Mellanspänningskablar spelar en viktig roll i kraftdistributionssystemet, särskilt i ett land som Australien där energiefterfrågan ökar. Mellanspänningskablar används inte bara i stor utsträckning i stadsnät, industriella applikationer och förnybara energisystem, utan bär också viktiga kraftöverföringsuppgifter. När spännings- och effektkraven för kraftöverföring ökar, blir designkraven för kablar allt strängare, särskilt i utformningen av skärmskiktet.
Denna artikel kommer att undersöka på djupet skärmningsdesignkraven för australiensiska mellanspänningskablar, med fokus på skärmningsdesignkraven för 11kV kopparkablar, 5kV mellanspänningskablar, 35kV mellanspänningskablar och medelspänningsarmerade kablar och deras prestanda i praktiska tillämpningar.
1. Det skärmande lagrets roll
Mellanspänningskabelns skärmskikt har många nyckelfunktioner i kraftsystemet, främst inklusive:
Förhindra elektromagnetisk störning (EMI): Det skärmande lagret på mellanspänningskabeln kan effektivt minska effekten av elektromagnetisk störning på den omgivande utrustningen och miljön och säkerställa att kraftöverföringen inte störs av externt brus.
Skydda kabeln från den yttre miljön: Skärmskiktet kan skydda kabeln från mekanisk skada, kemisk korrosion, fukt, ultravioletta strålar och andra yttre faktorer i viss utsträckning.
Förhindra elektriska fel: Skärmskiktet kan effektivt sprida strömmen och förhindra strömläckage och elektriska fel (som kortslutning) från att skada kabeln och dess omgivande utrustning.
Förbättra kabelns mekaniska styrka: I vissa applikationer har skärmskiktet inte bara elektriska funktioner, utan åtar sig också de mekaniska funktionerna att förbättra kabelns kompressions-, spännings- och böjmotstånd.
2. Standarder och krav för mellanspänningskablar i Australien
I Australien måste utformningen och användningen av mellanspänningskablar uppfylla strikta nationella standarder och industrikrav, särskilt när det gäller design och materialval av skärmskiktet. Följande är flera viktiga designkrav och standarder:
AS/NZS 1429.1 standard
Den gemensamma australiensiska och Nya Zeelands standard AS/NZS 1429.1 är ett viktigt referensdokument för konstruktion och tillverkning av mellanspänningskablar. Denna standard specificerar de tekniska kraven för mellanspänningskablar, inklusive isolering, ledare, skärmskikt, yttre mantel och testning. Utformningen av skärmskiktet för mellanspänningskablar måste överensstämma med denna standard för att säkerställa säkerheten och tillförlitligheten för kablar under hög spänning.
Val av högkvalitativa skärmningsmaterial
Det skärmande lagret av australiska mellanspänningskablar använder vanligtvis metall (som koppar eller aluminium) och icke-metallmaterial (som ledande polymer). Metallskärmningsmaterial ger utmärkt elektromagnetisk skärmningsprestanda, medan ledande polymermaterial är mer lämpade för lättviktskablar eller applikationer med speciella krav på vikt.
Överensstämmelse med internationella certifieringar
Australiska mellanspänningskablar är vanligtvis utformade för att uppfylla internationella certifieringsstandarder som IEC (International Electrotechnical Commission) och UL (Underwriters Laboratories) för att säkerställa tillförlitligheten och säkerheten hos kablar över hela världen.
Krav på vattenbeständighet och korrosionsbeständighet
För mellanspänningskablar i vissa speciella miljöer (som läggning under jord, fuktig miljö eller marin miljö) måste skärmskiktets design också ha hög vattenbeständighet och korrosionsbeständighet för att förhindra att fukt och kemikalier tränger in i kabelns inre.
3. Utformning av skärmskikt av olika typer av mellanspänningskablar
Beroende på spänningsnivå, applikationsscenario och yttre miljö finns det många olika typer av mellanspänningskablar på den australiensiska marknaden, och varje typ av kabelskärmsskiktdesign har sina egna speciella krav.
1. 11kV kopparkabel
11kV kopparkabel används ofta i stadsnät, industrianläggningar och medelstora kraftöverföringssystem. Eftersom koppar har lägre motstånd och bättre konduktivitet använder 11kV kopparkablar vanligtvis kopparledare för att säkerställa lägre överföringsförluster.
Designkrav för skärmskikt: Skärmskiktet av kopparkablar består i allmänhet av kopparflätat nät eller aluminiumfolie. Kopparflätat nät har goda elektriska egenskaper och kan effektivt minska elektromagnetiska störningar. Aluminiumfolie används för att förbättra kabelns hållbarhet och mekaniska styrka.
Korrosions- och oxidationsbeständighet: Eftersom kopparledare lätt oxideras måste antioxidationsåtgärder vidtas i kopparkablars skärmskiktskonstruktion för att säkerställa att kopparmaterialet inte försämras när det utsätts för luften under lång tid.
2. 5kV mellanspänningskabel
5kV mellanspänningskablar används vanligtvis i små och medelstora kraftöverföringssystem, lämpliga för kommersiella byggnader, bostadsområden och vissa medel- och lågbelastningsscenarier.
Designkrav för skärmskikt: I 5kV mellanspänningskablar är skärmskiktet vanligtvis sammansatt av aluminiumfolie, kopparflätat nät eller ledande polymerskikt. Även om spänningen är låg behöver kabeln fortfarande ha en viss anti-elektromagnetisk störningsförmåga och elektrisk säkerhet. Skärmskiktet hos sådana kablar kräver i allmänhet inte för mycket skyddsfunktion, och fokuserar främst på undertryckning av elektromagnetisk störning.
Materialval: Skärmskiktsmaterialet i 5kV-kablar väljs vanligtvis från aluminiumfolie och polymermaterial eftersom de är lättare och har tillräcklig elektrisk skärmningsprestanda.
3. 35kV mellanspänningskabel
35kV mellanspänningskabel används främst för storskaliga kraftöverföringssystem och används ofta i industriområden, stora kommersiella byggnader och kraftsystem som kräver långdistanskraftöverföring.
Skärmningsdesignkrav: I 35kV mellanspänningskablar är skärmningsdesignen särskilt komplex och antar vanligtvis en flerskikts skärmningsstruktur. Detta inkluderar en yttre aluminiumfolieskärm, ett inre kopparflätat nät och ett ledande polymerskyddsmaterial. Flerskiktsskärmning kan inte bara effektivt undertrycka elektromagnetiska störningar, utan också förbättra kabelns förmåga att motstå mekanisk skada.
Vattenbeständighet och kemisk korrosionsbeständighet: 35kV-kablar används vanligtvis i tuffa miljöer. Skärmkonstruktionen måste ha egenskaperna vattenbeständighet, korrosionsbeständighet och kemisk beständighet för att säkerställa att kabeln kan fungera stabilt och långsiktigt i en fuktig eller kemiskt förorenad miljö.
4. Medelspänningsarmerad kabel
Medelspänningsarmerade kablar är konstruerade för att motstå höga mekaniska stötar och används ofta i miljöer som kräver extra skydd, till exempel under jord eller utsatta för områden med högt yttre tryck. Denna typ av kabel lägger till en metallmantel (vanligtvis ståltrådsfläta eller aluminiumlegeringsmaterial) på utsidan av skärmskiktet för att förbättra kabelns drag- och tryckhållfasthet.
Krav på skärmningsdesign: Förutom konventionell elektromagnetisk skärmning måste skärmningsskiktet på medelspänningskablar också ha ytterligare motstånd mot mekanisk skada. Mantelmaterial (som aluminiumfolie och ståltrådsfläta) ger skydd för att förhindra extern påverkan från att skada kabeln.
Högspännings- och miljöresistans: Eftersom medelspänningsarmerade kablar ofta används i tuffa miljöer måste skärmskiktet utformas för att ha en hög grad av högspänningsbeständighet samt UV- och korrosionsbeständighet.
4. Nyckelutmaningar vid design av skärmskikt
När ingenjörer utformar skärmskiktet för mellanspänningskablar måste ingenjörerna övervinna följande utmaningar:
Dämpning av elektromagnetisk störning (EMI).
Med den utbredda tillämpningen av kraftelektronisk utrustning ökar källorna till elektromagnetisk störning. Därför måste skärmskiktsdesignen för mellanspänningskablar vara tillräckligt effektiv för att förhindra externa elektromagnetiska vågor från att störa överföringen av effektsignaler.
Miljöanpassningsförmåga
Kabelns skärmskikt måste bibehålla god prestanda i extrema miljöer, såsom hög temperatur, låg temperatur, luftfuktighet eller hög korrosionsmiljö. Vid design, se till att valet av skärmskiktsmaterial kan anpassas till olika miljökrav.
Balans mellan mekaniskt skydd och elektriskt skydd
Skärmskiktet ska inte bara ha elektrisk isoleringsfunktion, utan även kunna motstå den mekaniska stöten och trycket från kabeln i faktisk tillämpning. Hur man balanserar dessa två behov är en viktig utmaning vid design av skärmskikt.