Els cables de mitjana tensió tenen un paper vital en el sistema de distribució d'energia, especialment en un país com Austràlia on la demanda d'energia està creixent. Els cables de mitjana tensió no només s'utilitzen àmpliament en xarxes elèctriques urbanes, aplicacions industrials i sistemes d'energies renovables, sinó que també porten tasques crítiques de transmissió d'energia. A mesura que augmenten els requisits de tensió i potència de la transmissió d'energia, els requisits de disseny dels cables són cada cop més estrictes, especialment en el disseny de la capa de blindatge.
Aquest article explorarà en profunditat els requisits de disseny de blindatge dels cables de mitjana tensió australians, centrant-se en els requisits de disseny de blindatge de cables de coure d'11 kV, cables de mitja tensió de 5 kV, cables de mitja tensió de 35 kV i cables blindats de mitjana tensió i el seu rendiment en aplicacions pràctiques.
1. El paper de la capa de blindatge
La capa de blindatge del cable de mitjana tensió té moltes funcions clau en el sistema d'alimentació, incloent-hi principalment:
Prevenció de la interferència electromagnètica (EMI): la capa de blindatge del cable de mitjana tensió pot reduir eficaçment l'impacte de la interferència electromagnètica en l'equip i el medi ambient circumdants i garantir que la transmissió d'energia no es vegi interferida pel soroll extern.
Protegiu el cable de l'entorn extern: la capa de blindatge pot protegir el cable de danys mecànics, corrosió química, humitat, raigs ultraviolats i altres factors externs fins a cert punt.
Evitar falles elèctriques: la capa de blindatge pot dispersar eficaçment el corrent i evitar que les fuites de corrent i les fallades elèctriques (com els curtcircuits) danyin el cable i els seus equips circumdants.
Millorar la resistència mecànica del cable: en algunes aplicacions, la capa de blindatge no només té funcions elèctriques, sinó que també realitza les funcions mecàniques de millorar la resistència a la compressió, tensió i flexió del cable.
2. Normes i requisits per a cables de mitjana tensió a Austràlia
A Austràlia, el disseny i l'ús de cables de mitjana tensió han de complir els estrictes estàndards nacionals i els requisits de la indústria, especialment en el disseny i la selecció del material de la capa de blindatge. Els següents són diversos requisits i estàndards clau de disseny:
Estàndard AS/NZS 1429.1
L'estàndard conjunt australià i neozelandès AS/NZS 1429.1 és un document de referència clau per al disseny i la fabricació de cables de mitjana tensió. Aquesta norma especifica els requisits tècnics per als cables de mitjana tensió, inclosos l'aïllament, els conductors, les capes de blindatge, les cobertes exteriors i les proves. El disseny de la capa de blindatge dels cables de mitjana tensió ha de complir amb aquesta norma per garantir la seguretat i la fiabilitat dels cables d'alta tensió.
Selecció de materials de blindatge d'alta qualitat
La capa de blindatge dels cables de mitjana tensió australians sol utilitzar materials metàl·lics (com ara coure o alumini) i no metàl·lics (com ara polímers conductors). Els materials de blindatge metàl·lic ofereixen un excel·lent rendiment de blindatge electromagnètic, mentre que els materials de polímer conductor són més adequats per a cables lleugers o aplicacions amb requisits especials de pes.
Compliment de certificacions internacionals
Els cables de mitjana tensió australians solen estar dissenyats per complir els estàndards de certificació internacionals com IEC (Comissió Electrotècnica Internacional) i UL (Underwriters Laboratories) per garantir la fiabilitat i seguretat dels cables a tot el món.
Requisits de resistència a l'aigua i resistència a la corrosió
Per als cables de mitjana tensió en alguns entorns especials (com ara la col·locació subterrània, l'entorn humit o l'entorn marí), el disseny de la capa de blindatge també ha de tenir una alta resistència a l'aigua i resistència a la corrosió per evitar que la humitat i els productes químics envaeixin l'interior del cable.
3. Disseny de la capa de blindatge de diferents tipus de cables de mitjana tensió
Depenent del nivell de tensió, l'escenari d'aplicació i l'entorn extern, hi ha molts tipus diferents de cables de mitjana tensió al mercat australià, i cada tipus de disseny de capa de blindatge de cable té els seus propis requisits especials.
1. Cable de coure 11kV
El cable de coure de 11 kV s'utilitza àmpliament a les xarxes elèctriques urbanes, instal·lacions industrials i sistemes de transmissió d'energia de mida mitjana. Com que el coure té una resistència més baixa i una millor conductivitat, els cables de coure de 11 kV solen utilitzar conductors de coure per garantir pèrdues de transmissió més baixes.
Requisits de disseny de la capa de blindatge: la capa de blindatge dels cables de coure es compon generalment de malla trenada de coure o paper d'alumini. La malla trenada de coure té bones propietats elèctriques i pot reduir eficaçment les interferències electromagnètiques. El paper d'alumini s'utilitza per millorar la durabilitat i la resistència mecànica del cable.
Resistència a la corrosió i a l'oxidació: com que els conductors de coure s'oxiden fàcilment, s'han de prendre mesures anti-oxidació en el disseny de la capa de blindatge dels cables de coure per garantir que el material de coure no es deteriori quan s'exposa a l'aire durant molt de temps.
2. Cable de mitja tensió de 5kV
Els cables de mitjana tensió de 5 kV s'utilitzen generalment en sistemes de transmissió d'energia de mida petita i mitjana, adequats per a edificis comercials, zones residencials i alguns escenaris de demanda d'energia de càrrega mitjana i baixa.
Requisits de disseny de la capa de blindatge: En els cables de mitjana tensió de 5 kV, la capa de blindatge sol estar composta per paper d'alumini, malla trenada de coure o capa de polímer conductor. Tot i que la tensió és baixa, el cable encara ha de tenir una certa capacitat d'interferència antielectromagnètica i seguretat elèctrica. La capa de blindatge d'aquests cables generalment no requereix massa funció de protecció i se centra principalment en la supressió d'interferències electromagnètiques.
Selecció de material: el material de la capa de blindatge dels cables de 5 kV se sol seleccionar entre paper d'alumini i materials de polímer perquè són més lleugers i tenen un rendiment de blindatge elèctric suficient.
3. Cable de mitja tensió de 35 kV
El cable de mitjana tensió de 35 kV s'utilitza principalment per a sistemes de transmissió d'energia a gran escala i s'utilitza àmpliament en àrees industrials, grans edificis comercials i sistemes d'alimentació que requereixen transmissió d'energia a llarga distància.
Requisits de disseny de blindatge: en cables de mitja tensió de 35 kV, el disseny de blindatge és particularment complex i normalment adopta una estructura de blindatge multicapa. Això inclou un escut exterior de paper d'alumini, una malla interna trenada de coure i un material de protecció de polímer conductor. El blindatge multicapa no només pot suprimir eficaçment la interferència electromagnètica, sinó que també pot millorar la capacitat del cable per resistir danys mecànics.
Resistència a l'aigua i resistència a la corrosió química: els cables de 35 kV s'utilitzen normalment en entorns durs. El disseny de blindatge ha de tenir les característiques de resistència a l'aigua, resistència a la corrosió i resistència química per garantir que el cable pugui funcionar de manera estable i a llarg termini en un entorn humit o contaminat químicament.
4. Cable blindat de mitjana tensió
Els cables blindats de mitjana tensió estan dissenyats per resistir cops mecànics elevats i s'utilitzen sovint en entorns que requereixen protecció addicional, com ara la col·locació subterrània o exposades a zones amb alta pressió externa. Aquest tipus de cable afegeix una funda metàl·lica (generalment trena de filferro d'acer o material d'aliatge d'alumini) a l'exterior de la capa de blindatge per millorar la resistència a la tracció i a la compressió del cable.
Requisits de disseny de blindatge: a més del blindatge electromagnètic convencional, la capa de blindatge dels cables blindats de mitjana tensió també ha de tenir una resistència addicional als danys mecànics. Els materials de la funda (com el paper d'alumini i la trena de filferro d'acer) proporcionen protecció per evitar que l'impacte extern danyi el cable.
Alta tensió i resistència ambiental: com que els cables blindats de mitjana tensió s'utilitzen sovint en entorns durs, la capa de blindatge s'ha de dissenyar per tenir un alt grau de resistència a l'alta tensió, així com la resistència als UV i a la corrosió.
4. Reptes clau en el disseny de la capa de blindatge
En dissenyar la capa de blindatge dels cables de mitjana tensió, els enginyers han de superar els reptes següents:
Supressió d'interferències electromagnètiques (EMI).
Amb l'aplicació generalitzada d'equips electrònics de potència, les fonts d'interferències electromagnètiques augmenten. Per tant, el disseny de la capa de blindatge dels cables de mitjana tensió ha de ser prou eficaç per evitar que les ones electromagnètiques externes interfereixin amb la transmissió de senyals d'alimentació.
Adaptabilitat ambiental
La capa de blindatge del cable ha de mantenir un bon rendiment en entorns extrems, com ara alta temperatura, baixa temperatura, humitat o ambient d'alta corrosió. A l'hora de dissenyar, assegureu-vos que la selecció dels materials de la capa de protecció s'adapti a diferents requisits ambientals.
Equilibri entre protecció mecànica i protecció elèctrica
La capa de blindatge no només ha de tenir una funció d'aïllament elèctric, sinó que també ha de ser capaç de suportar l'impacte mecànic i la pressió del cable en l'aplicació real. Com equilibrar aquestes dues necessitats és un repte important en el disseny de la capa de blindatge.