สำหรับสายไฟแรงดันปานกลาง (MV) (6kV–35kV) ความสามารถในการรองรับกระแสไฟ (ความจุแอมแปร์) เป็นพื้นฐานของการออกแบบระบบที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ การเลือกความจุแอมแปร์ที่ไม่เหมาะสมสามารถนำไปสู่ความร้อนสูงเกิน อายุของฉนวน การคายประจุบางส่วน และแม้กระทั่งความเสียหายร้ายแรง คู่มือนี้อิงตามมาตรฐาน IEC 60287, การวิจัย IEEE และข้อมูลวิศวกรรมภาคสนาม โดยให้รายละเอียดเกี่ยวกับปัจจัยที่มีอิทธิพลหลัก กฎการลดพิกัดในทางปฏิบัติ และกรณีศึกษาในโลกแห่งความเป็นจริงสำหรับวิศวกรและทีมงานก่อสร้าง
1. คำจำกัดความหลัก: ความสามารถในการรองรับกระแสไฟของสายเคเบิลแรงดันปานกลางคือเท่าใด
ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าหมายถึงกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุดที่สายเคเบิลสามารถบรรทุกได้ภายใต้สภาวะเฉพาะ โดยมีเงื่อนไขว่ากระแสไฟนี้จะต้องไม่เกินขีดจำกัดอุณหภูมิของชั้นฉนวน สำหรับสายไฟแรงดันปานกลางที่มีฉนวนโพลีเอทิลีนแบบครอสลิงค์ (XLPE):
- อุณหภูมิการทำงานต่อเนื่อง: 90°C
- ทนอุณหภูมิลัดวงจร: 250°C (สูงสุด 5 วินาที)
- มาตรฐานการคำนวณ: IEC 60287 series (มาตรฐานอ้างอิงสากลสำหรับความสามารถในการรองรับกระแสไฟของสายเคเบิลแรงดันปานกลาง)
การศึกษาภาคสนามของ IET ยืนยันว่าสภาพแวดล้อมด้านความร้อนภายนอกอาจทำให้อุณหภูมิของสายเคเบิลเพิ่มขึ้นได้ถึง 70% ดังนั้น สภาพแวดล้อมและวิธีการติดตั้งจึงเป็นปัจจัยการออกแบบที่สำคัญที่สุด
2. ปัจจัยสำคัญที่กำหนดความสามารถในการรองรับกระแสไฟของสายเคเบิลแรงดันปานกลาง
1 วัสดุตัวนำไฟฟ้าและหน้าตัด
- ประเภทตัวนำไฟฟ้า: ทองแดง (Cu) มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าอะลูมิเนียม (Al) ประมาณ 20% ดังนั้นจึงให้ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่าสำหรับหน้าตัดเดียวกัน
- ขนาดหน้าตัด: ตัวนำขนาดใหญ่ช่วยลดความต้านทานและปรับปรุงการกระจายความร้อน เพิ่มขีดความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าโดยตรง
- ขนาดหน้าตัดสายเคเบิลแรงดันไฟฟ้าปานกลางมาตรฐาน: 25มม.², 35มม.², 50มม.², 70มม.², 95มม.², 120มม.², 150มม.², 185มม.², 240มม.², 300มม.²
2 วัสดุฉนวน (สายเคเบิลแรงดันปานกลางต้องใช้ฉนวนโพลีเอทิลีนแบบ cross-linked (XLPE))
- ฉนวน XLPE มีอุณหภูมิการทำงานสูงกว่าและมีเสถียรภาพทางความร้อนได้ดีกว่าฉนวนโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC)
- อุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องที่ 90°C เป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับการคำนวณความสามารถในการรองรับกระแสไฟของสายเคเบิลแรงดันปานกลาง
3 วิธีการวางและสภาพแวดล้อมการติดตั้ง
- การวางอากาศ: ถาดสายเคเบิลแบบเปิดช่วยกระจายความร้อนได้ดีที่สุด → ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าสูงสุด
- การฝังโดยตรง: ความต้านทานความร้อนของดินลดการถ่ายเทความร้อน → ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าลดลง
- การวางร่องคู่: การระบายอากาศที่ไม่ดีทำให้เกิดการสะสมความร้อน → ต้องลดความสามารถในการรองรับกระแสไฟลงอย่างมาก
④ สภาพสิ่งแวดล้อมและความร้อนของดิน
- อุณหภูมิแวดล้อมสูงหรือความต้านทานความร้อนของดินสูง (ดินแห้ง/ดินทราย) ช่วยลดความสามารถในการรองรับกระแสไฟได้อย่างมาก
- ดินที่มีความชื้นและอัดแน่นจะช่วยกระจายความร้อนและสามารถรองรับความสามารถในการรองรับกระแสไฟที่สูงขึ้นเล็กน้อย
⑤ การจัดกลุ่มสายเคเบิลและการติดตั้งแบบขนาน
- การวางสายเคเบิลหลายเส้นไว้แน่นอาจทำให้เกิดความร้อนร่วมกันได้
- ปัจจัยการลดพิกัดโดยทั่วไป: 0.8–0.95 ขึ้นอยู่กับจำนวนสายเคเบิลและระยะห่าง
⑥ ฝัก เกราะ และการระบายอากาศ
- โครงสร้างหุ้มเกราะ (YJV22/YJY23) ลดประสิทธิภาพการกระจายความร้อนเล็กน้อยเมื่อเทียบกับสายเคเบิลที่ไม่มีเกราะ
- พื้นที่แคบหรือการระบายอากาศไม่ดีจะช่วยลดความสามารถในการรองรับกระแสไฟที่อนุญาตอีกด้วย
3. ตารางอ้างอิงความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง (สายเคเบิลโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางแรงดันปานกลาง)
สภาวะ: อุณหภูมิแวดล้อม 25°C ความต้านทานความร้อนของดิน 1.0 K·m/W
| ประเภทสายเคเบิล | ระดับแรงดันไฟฟ้า | ภาพตัดขวาง | ความทึบ (การวางอากาศ) | ความกว้างขวาง (การฝังศพโดยตรง) |
|---|---|---|---|---|
| YJV/YJY (ลูกบาศ์ก) | 8.7/10กิโลโวลต์ | 3*95ตร.มม | 240A | 215เอ |
| YJV/YJY (ลูกบาศ์ก) | 8.7/10กิโลโวลต์ | 3*120ตร.มม | 270A | 245A |
| YJV/YJY (ลูกบาศ์ก) | 8.7/15กิโลโวลต์ | 3*150ตร.มม | 305เอ | 275เอ |
| YJV22 (หุ้มเกราะ) | 26/35กิโลโวลต์ | 3*185ตร.มม | 340A | 305เอ |
| YJV22 (หุ้มเกราะ) | 26/35กิโลโวลต์ | 3*240ตร.มม | 390A | 350A |
4. กรณีศึกษาในโครงการวิศวกรรมจริง
กรณีที่ 1: แหล่งจ่ายไฟมอเตอร์ขนาดใหญ่ 10kV
- โครงการ: มอเตอร์อุตสาหกรรมขนาด 500kW+
- สายเคเบิล: 8.7/10kV YJV 3 * 120 มม. ² สายเคเบิลโพลีเอทิลีนเคลือบทองแดงหุ้มเหล็ก
- การออกแบบ: ส่วนต่างความสามารถในการรองรับปัจจุบัน≥ 2.5 เท่าของกระแสไฟที่กำหนด
- ผลลัพธ์: อุณหภูมิในการทำงานคงที่ < 85°C ไม่มีความร้อนสูงเกินไปหรือปรากฏการณ์อายุ
กรณีที่ 2: การฝังศพโดยตรงในสวนอุตสาหกรรมแห้ง
- ความท้าทาย: ความต้านทานความร้อนของดินสูง (ดินทราย, ดินแห้ง)
- วิธีแก้ไข: อัปเกรดเป็น 3*150 มม.²; ใช้ปัจจัยการลดอัตราที่ 0.9
- ผลลัพธ์: การทำงานที่ปลอดภัยในระยะยาวโดยมีอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นต่ำมาก
กรณีที่ 3: สายรวบรวมฟาร์มกังหันลม 35kV
- วิธีการวาง: การวางคูน้ำกลางแจ้ง เชื่อมต่อสายเคเบิลหลายเส้นแบบขนาน
- วิธีแก้ไข: สายเคเบิลหุ้มเกราะป้องกันรังสียูวี YJY23 โดยใช้ค่า Derating เท่ากับ 0.85
- ผลลัพธ์: ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ภายใต้ภาระหนักและสภาพกลางแจ้งที่รุนแรง
5. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับวิศวกรรมความสามารถในการรับกระแสไฟของสายเคเบิลแรงดันปานกลาง
- สำหรับความน่าเชื่อถือสูงและความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าสูง ให้ใช้ตัวนำทองแดง
- สายเคเบิลแรงดันไฟฟ้าปานกลางควรใช้ฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) เสมอเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานอุณหภูมิและความปลอดภัย
- สำหรับการใช้งานแบบฝัง การถักแบบขนาน อุณหภูมิสูง และการระบายอากาศไม่ดี ต้องใช้ปัจจัยการลดพิกัดอย่างเคร่งครัด
- อนุญาตให้มีอัตราความสามารถในการรองรับปัจจุบัน 1.5 ถึง 2.5 เท่า เพื่อรองรับแรงกระแทกและการขยายในอนาคต
- สำหรับการฝังโดยตรงและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ให้เลือกสายเคเบิลหุ้มเกราะ (YJV22/YJY23)
- ตรวจสอบอุณหภูมิที่ข้อต่อและขั้วต่อเพื่อป้องกันจุดร้อน
6. บทสรุป
สำหรับระบบไฟฟ้าแรงดันปานกลาง ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าถือเป็นความสมดุลที่สำคัญระหว่างความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และต้นทุน ด้วยการทำความเข้าใจปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักและใช้กฎการลดพิกัดที่ถูกต้องตามมาตรฐาน IEC 60287 วิศวกรสามารถหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป ยืดอายุสายเคเบิล และลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาในระยะยาว
Jinhong Cable นำเสนอสายไฟโพลีเอทิลีนเชื่อมโยงข้ามแรงดันปานกลาง (XLPE) ขนาด 6kV-35kV อย่างเต็มรูปแบบ พร้อมข้อมูลความสามารถในการรองรับกระแสไฟที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว เป็นไปตามมาตรฐาน IEC, GB, CE และ RoHS รองรับโครงการอุตสาหกรรม EPC และโครงสร้างพื้นฐานทั่วโลก
