สายเคเบิลใต้ดินแรงสูง: การออกแบบ การเลือก และคู่มือการติดตั้ง

โครงการป้อนใต้ดินทุกโครงการดูเหมือนจะเริ่มต้นด้วยภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกเดียวกัน: วิธีติดตั้งวงจรที่มีความจุเพียงพอในเส้นทางที่ไม่เคยออกแบบมาสำหรับร่องสายเคเบิล สายเคเบิลใต้ดินแรงดันสูง 33 kV หรือ 35 kV สามารถแก้ปัญหาดังกล่าวได้ แต่จะเลือกเฉพาะเมื่อเลือกขนาดตัวนำ ฉนวน เปลือก และวิธีการติดตั้งเป็นระบบเดียว แทนที่จะเป็นส่วนประกอบแยกกัน คู่มือนี้จะอธิบายสิ่งที่ทำให้สายไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินแตกต่างจากสายเหนือศีรษะ ระดับแรงดันไฟฟ้าและฉนวนส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร และสิ่งที่ต้องตรวจสอบระหว่างข้อกำหนดเฉพาะและการติดตั้ง

สิ่งที่นับเป็นสายเคเบิลใต้ดินไฟฟ้าแรงสูง?

สายเคเบิลใต้ดินไฟฟ้าแรงสูงเป็นสายเคเบิลที่ประกอบจากโรงงานซึ่งทำงานที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสต่อเฟสที่สูงกว่า 1 kV และมีไว้สำหรับการติดตั้งใต้พื้นดิน ในข้อกำหนดด้านสาธารณูปโภคจำนวนมาก คำเดียวกันนี้ครอบคลุมสายเคเบิลตั้งแต่ 6 kV ถึง 35 kV เนื่องจากมีเทคโนโลยีฉนวน XLPE เดียวกันและระบบอุปกรณ์เสริมที่คล้ายกัน สายเคเบิลไม่ใช่ตัวนำเดี่ยว เป็นโครงสร้างหลายชั้นที่ประกอบด้วยตัวนำทองแดงหรืออะลูมิเนียมตีเกลียว ตะแกรงตัวนำ ฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง ตะแกรงฉนวน ตะแกรงโลหะ และเปลือกนอก

แต่ละชั้นทำหน้าที่ที่แตกต่างกัน ตะแกรงกึ่งตัวนำจะกระจายสนามไฟฟ้าและระงับการปล่อยประจุบางส่วน หน้าจอโลหะนำกระแสไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟและกระแสฟอลต์และให้การป้องกัน เปลือกนอกป้องกันความชื้นและความเสียหายทางกลให้ห่างจากฉนวน สำหรับตัวป้อนส่งย่อย XLPE เป็นฉนวนหลักเนื่องจากสามารถรักษาอุณหภูมิตัวนำต่อเนื่องที่ 90 °C และอุณหภูมิลัดวงจรสูงถึง 250 °C

สายไฟหุ้มฉนวน XLPE ขนาด 3.6/6kV ถึง 26/35kV สายเคเบิล XLPE แรงดันไฟฟ้าปานกลางนี้เหมาะกับเครื่องป้อนใต้ดินซึ่งความยืดหยุ่นต่อความชื้น ความร้อน และความเครียดทางกลเป็นสิ่งสำคัญ ฉนวนเชื่อมขวางรองรับการทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 90°C และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบโครงข่ายในเมืองและการจ่ายพลังงานทางอุตสาหกรรม ดูผลิตภัณฑ์ →

เหตุใดจึงเลือกระบบใต้ดินสำหรับวงจรไฟฟ้าแรงสูง

การติดตั้งใต้ดินจะถูกเลือกเมื่อทางด้านขวาของทางมีจำกัด เมื่อเส้นเหนือศีรษะไม่เป็นที่ยอมรับทั้งทางสายตาหรือสิ่งแวดล้อม หรือเมื่อเส้นทางผ่านใต้ถนน แม่น้ำ อาคาร หรือทางเดินในสนามบิน เมื่อฝังไว้แล้ว สายเคเบิลจะได้รับการปกป้องเป็นส่วนใหญ่จากฟ้าผ่า ลม น้ำแข็ง และการควบตัวนำ นั่นแปลว่าการหยุดทำงานที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศน้อยกว่าเส้นเหนือศีรษะ

วงจรใต้ดินก็มีข้อเสียเช่นกัน การก่อสร้างมีราคาแพงกว่า ตรวจพบข้อผิดพลาดได้ยากกว่า และซ่อมแซมช้ากว่า การกระจายความร้อนยังถูกจำกัดโดยดินและวัสดุทดแทน สายเคเบิลที่รองรับกระแสไฟ 600 A ในอากาศอิสระอาจถูกจำกัดไว้ที่ 450 A เมื่อฝังในดินแห้งโดยไม่มีแผ่นรองระบายความร้อนพิเศษ ดังนั้น ความครอบคลุมที่แท้จริงของสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินจึงถูกกำหนดโดยสภาพแวดล้อมในการติดตั้ง ไม่ใช่ตามขนาดตัวนำเพียงอย่างเดียว

คลาสแรงดันไฟฟ้าและการใช้งานทั่วไป

การเลือกแรงดันไฟฟ้าเป็นขั้นตอนแรกในข้อมูลจำเพาะของสายเคเบิล สำหรับเครือข่ายการจำหน่ายใต้ดิน แรงดันไฟฟ้าพิกัดทั่วไปคือ 6/1 กิโลโวลต์, 12/20 กิโลโวลต์, 18/30 กิโลโวลต์ และ 26/35 กิโลโวลต์ ตารางด้านล่างสรุปบทบาททั่วไป

ในทางปฏิบัติ สายเคเบิล 6/1 kV อาจจ่ายไฟให้กับอาคารอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ในขณะที่สายเคเบิล 26/35 kV อาจส่งพลังงานไปยังสถานีย่อยในเมืองที่มีผู้คนพลุกพล่านจากจุดจ่ายไฟจำนวนมาก สำหรับวิศวกรโครงการ การจับคู่แรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลกับสภาวะข้อผิดพลาดในการลงกราวด์ของระบบถือเป็นสิ่งสำคัญ ค่า U0 ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำและตัวกรอง ต้องครอบคลุมระยะเวลาสูงสุดของข้อผิดพลาดระหว่างสายดินถึงดิน

สายไฟหุ้มฉนวน XLPE 0.6 / 1kV สำหรับการจำหน่าย สายเคเบิล XLPE แรงดันต่ำนี้เหมาะสำหรับการจ่ายไฟในอาคาร โรงงานอุตสาหกรรม และการฝังศพโดยตรง ให้ความจุกระแสไฟสูงกว่าและสมรรถนะทางกลดีกว่าทางเลือกอื่นที่หุ้มฉนวน PVC ทำให้เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับเครือข่ายการกระจายสินค้าสมัยใหม่ ดูผลิตภัณฑ์ →

รายละเอียดการก่อสร้างที่ส่งผลต่อชีวิตใต้ดิน

เมื่อเลือกระดับแรงดันไฟฟ้าแล้ว การออกแบบทางกายภาพของสายเคเบิลจะเริ่มมีความสำคัญ สำหรับงานใต้ดิน รายละเอียดการก่อสร้างสี่ประการสมควรได้รับความสนใจ:

• ตัวนำตีเกลียวขนาดกะทัดรัด – ลดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและช่วยให้รัศมีโค้งงอแคบลง
• ฉนวน XLPE อัดรีดสามชั้น – ใช้ร่วมกับตะแกรงตัวนำและฉนวนบนเส้นอัดรีดเดียวกัน ลดการปนเปื้อนและช่องว่างให้เหลือน้อยที่สุด
• การออกแบบหน้าจอเมทัลลิก – ตะแกรงลวดทองแดงปิดง่ายกว่าและทนต่อการลัดวงจรได้ดีกว่าเทปทองแดงบาง
• วัสดุเปลือกนอก – PE มีความเหนียวและทนความชื้น พีวีซีมีพฤติกรรมหน่วงไฟ จำเป็นต้องมีสารประกอบป้องกันปลวกและสัตว์ฟันแทะชนิดพิเศษในพื้นที่ชนบทหรือเขตร้อนซึ่งมีความเสี่ยงต่อการโจมตีทางชีวภาพ

น้ำเข้าเป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของสายเคเบิลใต้ดิน ความชื้นรวมกับความเครียดทางไฟฟ้าทำให้เกิดต้นไม้น้ำใน XLPE ซึ่งสามารถเติบโตได้นานหลายปีและทำให้เกิดการพังทลายในที่สุด นั่นคือเหตุผลที่ระบบสาธารณูปโภคหลายแห่งต้องการแผงกั้นน้ำในแนวรัศมี หรืออย่างน้อยก็มีปลอกกั้นน้ำสำหรับวงจรฝังโดยตรง

สายไฟทนปลวกและหนู สายเคเบิลนี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยวัสดุเปลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อต้านทานความเสียหายทางชีวภาพจากปลวกและสัตว์ฟันแทะ ทำให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาวในสภาพแวดล้อมใต้ดินหรือเหนือศีรษะที่รุนแรง เลือกการป้องกันปลวก การป้องกันสัตว์ฟันแทะ หรือการป้องกันแบบผสมผสาน ดูผลิตภัณฑ์ →

แนวทางการติดตั้งและการป้องกัน

แม้จะสร้างมาอย่างดีก็ตาม สายไฟฟ้าแรงสูงใต้ดิน อาจล้มเหลวได้อย่างรวดเร็วหากติดตั้งไม่ดี การติดตั้งที่น่าเชื่อถือที่สุดเป็นไปตามหลักปฏิบัติพื้นฐานบางประการ:

• วางสายเคเบิลไว้ในร่องที่มั่นคงโดยมีด้านล่างเป็นตะแกรงเรียบ
• ใช้วัสดุรองพื้นที่มีความต้านทานความร้อนต่ำ เช่น ทรายหรือคอนกรีตไร้มัน
• รักษารัศมีการโค้งงอขั้นต่ำที่ต้องการเมื่อดึงตาและข้อต่อ
• จำกัดความตึงในการดึงโดยใช้ด้ามจับการดึงและลูกกลิ้งสายเคเบิลที่เหมาะสม
• ปิดวงจรด้วยกระเบื้องป้องกัน เทปคำเตือน หรือทั้งสองอย่าง
• บันทึกเส้นทางและความลึกที่แน่นอนสำหรับการขุดค้นในอนาคต

มาตรการดังกล่าวจำกัดความเครียดทางกล ปรับปรุงการกระจายความร้อน และลดโอกาสที่จะเกิดความเสียหายจากการขุดค้นโดยบุคคลที่สาม ซึ่งยังคงเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของสายเคเบิลใต้ดินในหลายเครือข่าย

การทดสอบและการประกันคุณภาพ

การทดสอบเริ่มต้นที่โรงงานและดำเนินต่อไปจนกระทั่งสายไฟได้รับการจ่ายไฟ สำหรับสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินที่มีฉนวน XLPE ช่วงของการทดสอบจะรวมถึงการทดสอบตามปกติในทุกความยาวการผลิต การทดสอบตัวอย่างในเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของคำสั่งซื้อ และการทดสอบประเภทที่พิสูจน์การออกแบบ การวัดการปล่อยประจุบางส่วนมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากแม้แต่ช่องว่างเล็กๆ ในฉนวนก็สามารถทำให้เกิดการพังทลายระหว่างการทำงานได้

หลังการติดตั้ง อาจจำเป็นต้องมีการทดสอบความทนทานต่อ VLF หรือ DC การทดสอบ VLF เป็นที่นิยมสำหรับสาย XLPE สมัยใหม่ เนื่องจากจะเน้นฉนวนในลักษณะที่ใกล้เคียงกับสภาพการใช้งานมากขึ้น โดยไม่ทำให้สายเสียงเสียหาย การทดสอบไซต์มักจะขยายไปถึงข้อต่อและการยุติ เนื่องจากอุปกรณ์เสริมเหล่านี้เป็นจุดอ่อนที่พบบ่อย

เจ้าของและผู้รับเหมาควรขอเอกสารผลการทดสอบและตรวจสอบว่าผู้ผลิตสายเคเบิลมีใบรับรองที่เกี่ยวข้องหรือไม่ บุคคลที่สาม การรับรองผลิตภัณฑ์ และการรับรองระบบ เช่น ISO 9001 ถือเป็นพื้นฐานที่เป็นประโยชน์ในการประเมินซัพพลายเออร์

การเลือกสายเคเบิลและซัพพลายเออร์ที่เหมาะสม

การเลือกสายไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินถือเป็นการบริหารความเสี่ยง ขั้นตอนแรกคือการรวบรวมพารามิเตอร์ของระบบ: แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ระดับความผิดปกติ โหลดที่คาดหวัง อุณหภูมิดินโดยรอบ ความต้านทานความร้อน และความยาวเส้นทาง จากนั้นเปรียบเทียบตัวเลือกวัสดุตัวนำ: ทองแดงเพิ่มความทึบสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเดียวกันแต่เพิ่มต้นทุน อลูมิเนียมมีน้ำหนักเบากว่าและมีต้นทุนต่ำกว่า แต่ต้องมีหน้าตัดที่ใหญ่กว่าเพื่อความทึบเท่ากัน

ปัจจัยอื่นๆ ได้แก่ วัสดุเปลือกหุ้ม การมีอยู่ของชั้นปิดกั้นน้ำ บรรจุภัณฑ์สายเคเบิลและความยาวของดรัม และความสามารถของผู้ผลิตในการส่งมอบความยาวต่อเนื่องที่ยาวนานเพื่อลดข้อต่อให้เหลือน้อยที่สุด สายเคเบิลที่มีข้อต่อน้อยกว่าหนึ่งจุดสามารถลดเวลาในการติดตั้งและจุดความล้มเหลวในอนาคตได้ คุณยังต้องการยืนยันว่าซัพพลายเออร์สามารถจัดเตรียมไฟล์การตรวจสอบย้อนกลับที่สมบูรณ์ได้: ใบรับรองวัสดุ รายงานการทดสอบตามปกติ และคำแนะนำในการติดตั้ง

การตัดสินใจซื้อควรขึ้นอยู่กับต้นทุนตลอดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพทางเทคนิค ไม่ใช่เฉพาะราคาเริ่มต้นเท่านั้น หากต้องการทราบรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนทางไฟฟ้าและเครื่องกล โปรดดูคู่มือฉบับย่อนี้ที่ การเลือกสายไฟ ครอบคลุมประเด็นหลัก

วงจรเคเบิลใต้ดินไฟฟ้าแรงสูงที่เชื่อถือได้ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยส่วนประกอบอัจฉริยะเพียงชิ้นเดียว มาจากการทำงานร่วมกันของการออกแบบสายเคเบิลที่สะอาดตา การผลิตคุณภาพสูง ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง และการติดตั้งที่มีการควบคุม เริ่มต้นด้วยแรงดันไฟฟ้าและโหลดของระบบ จากนั้นเลือกฉนวนและเปลือกสำหรับเส้นทาง และจบด้วยการทดสอบและเอกสารประกอบที่พิสูจน์ว่าสายเคเบิลพร้อมสำหรับการบริการ ด้วยการปรับสมดุลปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้ เจ้าของเครือข่ายจะสามารถสร้างเครื่องป้อนใต้ดินที่ทำงานอย่างปลอดภัยมานานหลายทศวรรษ