الخلاصة:
في بناء أنظمة الطاقة، يؤثر اختيار الكابلات بشكل مباشر على موثوقية إمدادات الطاقة وعمر الخدمة. استنادًا إلى معيار IEEE 835 وخبرة ممارسة هندسة الطاقة العالمية، تحلل هذه المقالة بشكل منهجي الأبعاد الخمسة الأساسية لحساب الحمل الحالي، ومبدأ مطابقة الجهد، وتحسين سيناريو التمديد، واختيار القدرة على التكيف البيئي، والتقييم الاقتصادي. ويستشهد بالكتيبات التقنية للمصنعين الدوليين مثل ABB وPrysmian، ويجمع بين الحالات النموذجية لشبكة كهرباء جنوب الصين لتوفير نموذج قرار اختيار ذي قيمة عملية. يمكن أن يقلل الاختيار العلمي من تكاليف التشغيل والصيانة بمقدار 30% ويطيل عمر الكابل بمقدار 40%.
1. حساب دقيق وتخطيط ديناميكي دقيق للحمل الحالي
وفقًا لمعيار IEC 60287، يجب أن تفي مساحة المقطع العرضي للموصل بالمتطلبات المزدوجة لقدرة الحمل الحالية والاستقرار الحراري. بأخذ مشروع مجمع صناعي كمثال، يتم حساب تيار الذروة ليكون 385 أمبير بطريقة التنبؤ بالحمل الديناميكي. من خلال البحث في الجدول الوارد في الملحق ب من GB50217 "مواصفات التصميم لكابلات هندسة الطاقة"، يتم أخيرًا اختيار كابل نحاسي نحاسي بمساحة 240 مم². يجب إيلاء اهتمام خاص لتأثير التيار التوافقي (المشار إليه في معيار IEEE 519) على تسخين الموصل. عندما يكون THD> 15%، يجب تكبير المقطع العرضي بمقدار 10-15%.
مرجع موثوق: معيار IEEE 835 لحساب القدرة الاستيعابية الحالية للكابل IEEE 835 https://standards.ieee.org/ieee/835/4311/
2. المطابقة الدقيقة لمستويات الجهد واختيار العزل
يتم التحقق من عقلانية الاختيار من خلال معادلة انخفاض الجهد ΔU=√3×I×(Rcosφ+Xsφsφ) ×L. إذا أخذنا كابل البولي إيثيلين المتصالب 35 كيلو فولت كمثال، يجب أن يصل سمك العزل إلى أكثر من 10.5 مم (المرجع GB/T 12706.3)، ويتم استخدام عملية البثق المشترك ثلاثي الطبقات لضمان التوزيع الموحد للمجال الكهربائي. تُظهر ممارسة الشبكة الوطنية في المملكة المتحدة أن استخدام طبقة تدريع شبه موصلة في كابلات الجهد المتوسط يمكن أن يقلل من التفريغ الجزئي بمقدار 70%.
بيانات الصناعة: زاد حجم سوق الكابلات متوسطة الجهد العالمي بمقدار 6.51 تيرابايت 3 تيرابايت على أساس سنوي (مصدر البيانات: Grand View Research) https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/medium-voltage-cables-market
3. استراتيجيات الاستجابة المتمايزة لوضع السيناريوهات
- وضع الدفن المباشر: يجب مراعاة الحماية الميكانيكية (درع الحزام الفولاذي المجلفن) والمعالجة المضادة للنمل الأبيض (غلاف النايلون) - وضع ممر خط الأنابيب: استخدام كابل مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان (وفقًا لمعيار GB/T 19666) - مد الجسور: استخدام دروع من أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ غير المغناطيسية (تقليل فقد التيار الدوامي) - كابل غواصة: غلاف مزدوج الطبقة PE + تصميم طبقة مقاومة للماء من سبيكة الرصاص
مرجع الحالة: يستخدم جسر هونغ كونغ - تشوهاي - ماكاو كابلًا بحريًا خاصًا من البولي إيثيلين المتقاطع 127/220 كيلو فولت بعمق مدّ يبلغ 40 مترًا https://www.nexans.cn/industrial-solutions/offshore-wind.html
4. الحلول المركبة للتكيف البيئي
مصفوفة مطابقة العوامل البيئية:
| البارامتر البيئي | المتطلبات الفنية | المنتج النموذجي |
|---|---|---|
| درجة حرارة عالية (>90 درجة مئوية) | عازل XLPE المقاوم للحرارة | داوليكس™دوليكس |
| درجة حرارة منخفضة (<-40 درجة مئوية) | غلاف من المطاط الصناعي | بورياليس™ |
| التآكل الكيميائي | غلاف خارجي من الفلوروبلاستيك | DuPont Teflon® FEP |
| رطوبة عالية | هيكل طولي لحجب المياه الطولية | تقنية ®Prysmian HPT |
اختبار موثوق: معيار شهادة UL 1581 لمقاومة الطقس https://www.ul.com/services/wire-and-cable-testing
5. نموذج التقييم الاقتصادي لدورة الحياة
استخدام طريقة تحليل تكلفة دورة الحياة (LCC):
الاستثمار المبدئي (المواد + الإنشاءات) + تكاليف التشغيل والصيانة (الفاقد + الصيانة) + تكاليف الأعطال (خسائر انقطاع التيار الكهربائي) مقارنة مع خط 10 كيلو فولت:
| الطراز | التكلفة الأولية (يوان صيني) | الخسارة السنوية (يوان صيني) | التكلفة الإجمالية في 20 سنة (يوان صيني) |
|---|---|---|---|
| قلب من الألومنيوم 240 مم² | 800,000 | 120,000 | 3,200,000 |
| قلب نحاسي 150 مم² | 950,000 | 80,000 | 2,550,000 |
تقرير الصناعة: يمكن للكابلات عالية الجودة أن تقلل من خسائر الخطوط بمقدار 401 تيرابايت 3 تيرابايت (بيانات الرابطة الدولية للنحاس) https://copperalliance.org/
الملخص:
يتطلب الاختيار العلمي للكابلات بناء نظام ثلاثي الأبعاد لصنع القرار "التكنولوجيا - الاقتصاد - البيئة". من خلال الحساب الدقيق للتيار لمطابقة مواصفات الموصلات، واختيار أنظمة العزل على أساس تدرجات الجهد، وتحسين هياكل الحماية لسيناريوهات التمديد، واعتماد الحلول التقنية المركبة على أساس الخصائص البيئية، يتم في النهاية تحقيق تحسين تكلفة الدورة الكاملة من خلال نموذج LCC. يوصى بأن تنشئ الوحدات الهندسية نظام دعم قرار الاختيار، ودمج قواعد البيانات القياسية مثل IEC و GB و IEEE، وإدخال تقنية التوأم الرقمي للتحقق الافتراضي، والتي يمكن أن تحسن كفاءة الاختيار بأكثر من 50% وتضمن التشغيل الآمن والاقتصادي لنظام الطاقة.