Abstract:
Bij de aanleg van elektriciteitssystemen heeft de kabelselectie een directe invloed op de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening en de levensduur. Gebaseerd op de IEEE 835 standaard en wereldwijde praktijkervaring in de energie-engineering analyseert dit artikel systematisch de vijf belangrijkste dimensies van de berekening van de stroombelasting, het principe van de spanningsaanpassing, de optimalisatie van het legscenario, de selectie van het aanpassingsvermogen aan de omgeving en de economische evaluatie. Het artikel citeert technische handleidingen van internationale fabrikanten zoals ABB en Prysmian en combineert typische gevallen van China Southern Power Grid om een beslissingsmodel voor selectie te bieden met praktische waarde. Wetenschappelijke selectie kan de bedrijfs- en onderhoudskosten met 30% verminderen en de levensduur van de kabel met 40% verlengen.
1. Nauwkeurige berekening en dynamische planning van huidige belasting
Volgens de IEC 60287-norm moet de doorsnede van de geleider voldoen aan de dubbele eis van stroomvoercapaciteit en thermische stabiliteit. Als we een project voor een industriepark als voorbeeld nemen, wordt de piekstroom berekend op 385 A met behulp van de dynamische belastingsvoorspellingsmethode. Aan de hand van de tabel in Appendix B van GB50217 "Design Specifications for Power Engineering Cables" wordt uiteindelijk een 240 mm² koperen kernkabel geselecteerd. Er moet speciale aandacht worden besteed aan het effect van harmonische stroom (waarnaar wordt verwezen in de IEEE 519-norm) op verwarming van de geleider. Wanneer THD>15%, moet de doorsnede worden vergroot met 10-15%.
Gezaghebbende referentie: IEEE 835 norm voor berekening van stroombelastingscapaciteit van kabels https://standards.ieee.org/ieee/835/4311/
2. Nauwkeurige afstemming van spanningsniveaus en isolatieselectie
De rationaliteit van de selectie wordt geverifieerd door de spanningsvalformule ΔU=√3×I×(Rcosφ+Xsinφ)×L. Als we 35kV vernette polyethyleen kabel als voorbeeld nemen, moet de isolatiedikte meer dan 10,5 mm bedragen (referentie GB/T 12706.3) en wordt een drielaags co-extrusieproces gebruikt om een uniforme verdeling van het elektrische veld te garanderen. De praktijk van de National Grid van het Verenigd Koninkrijk toont aan dat het gebruik van een halfgeleidende afschermingslaag in middenspanningskabels de gedeeltelijke ontlading met 70% kan verminderen.
Industriegegevens: De wereldwijde markt voor middenspanningskabels steeg met 6,5% j-o-j (gegevensbron: Grand View Research) https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/medium-voltage-cables-market
3. Gedifferentieerde responsstrategieën voor legscenario's
- Directe begraving: Mechanische bescherming (pantser van gegalvaniseerde staalband) en anti-termietenbehandeling (nylon mantel) moeten worden overwogen: Gebruik een rookarme, halogeenvrije, vlamvertragende kabel (in overeenstemming met GB/T 19666): Gebruik een niet-magnetisch pantser van roestvrij staaldraad (verminder wervelstroomverlies) - Onderzeese kabel: Dubbellaags PE-schede + loodlegering waterdicht laagontwerp
Referentie: De Hong Kong-Zhuhai-Macao Brug gebruikt een speciale 127/220kV cross-linked polyethyleen onderzeese kabel met een aanlegdiepte van 40 meter. https://www.nexans.cn/industrial-solutions/offshore-wind.html
4. Samengestelde oplossingen voor aanpasbaarheid aan de omgeving
Matchingmatrix van milieufactoren:
| Milieuparameter | Technische vereisten | Typisch product |
|---|---|---|
| Hoge temperatuur (>90°C) | Hittebestendige XLPE-isolatie | DOWLEX™ |
| Lage temperatuur (<-40°C) | Elastomeer omhulsel | Borealis™ |
| Chemische corrosie | Fluoroplastische buitenmantel | DuPont Teflon® FEP |
| Hoge luchtvochtigheid | Langswater-blokkerende structuur | Prysmian HPT®-technologie |
Gezaghebbende test: UL 1581 certificatienorm voor weerbestendigheid https://www.ul.com/services/wire-and-cable-testing
5. Economisch evaluatiemodel voor de levenscyclus
Met behulp van de LCC-analysemethode (Life Cycle Cost):
Initiële investering (materialen + constructie) + exploitatie- en onderhoudskosten (verlies + onderhoud) + faalkosten (stroomuitvalverliezen) Vergelijking met 10kV-lijn:
| Model | Initiële kosten (CNY) | Jaarlijks verlies (CNY) | Totale kosten in 20 jaar (CNY) |
|---|---|---|---|
| Aluminium kern 240mm² | 800,000 | 120,000 | 3,200,000 |
| Koperen kern 150mm² | 950,000 | 80,000 | 2,550,000 |
Industrie rapport: Hoogwaardige kabels kunnen lijnverliezen met 40% verminderen (gegevens International Copper Association) https://copperalliance.org/
Samenvatting:
Wetenschappelijke kabelselectie vereist de constructie van een driedimensionaal beslissingssysteem van "technologie-economie-milieu". Door middel van nauwkeurige stroomberekeningen om te voldoen aan de specificaties van geleiders, isolatiesystemen te selecteren op basis van spanningsgradiënten, beschermingsstructuren te optimaliseren voor legscenario's en samengestelde technische oplossingen te kiezen op basis van milieukenmerken, wordt uiteindelijk de optimalisatie van de volledige cycluskosten bereikt via het LCC-model. Het wordt aanbevolen dat technische eenheden een beslissingsondersteunend selectiesysteem opzetten, standaarddatabases zoals IEC, GB en IEEE integreren en digital twin-technologie introduceren voor virtuele verificatie. Dit kan de selectie-efficiëntie met meer dan 50% verbeteren en een veilige en economische werking van het elektriciteitssysteem garanderen.