmbinările și terminațiile cablurilor aeriene izolate sunt din punct de vedere statistic cele mai comune locații pentru defecțiuni premature în rețelele aeriene de distribuție. Un cablu fabricat corespunzător, care îndeplinește toate specificațiile electrice și mecanice, poate deveni nefiabil printr-o singură îmbinare executată prost sau o terminare incorectă, iar într-o instalație deasupra capului, defecțiunile îmbinării de obicei duc la defecțiuni de circuit deschis care provoacă întreruperi, mai degrabă decât defecțiunile la pământ pe care releele de protecție a liniilor aeriene sunt optimizate pentru a le detecta și elimina rapid. Înțelegerea pașilor critici în îmbinarea și terminarea cablurilor aeriene explică de ce pregătirea și uneltele specializate nu sunt negociabile pentru aceste operațiuni.

Îmbinări de cabluri pentru antenele LV

Îmbinările ABC de joasă tensiune sunt realizate folosind conectori de perforare (numiți și conectori de perforare a izolației sau IPC) care se fixează pe cablul izolat fără a necesita îndepărtarea izolației. Corpul conectorului conține dinți perforatori din oțel inoxidabil care pătrund în izolație și intră în contact cu conductorul atunci când conectorul este strâns la valoarea specificată folosind un șurub cu cap de forfecare - șurubul se forfecă la un cuplu definit, oferind confirmarea tactilă că a fost atinsă forța de contact corectă și prevenind strângerea excesivă care ar putea deteriora firele conductorului. Corpul conectorului de perforare este auto-etanșat împotriva pătrunderii umezelii în jurul punctelor de penetrare. Parametrul critic de instalare este cuplul de forfecare - folosind o cheie standard și estimarea cuplului prin simțire produce îmbinări cu terminații inconsecvente care fie subcomprimă (rezistență mare de contact) fie supracompresează (deteriorarea firelor) la o rată mare. IPC-urile trebuie instalate cu o cheie dinamometrică calibrată sau cu driverul de limitare a cuplului proprietar furnizat de producătorul conectorului pentru seria de conectori specifică.

Îmbinări și terminații ale cablurilor aeriene MV

Mediu-tensiune AIC joints and terminations require restoration of each insulation layer in the correct sequence — conductor screen, insulation, insulation screen, metallic screen, and outer jacket — using materials that are electrically and mechanically compatible with the cable's original construction. Pre-formed cold-shrink or heat-shrink joint kits from reputable manufacturers provide calibrated material volumes and assembly sequences for specific cable families. The most critical step is the preparation of the insulation screen at the joint interface: the transition from screened to unscreened insulation must be smooth and gradual (typically a penciled taper of 15–25 mm length) to prevent field concentration at the screen cutback. An abrupt screen cutback — caused by using cutting tools that score the insulation surface or failing to taper the semiconductor layer — creates a triple point (conductor screen, insulation, and surrounding air meet at a single geometric point) where the electric field concentration can be 10–20 times the average field in the insulation, initiating partial discharge at operating voltage even when the rest of the joint is correctly assembled.

Terminațiile exterioare ale MV AIC sunt supuse urmăririi - formarea de căi conductoare de carbon de-a lungul suprafeței izolației cauzate de depunerea de poluare combinată cu umezirea periodică. Urmărirea se dezvoltă progresiv: arcul în bandă uscată la granițele zonelor umede și uscate de pe suprafața izolației generează suficientă energie pentru a carboniza suprafața izolației la nivel local, iar ciclurile repetate de arc extind calea carbonului către conductorul sub tensiune pe luni sau ani. Contramăsura standard este utilizarea truselor de terminație exterioare termocontractabile sau termocontractabile care încorporează o magazie din cauciuc siliconic cu rezistență ridicată la urmărire - o serie de nervuri în formă de umbrelă care măresc lungimea traseului de scurgere între conductorul alimentat și ecranul metalic împământat și aruncă ploaia pentru a preveni formarea continuă a straturilor de contaminare umedă. În mediile cu poluare ridicată (zone de coastă, zone industriale, regiuni deșertice cu praf alcalin), distanța de curgere necesară per kV de tensiune nominală crește dincolo de specificația standard IEC 60071, necesitând fie terminații mai lungi ale șopronului, fie un tratament cu grăsime siliconică anti-poluare a șopronelor de vreme.

Diferențele de coordonare pentru detectarea defecțiunilor și protecția dintre liniile aeriene goale și rețelele de cablu izolate prin aer

Conversia unei rețele de distribuție de la conductori aerian dezgolit în cabluri izolate aeriene modifică comportamentul defecțiunii rețelei în moduri care necesită modificări corespunzătoare ale setărilor releului de protecție, secvențelor de funcționare a reîncărcării și filozofiei de detectare a defecțiunilor. Utilitățile care instalează AIC fără a revizui și ajusta coordonarea protecției întâmpină frecvent perioade fie de detectare a defecțiunilor ratate (protecție care nu se declanșează pentru defecțiuni de înaltă impedanță care întârzie izolarea) sau funcționare neplăcută (protecție care interpretează greșit defecțiunile tranzitorii limitate de izolație ca defecțiuni permanente care necesită blocare).

Cea mai semnificativă schimbare este comportamentul defectelor de contact conductor-la-conductor și conductor-la-arbore. Pe o linie aeriană goală, un contact fază la fază de la galop indus de vânt sau de la o ramură de copac căzută creează o defecțiune cu șuruburi cu impedanță foarte scăzută - de obicei mai mică de 1 Ω rezistență la arc - producând curenți de defect care sunt ușor detectați de elementele de supracurent în milisecunde. Pe un cablu de antenă izolat, același contact creează un curent de defect care trebuie să circule prin rezistența de izolație și capacitatea cablului, mai degrabă decât direct între conductori. Pentru un contact proaspăt printr-o izolație nedeteriorată, curentul de defect poate fi de doar câțiva amperi - sub pragul de activare al releelor ​​de supracurent calibrate pentru defecțiuni ale conductorului gol. Izolația se degradează progresiv sub presiunea electrică susținută, iar curentul de defect crește în câteva minute până la ore până când atinge pragul de activare a releului. Această defecțiune întârziată înseamnă că o defecțiune care ar fi fost eliminată în 0,3 secunde pe o rețea de conductor liber poate dura 30-90 de minute pentru a se dezvolta la un nivel care declanșează releul pe o rețea de cablu izolată - potențial provocând degradarea susținută a izolației, încălzirea cablului și aprinderea unui incendiu în vegetația uscată unde se sprijină cablul.

Schimbarea adecvată a filozofiei de protecție pentru rețelele AIC implică completarea protecției standard la supracurent cu protecția împotriva defectului la pământ suficient de sensibilă pentru a detecta curenții de defect de nivel scăzut produși de defecțiunile de contact limitate de izolație. Releele sensibile de defect de pământ (SEF) cu praguri de preluare de 1–5 A (comparativ cu 10–50 A pentru protecția standard a defecțiunii la pământ pe rețelele cu conductoare goale) pot detecta curentul de scurgere inițial prin izolația deteriorată și pot declanșa alimentatorul înainte ca defecțiunea să se dezvolte până la ruperea completă a izolației. Compartimentul este sensibilitatea crescută la dezechilibrul normal al sistemului și la curenții armonici, ceea ce necesită setarea atentă a pragului releului SEF și coordonarea întârzierii timpului pentru a evita declanșarea neplăcută din cauza dezechilibrului de sarcină în rețelele rurale cu laterale lungi monofazate. Împământarea neutră a rețelei de medie tensiune – fie că este legată efectiv la pământ, cu împământare rezonantă (bobină Petersen) sau neutru izolat – determină atât magnitudinea curenților de defect la pământ, cât și sensibilitatea adecvată a releului SEF, făcând ca revizuirea filozofiei de protecție să fie inseparabilă de configurația sistemului de împământare atunci când treceți de la distribuția aeriană goală la cea izolată..