Mittelspannungskabel spielen eine entscheidende Rolle im Stromverteilungssystem, insbesondere in einem Land wie Australien, in dem der Energiebedarf wächst. Mittelspannungskabel werden nicht nur häufig in städtischen Stromnetzen, industriellen Anwendungen und erneuerbaren Energiesystemen eingesetzt, sondern übernehmen auch wichtige Stromübertragungsaufgaben. Da die Spannungs- und Leistungsanforderungen der Energieübertragung steigen, werden die Designanforderungen an Kabel immer strenger, insbesondere an die Gestaltung der Abschirmschicht.
In diesem Artikel werden die Abschirmungsdesignanforderungen australischer Mittelspannungskabel eingehend untersucht, wobei der Schwerpunkt auf den Abschirmungsdesignanforderungen von 11-kV-Kupferkabeln, 5-kV-Mittelspannungskabeln, 35-kV-Mittelspannungskabeln und armierten Mittelspannungskabeln sowie deren Leistung in praktischen Anwendungen liegt.
1. Die Rolle der Abschirmschicht
Die Abschirmschicht des Mittelspannungskabels hat im Stromnetz viele Schlüsselfunktionen, darunter vor allem:
Verhinderung elektromagnetischer Störungen (EMI): Die Abschirmschicht des Mittelspannungskabels kann die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen auf die umliegenden Geräte und die Umgebung wirksam reduzieren und sicherstellen, dass die Stromübertragung nicht durch externe Geräusche beeinträchtigt wird.
Schützen Sie das Kabel vor der äußeren Umgebung: Die Abschirmschicht kann das Kabel bis zu einem gewissen Grad vor mechanischer Beschädigung, chemischer Korrosion, Feuchtigkeit, ultravioletten Strahlen und anderen äußeren Faktoren schützen.
Verhindern Sie elektrische Fehler: Die Abschirmschicht kann den Strom effektiv verteilen und verhindern, dass Stromlecks und elektrische Fehler (z. B. Kurzschlüsse) das Kabel und die umgebenden Geräte beschädigen.
Erhöhen Sie die mechanische Festigkeit des Kabels: In einigen Anwendungen hat die Abschirmschicht nicht nur elektrische Funktionen, sondern übernimmt auch die mechanische Funktion, die Druck-, Zug- und Biegefestigkeit des Kabels zu verbessern.
2. Normen und Anforderungen für Mittelspannungskabel in Australien
In Australien müssen die Konstruktion und Verwendung von Mittelspannungskabeln strengen nationalen Standards und Branchenanforderungen entsprechen, insbesondere bei der Konstruktion und Materialauswahl der Abschirmschicht. Im Folgenden sind einige wichtige Designanforderungen und -standards aufgeführt:
AS/NZS 1429.1-Standard
Der gemeinsame australische und neuseeländische Standard AS/NZS 1429.1 ist ein wichtiges Referenzdokument für die Konstruktion und Herstellung von Mittelspannungskabeln. Diese Norm legt die technischen Anforderungen an Mittelspannungskabel fest, einschließlich Isolierung, Leiter, Abschirmschichten, Außenmäntel und Prüfung. Das Design der Abschirmschicht von Mittelspannungskabeln muss dieser Norm entsprechen, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Kabeln unter Hochspannung zu gewährleisten.
Auswahl hochwertiger Abschirmmaterialien
Die Abschirmschicht australischer Mittelspannungskabel besteht normalerweise aus Metallmaterialien (z. B. Kupfer oder Aluminium) und nichtmetallischen Materialien (z. B. leitfähigem Polymer). Abschirmmaterialien aus Metall bieten eine hervorragende elektromagnetische Abschirmleistung, während leitfähige Polymermaterialien eher für leichte Kabel oder Anwendungen mit besonderen Gewichtsanforderungen geeignet sind.
Einhaltung internationaler Zertifizierungen
Australische Mittelspannungskabel sind in der Regel so konzipiert, dass sie internationale Zertifizierungsstandards wie IEC (International Electrotechnical Commission) und UL (Underwriters Laboratories) erfüllen, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Kabeln weltweit zu gewährleisten.
Anforderungen an Wasserbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit
Bei Mittelspannungskabeln in einigen speziellen Umgebungen (z. B. Erdverlegung, feuchte Umgebung oder Meeresumgebung) muss das Design der Abschirmschicht außerdem eine hohe Wasserbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit und Chemikalien in das Kabelinnere eindringen.
3. Aufbau der Abschirmschicht verschiedener Arten von Mittelspannungskabeln
Abhängig von der Spannungsebene, dem Anwendungsszenario und der äußeren Umgebung gibt es auf dem australischen Markt viele verschiedene Arten von Mittelspannungskabeln, und jede Art von Kabelabschirmschichtdesign hat ihre eigenen speziellen Anforderungen.
1. 11-kV-Kupferkabel
11-kV-Kupferkabel werden häufig in städtischen Stromnetzen, Industrieanlagen und mittelgroßen Stromübertragungssystemen eingesetzt. Da Kupfer einen geringeren Widerstand und eine bessere Leitfähigkeit aufweist, verwenden 11-kV-Kupferkabel normalerweise Kupferleiter, um geringere Übertragungsverluste zu gewährleisten.
Anforderungen an die Gestaltung der Abschirmschicht: Die Abschirmschicht von Kupferkabeln besteht im Allgemeinen aus Kupfergeflecht oder Aluminiumfolie. Kupfergeflechte haben gute elektrische Eigenschaften und können elektromagnetische Störungen wirksam reduzieren. Aluminiumfolie wird verwendet, um die Haltbarkeit und mechanische Festigkeit des Kabels zu verbessern.
Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit: Da Kupferleiter leicht oxidieren, müssen bei der Gestaltung der Abschirmschicht von Kupferkabeln Antioxidationsmaßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass sich das Kupfermaterial nicht verschlechtert, wenn es längere Zeit der Luft ausgesetzt wird.
2. 5-kV-Mittelspannungskabel
5-kV-Mittelspannungskabel werden normalerweise in kleinen und mittelgroßen Stromübertragungssystemen verwendet und eignen sich für Gewerbegebäude, Wohngebiete und einige Szenarien mit mittlerem und niedrigem Laststrombedarf.
Anforderungen an die Gestaltung der Abschirmschicht: Bei 5-kV-Mittelspannungskabeln besteht die Abschirmschicht normalerweise aus Aluminiumfolie, einem Kupfergeflecht oder einer leitfähigen Polymerschicht. Obwohl die Spannung niedrig ist, muss das Kabel dennoch über eine gewisse Fähigkeit zur Vermeidung elektromagnetischer Störungen und elektrische Sicherheit verfügen. Die Abschirmschicht solcher Kabel erfordert im Allgemeinen keine allzu große Schutzfunktion und konzentriert sich hauptsächlich auf die Unterdrückung elektromagnetischer Störungen.
Materialauswahl: Das Abschirmschichtmaterial von 5-kV-Kabeln wird normalerweise aus Aluminiumfolie und Polymermaterialien ausgewählt, da diese leichter sind und eine ausreichende elektrische Abschirmleistung aufweisen.
3. 35-kV-Mittelspannungskabel
35-kV-Mittelspannungskabel werden hauptsächlich für große Stromübertragungssysteme verwendet und sind weit verbreitet in Industriegebieten, großen Gewerbegebäuden und Stromsystemen, die eine Stromübertragung über große Entfernungen erfordern.
Anforderungen an das Abschirmungsdesign: Bei 35-kV-Mittelspannungskabeln ist das Abschirmungsdesign besonders komplex und verwendet normalerweise einen mehrschichtigen Abschirmungsaufbau. Dazu gehören eine äußere Abschirmung aus Aluminiumfolie, ein inneres geflochtenes Kupfergeflecht und ein leitfähiges Polymer-Abschirmmaterial. Eine mehrschichtige Abschirmung kann nicht nur elektromagnetische Störungen wirksam unterdrücken, sondern auch die Widerstandsfähigkeit des Kabels gegen mechanische Beschädigungen erhöhen.
Wasserbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit: 35-kV-Kabel werden normalerweise in rauen Umgebungen eingesetzt. Das Abschirmungsdesign muss die Eigenschaften Wasserbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und chemische Beständigkeit aufweisen, um sicherzustellen, dass das Kabel in einer feuchten oder chemisch kontaminierten Umgebung stabil und langfristig betrieben werden kann.
4. Gepanzertes Mittelspannungskabel
Gepanzerte Mittelspannungskabel sind so konzipiert, dass sie hohen mechanischen Stößen standhalten und werden häufig in Umgebungen eingesetzt, die zusätzlichen Schutz erfordern, z. B. bei unterirdischer Verlegung oder in Bereichen mit hohem Außendruck. Dieser Kabeltyp fügt der Außenseite der Abschirmschicht einen Metallmantel (normalerweise ein Stahldrahtgeflecht oder ein Material aus einer Aluminiumlegierung) hinzu, um die Zug- und Druckfestigkeit des Kabels zu verbessern.
Anforderungen an das Abschirmungsdesign: Zusätzlich zur herkömmlichen elektromagnetischen Abschirmung muss die Abschirmungsschicht von gepanzerten Mittelspannungskabeln auch eine zusätzliche Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beschädigungen aufweisen. Mantelmaterialien (z. B. Aluminiumfolie und Stahldrahtgeflecht) bieten Schutz, um zu verhindern, dass äußere Einwirkungen das Kabel beschädigen.
Hohe Spannungs- und Umweltbeständigkeit: Da armierte Mittelspannungskabel häufig in rauen Umgebungen eingesetzt werden, muss die Abschirmschicht auf eine hohe Hochspannungsbeständigkeit sowie UV- und Korrosionsbeständigkeit ausgelegt sein.
4. Wichtigste Herausforderungen beim Design der Abschirmschicht
Beim Entwurf der Abschirmschicht von Mittelspannungskabeln müssen Ingenieure die folgenden Herausforderungen meistern:
Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMI).
Mit der zunehmenden Verbreitung leistungselektronischer Geräte nehmen die Quellen elektromagnetischer Störungen zu. Daher muss das Design der Abschirmschicht von Mittelspannungskabeln wirksam genug sein, um zu verhindern, dass externe elektromagnetische Wellen die Übertragung von Leistungssignalen stören.
Anpassungsfähigkeit an die Umwelt
Die Abschirmschicht des Kabels muss in extremen Umgebungen wie hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen, Feuchtigkeit oder starker Korrosion eine gute Leistung aufrechterhalten. Achten Sie beim Entwurf darauf, dass die Auswahl der Abschirmschichtmaterialien an unterschiedliche Umgebungsanforderungen angepasst werden kann.
Balance zwischen mechanischem Schutz und elektrischem Schutz
Die Abschirmschicht muss nicht nur eine elektrische Isolationsfunktion haben, sondern auch den mechanischen Stößen und dem Druck des Kabels in der tatsächlichen Anwendung standhalten. Das Ausbalancieren dieser beiden Anforderungen ist eine wichtige Herausforderung beim Design der Abschirmschicht.