XLPE 絶縁電源ケーブル: 定格とテスト

定格電圧と絶縁レベル

XLPE絶縁電源ケーブル are manufactured to defined voltage classes that specify the phase-to-phase and phase-to-ground withstand capabilities. The most common medium-voltage designations under IEC 60502-2 are 6/10 kV, 8.7/15 kV, 12/20 kV, and 18/30 kV, where the first figure represents the rated phase-to-ground voltage and the second the rated phase-to-phase voltage. A cable designated 8.7/15 kV must withstand a power-frequency test voltage of 30.5 kV 5分間 工場の受け入れテスト中に、押し出された断熱層の完全性を検証します。

正しい電圧定格を選択するには、ケーブルをシステムの最大連続動作電圧および予想される地絡継続時間に適合させる必要があります。地絡が 1 秒以内に解消される 12 kV システムの場合、過渡過電圧を考慮すると 6/10 kV ケーブルのサイズが小さくなる可能性があります。絶縁体の厚さは電圧クラスに応じて変化します。典型的な 15 kV XLPE 絶縁電力ケーブルの特徴 4.5 mmのXLPE絶縁体 、一方、35 kV ケーブルではこれが約 8.4mm 。この追加の厚さは、ケーブル全体の直径、曲げ剛性、および取り付け時に必要な引張り張力の計算に直接影響します。

電流容量とディレーティング係数

XLPE 絶縁電源ケーブルの電流容量は、単一の固定された数値ではありません。これは、設置方法、周囲温度、土壌の熱抵抗率、および隣接する回路の近さに基づいて変化します。直接埋設用に定格された 3 芯 240 mm² 銅 XLPE ケーブルは、 導体温度 90°C で 480A しかし、ケーブルが他の 4 つの負荷回路を備えたダクトバンクに設置され、土壌熱抵抗率が想定の 1.0 K·m/W ではなく 1.2 K·m/W になると、この数値は大幅に低下します。

以下の表は、IEC 60364-5-52 ガイドラインに基づいて、さまざまな構成で設置された XLPE 絶縁電源ケーブルに適用される一般的なディレーティング係数を示しています。

複数のディレーティング要因の累積的な影響は相乗的に影響します。地表温度が上昇した 4 回路ダクトバンク内のケーブルでは、実効電流容量が次のように低下する可能性があります。 270A以下 、フリーエア評価のわずか半分です。セメント結合砂やダクトバンクを囲む特別に設計されたグラウトなど、抵抗率の低い熱埋め戻し材は、導体断面積を大きくすることなく損失容量を回復するための重要な緩和手段となります。

取り付け公差と引っ張り限界

XLPE 絶縁電力ケーブルを現場で設置するには、最小曲げ半径と最大引張張力を厳守する必要があります。単芯 XLPE ケーブルの設置時の最小曲げ半径は通常、 ケーブル全体の直径の 15 倍 、3 芯ケーブルの場合は 12 倍に増加します。この半径を超えると、XLPE 絶縁構造に不可逆的な損傷が生じます。内側の半径が圧縮される一方、外側の半径は伸びるため、動作電圧下で部分放電サイトに発展するマイクロボイドが生成される可能性があります。

引っ張り張力制限により、ケーブル敷設中の導体と絶縁体が機械的損傷から保護されます。銅導体 XLPE ケーブルの最大引っ張り張力は次を超えてはなりません 導体断面積 1 平方ミリメートルあたり 50 N 。 300 mm² の銅導体の場合、これは許容引っ張り力 15,000 N に相当します。この張力は、導管の各曲がり部分での摩擦の増加を含め、計画された牽引経路全体に沿って計算する必要があります。 XLPE ジャケット素材と互換性のあるケーブル潤滑剤 (通常はベントナイトまたはポリマーベースのゲル) は、摩擦係数を約 0.25～0.35 、必要な引っ張り力を大幅に軽減します。ケーブルが電線管の曲がりの内側にかかる側壁の圧力もチェックする必要があります。通常の制限は次のとおりです。 曲げ半径 1 メートルあたり 1,500 N XLPEケーブルの場合は絶縁体の変形を防ぎます。

終了と結合の慣行

XLPE 絶縁電源ケーブルが開閉装置に接続されている箇所、または他のケーブル セクションに接続されている箇所は、ネットワーク内で統計的に最も高い障害箇所を表します。適切に実行された終端処理により、工場で適用された絶縁スクリーンが提供する電気的ストレス制御が再構築されます。スクリーンのカットバック ポイントは高い電気的ストレスの領域を作成し、ストレス コントロール チューブまたは幾何学的なストレス コーンは、この電位を導体電圧から接地電位まで終端長に沿って滑らかに段階的に変化させる必要があります。

15 kV XLPE ケーブルの熱収縮結線には、入念な準備が必要です。外側のジャケットを取り外して金属シールドを露出させ、シールドを指定の寸法に切断し、絶縁スクリーンを剥がしてきれいな XLPE を露出させ、絶縁表面を結線メーカーが指定する研磨グリットで滑らかに研磨します。スクリーンの取り外し時に不注意にナイフで切ったために XLPE 表面に残った傷跡は、部分放電の開始点になります。応力制御マスチックまたはチューブは、メーカーが指定した距離だけスクリーンの端と重なる必要があります。通常、 15mm～25mm 、電気力線が表面を追跡することなくスムーズに屈折することを保証します。取り付け後、導体のクラスと断面に適合する六角ダイスを使用して終端ラグを圧着し、ラグ バレルと銅より線の間に気密冷間溶接を達成するために十分な圧縮を加える必要があります。

フィールドテストと試運転

設置後、通電前の XLPE 絶縁電源ケーブルのテストは、製造上の欠陥、輸送による損傷、および終端エラーを検出する最終的な関門です。新しい中電圧 XLPE 回路に対して認められた試運転テストは、 0.1 Hz の非常に低い周波数の正弦波波形 、30〜60分間適用されます。相対地間定格が 8.7 kV の 15 kV ケーブルの場合、VLF テスト電圧は通常次のように設定されます。 2.0～3.0U₀ 、約 18 kV ～ 26 kV のピークに相当します。

かつて標準的に行われていた DC 高電位試験は、XLPE 絶縁電源ケーブルでは廃止されました。これは、絶縁体に空間電荷が蓄積し、ケーブルが AC に再接続された後に使用中の障害が発生する可能性があるためです。 VLF テストは、複数の電圧ステップでのタンデルタ測定と組み合わせて、診断のベースラインを提供します。新品の健全な XLPE ケーブルは、以下のタンデルタ値を示す必要があります。 0.2×10⁻³ 電圧ステップ間の変動が最小限に抑えられます。このしきい値を超えるタンデルタ、または連続する電圧レベル間の段階的な変化の増加を示すケーブルは、汚染、湿気の侵入、または押し出し欠陥を示しており、回路を使用する前に調査し、ケーブルを交換する可能性があります。

長期の老化と状態の監視

XLPE 絶縁は 2 つの主なメカニズムを通じて劣化します。1 つは 90°C 限界付近での継続的な動作による熱老化、もう 1 つは湿気と電気的ストレスの存在下での水トリーの成長です。最新の XLPE コンパウンドには水トリー遅延添加剤が組み込まれていますが、1990 年代にこれらの配合物が広く採用される前に製造されたケーブルは依然として脆弱です。状態監視プログラムでは、部分放電マッピングと誘電分光法を使用して、老朽化し​​た XLPE 絶縁電源ケーブルを故障前に特定します。

部分放電測定は、終端に容量性結合器を使用するか、ケーブルのアース接続の周囲に高周波変流器を使用して実行され、見かけの電荷の大きさが次のような低い放電を検出します。 5～10ピコクーロン 。動作電圧の 1.3 倍を下回る部分放電開始電圧を示すケーブルは、今後 1 ～ 3 年以内に障害が発生する可能性が高い状態に近づいています。重要な回路の場合、開閉装置の終端に恒久的に設置されたオンライン部分放電監視システムは、XLPE 絶縁電源ケーブルの状態を継続的に監視し、放電活動の規模や繰り返し率が変化するとアラームをトリガーします。このデータにより、資産管理者は、生産やサービスの提供を中断する緊急障害に対応するのではなく、ケーブル交換のための計画停止をスケジュールすることができます。