高電圧電力ケーブル: 設計、選択、およびアプリケーション ガイド

定義するもの 高圧電力ケーブル ?

単一の高電圧ケーブル ルートで 1,000 MW を超える電力を伝送でき、これは中規模都市に電力を供給するのに十分です。技術分類では、高電圧ケーブルは 33 kV (IEC 60183) または 69 kV (IEEE) を超える定格電圧で動作します。これらのケーブルは、発電所を変電所、都市部の配電ハブ、および低電圧の代替ケーブルでは負荷に対応できない大規模な工業用地に接続します。

150 kV を超えると指定は超高圧 (EHV) に移行し、345 kV を超えると超高圧 (UHV) が適用されます。クラスに関係なく、みんな 高圧電力ケーブル 共通の要件は、極度の電気的ストレス、熱膨張、および環境上の危険を何十年も故障することなく管理する必要があるということです。

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コアコンポーネントと材料科学

最新の HV ケーブル構造は、規則的な層構造に従っています。導体は通常、電流容量と機械的柔軟性を考慮して選ばれたアルミニウムまたは銅の撚り線です。伝送回路の導体サイズは 300 mm² から 2,500 mm² 以上の範囲です。導体のすぐ上には半導体スクリーンがあり、電界を均一に分散させ、部分放電を防ぎます。

絶縁層は最も重要な要素です。架橋ポリエチレン (XLPE) は、動作温度が高く (連続 90℃、過負荷 130 °C)、誘電損失が低いため、従来の油含浸紙に大きく取って代わりました。海底ケーブルなどの特殊な条件では、エチレンプロピレンゴム (EPR) が柔軟性と水トリー耐性を強化します。半導体絶縁スクリーンと金属スクリーン (銅線またはテープ) は、ケーブル内の電界を封じ込める接地シールドを形成します。

外層は機械的保護を提供します。つまり、寝具層、金属外装 (埋設用途の鋼線またはテープ)、および押出成形ポリマー ジャケット (多くの場合、PVC、ポリエチレン、または難燃性化合物) です。耐火設備では、鉱物断熱設計または特殊ジャケットにより受動的耐火性が向上します。

XLPE は世界中の新規 HV ケーブル敷設の 80% 以上を占めています メンテナンスの軽減と熱性能の向上により推進されています。

適切な HV ケーブルの選択方法

仕様はシステム電圧と障害レベルから始まりますが、実際のパフォーマンスはケーブルが設置環境に適合するかどうかによって決まります。まず、必要な電圧定格 (U0/U) を決定します。132 kV システムの場合、標準的な U0/U は 76/132 kV です。次に、土壌の熱抵抗率 (埋設ケーブルの場合)、または周囲温度と日射量 (架空の場合) に基づいて連続電流容量を計算します。 IEC 60287 などの規格は、計算フレームワークを提供します。

ケーブルの選択に直接影響する要因:

• 短絡定格: ケーブルは、熱制限を超えることなく、最大故障電流に 1 ～ 3 秒間耐える必要があります。
• インストール方法: 直接埋設、ダクト内、空気中、または水没 - それぞれが熱放散と機械的保護のニーズに影響を与えます。
• 環境上の危険性: 化学薬品、紫外線暴露、げっ歯類の攻撃、産業プラントの振動には、特殊な外装が必要です。炭化水素が豊富な地域では、 難燃性高温ケーブル HV 回路と一緒に必要になる場合があります。

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• 曲げ半径: 設置中は、絶縁損傷を避けるために、最小曲げ半径 (通常はケーブル直径の 15 ～ 20 倍) を守る必要があります。

HVケーブルとの比較 中圧電力ケーブル 、前者は、より厚い絶縁、より堅牢なスクリーン、および IEC 60840 (最大 150 kV) または IEC 62067 (150 kV 以上) に準拠した厳格な部分放電試験を要求します。

中電圧電力ケーブルのメーカー、サプライヤー、工場

中国の中電圧電力ケーブル メーカー、中電圧電力ケーブル サプライヤーおよび工場として、Huapu はカスタム 3.6/6kV-26/35kV 架橋ポリエチレン XLPE 絶縁電力ケーブルを販売しています。

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インストールのベストプラクティス

高圧ケーブルの敷設は精密な作業です。機械的ストレスを防ぐために、溝の深さ、層材、および引張張力を制御する必要があります。重量 15 kg/m の一般的な 132 kV 単芯ケーブルは、20 kN を超える引っ張り力を及ぼす可能性があり、監視していないと安全限界を超えます。ケーブル ローラー、正しいプリング アイ、スイベルの使用については交渉の余地がありません。

主要なインストール規則:

• 引っ張り張力： 銅導体の場合、引っ張り力は導体断面積あたり 50 N/mm² に制限してください。アルミニウムの場合、30 N/mm²。
• 側壁圧力: ほとんどの構造では、カーブでは側壁の耐力圧力を 5,000 N/m 未満に保つ必要があります。
• 曲げ半径: 単芯ケーブルの場合は少なくとも 15D、3 芯ケーブルの場合は 20D (D はケーブルの外径) の半径を維持してください。
• ジョイントと終端の間隔: 故障のリスクを最小限に抑えるために、交通エリアから離れた場所に、通常は 500 m を超える間隔でジョイントを配置します。

設置後、通電前にシースの完全性テストと高電圧 DC または VLF テストで絶縁の状態が検証されます。 設置後の部分放電測定を省略すると、早期のケーブル故障の主な原因になります。

テストおよび試運転プロトコル

すべての HV ケーブル システムは、IEC 60840、62067、または IEEE 48 などの地域の同等規格への準拠を確認する一連のテストを受けます。各リールの工場での定期的なテストには、導体抵抗、1.25 U0 での部分放電 (PD) レベル、および絶縁体の厚さが含まれます。新しい XLPE ケーブルの PD 許容しきい値は、定格電圧の 1.25 倍で 5 pC を超えることはほとんどありません。

オンサイトでのテスト方法:

• 超低周波 (VLF) テスト: 0.1 Hz の正弦波電圧 (通常は 3 U0) を 15 ～ 60 分間印加して、ケーブルに損傷を与えることなく絶縁欠陥を検出します。
• 部分放電マッピング: 時間領域の反射率測定により、メーターレベルの精度で障害位置を特定します。
• シースの完全性テスト: 5 ～ 10 kV の DC 電圧により、外側ジャケットと金属スクリーンの導通が保証されます。

十分に文書化された試運転レポートにより、保証処理と保険の承認が迅速化されます。

今後の道のり: HV トランスミッションのトレンド

高電圧直流 (HVDC) は長距離電力伝送を再構築しており、押出成形 XLPE ケーブルは現在 ±525 kV で動作します。データセンターや洋上風力発電所では、統合された光ファイバーモニタリングを備えたコンパクトで高電流容量のケーブルの需要が高まっています。もう 1 つの新たな実践は、防火性能を損なうことなく環境に優しいハロゲンフリーのジャケットを採用することです。

一方、スマート グリッドの要件により、分散型温度センシング (DTS) とリアルタイムの動的回線定格が求められ、オペレータは熱過負荷を防ぎながら資産利用率を最大化できます。テクノロジーに関係なく、適切な高電圧電力ケーブルを選択し、厳格な設置およびテスト基準を遵守することが、回復力のある送電網の基礎であり続けます。