คู่มือ IEC 60840: สายเคเบิล HV XLPE ตั้งแต่ 66 ถึง 132 kV — คำถามที่วิศวกรถาม

เมื่อแรงดันเกิน 30 kV สายเคเบิลกำลังจะไม่ใช่สินค้าในแคตตาล็อกอีกต่อไป แต่กลายเป็นโครงการ แต่ละวงจรมีเส้นทางของตัวเอง รูปแบบการต่อลงดินชีลด์ (bonding) ของตัวเอง และอุปกรณ์ประกอบของตัวเอง และสายเคเบิลจะถูกประเมินร่วมกับสิ่งเหล่านี้ มาตรฐานอ้างอิงสำหรับช่วงแรงดันนี้คือ IEC 60840 ซึ่งครอบคลุมสายเคเบิลกำลังที่มีฉนวนแบบอัดรีดและอุปกรณ์ประกอบสำหรับแรงดันพิกัดเกิน 30 kV (Um = 36 kV) จนถึง 150 kV (Um = 170 kV) ในทางปฏิบัติ สายเคเบิล HV XLPE เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแบบแกนเดี่ยวสำหรับโครงข่าย 66, 110, 132 และ 150 kV

คู่มือ IEC 60840 นี้ไม่ได้ทวนข้อกำหนดหรือค่าการทดสอบของมาตรฐาน แต่จะไล่ตอบคำถามที่วิศวกรออกแบบและทีมประกวดราคาถามจริงเมื่อมีคำขอใบเสนอราคาสำหรับ 66 kV หรือ 132 kV เข้ามา

IEC 60840 มีไว้เพื่ออะไร และเริ่มต้นที่ใด?

IEC 60840 อยู่ถัดขึ้นไปจาก IEC 60502-2 โดยตรง เส้นแบ่งคือแรงดันพิกัด 30 kV: สายเคเบิล 19/33 kV (Um = 36 kV) ยังคงเป็นแรงดันปานกลาง ขณะที่สายเคเบิล 36/66 kV เป็นคลาส HV แรกที่พบทั่วไป เมื่อเกิน 150 kV IEC 62067 จะเข้ามาดูแลระบบแรงดันสูงพิเศษ

การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอยู่ที่สิ่งที่มาตรฐานรับรอง IEC 60502-2 เป็นมาตรฐานสำหรับสายเคเบิลเป็นหลัก ส่วน IEC 60840 รับรอง ระบบสายเคเบิล: สายเคเบิลพร้อมหัวเคเบิล (termination) และข้อต่อ (joint) การทดสอบแบบ (type test) ดำเนินการบนวงลูปที่ประกอบด้วยสายเคเบิลและอุปกรณ์ประกอบ และการรับรองเป็นของชุดการผสมผสานนั้น

IEC 60840 บอกหรือไม่ว่าฉนวนต้องหนาเท่าใด?

ไม่ — และนี่คือความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดเพียงข้อเดียวจากมาตรฐานแรงดันปานกลาง IEC 60502-2 กำหนดความหนาฉนวนตามคลาสแรงดัน แต่ IEC 60840 ปล่อยให้ความหนาฉนวนเป็นเรื่องของผู้ผลิต สิ่งที่ผู้ผลิตออกแบบจริงคือ ความเครียดทางไฟฟ้า (electrical stress) ที่ชีลด์ตัวนำและที่ชีลด์ฉนวน และความหนาเป็นผลที่ตามมาจากการเลือกนั้นและเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำ

สิ่งนี้มีผลในทางปฏิบัติสามประการ:

• สายเคเบิล 132 kV สองเส้นที่เป็นไปตามมาตรฐานอาจมีความหนาฉนวนต่างกันได้ ผู้ผลิตที่มีวัตถุดิบสะอาดและสายการผลิตอัดรีดที่ควบคุมได้ดีสามารถทำงานที่ความเครียดสูงกว่าและเสนอสายเคเบิลที่เล็กและเบากว่า ขณะที่ผู้ผลิตอีกรายอาจเลือกการออกแบบที่อนุรักษ์นิยมกว่า
• การทดสอบแบบเป็นตัวกำหนดขอบเขตการออกแบบของคุณ มาตรฐานอธิบายว่าการทดสอบแบบที่ผ่านแล้วขยายผลไปยังขนาดตัวนำและแรงดันอื่นได้อย่างไร และความเครียดทางไฟฟ้าของสายเคเบิลที่ทดสอบเป็นหัวใจของเรื่องนี้ หากออกแบบขนาดใหม่ที่ความเครียดสูงกว่าที่เคยทดสอบ คุณก็อยู่นอกขอบเขตการรับรองของคุณ
• การออกแบบที่ความเครียดสูงกว่าต้องการหลักฐานมากกว่า สำหรับการออกแบบที่ทำงานที่ความเครียดทางไฟฟ้าสูงกว่า มาตรฐานกำหนดให้มีการทดสอบคัดเลือกเบื้องต้น (prequalification) ระยะยาวของทั้งระบบก่อนที่การรับรองแบบจะมีผล

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความหนาฉนวนในระดับ HV เป็นการตัดสินใจเชิงกลยุทธ์ที่ผูกกับประวัติการทดสอบของคุณ ไม่ใช่ค่าที่เปิดตารางดูได้

มาตรฐานกำหนดอะไรไว้จริง ๆ?

IEC 60840 กำหนดกฎที่ทำให้ระบบสายเคเบิลเปรียบเทียบกันได้ระหว่างผู้จำหน่าย:

• แรงดันพิกัด ที่แสดงในรูป U0/U (Um) และข้อกำหนดว่าสายเคเบิลและอุปกรณ์ประกอบต้องสอดคล้องกับแรงดันเหล่านั้น
• วัสดุและคุณสมบัติ ของฉนวน ชีลด์กึ่งตัวนำ และเปลือกนอก ซึ่งตรวจสอบด้วยการทดสอบตัวอย่างและการทดสอบแบบ
• ระบบการทดสอบ: การทดสอบประจำ (routine test) กับทุกความยาวที่ผลิต (รวมถึงการทดสอบแรงดันและการวัดดิสชาร์จบางส่วน) การทดสอบตัวอย่างกับความยาวที่เลือก การทดสอบแบบกับระบบ การทดสอบคัดเลือกเบื้องต้นในกรณีที่ใช้บังคับ และการทดสอบทางไฟฟ้าหลังการติดตั้ง
• ข้อกำหนดสำหรับคุณสมบัติเสริม เช่น การกันน้ำตามแนวยาวและแผงกั้นน้ำตามแนวรัศมี เมื่อผู้ซื้อร้องขอ

มาตรฐานปล่อยอะไรไว้ให้ผู้ซื้อและผู้ผลิต?

นี่คือจุดที่การประกวดราคา HV แพ้หรือชนะ มาตรฐานจงใจเปิดเรื่องต่อไปนี้ไว้:

• ขนาดและชนิดของตัวนำ ตัวนำ HV ขนาดใหญ่มักเป็นแบบแบ่งเซกเมนต์ (Milliken) เพื่อลดความต้านทานกระแสสลับที่เกิดจากสกินเอฟเฟกต์ ไม่ว่าเอกสารประกวดราคาต้องการทองแดงหรืออะลูมิเนียม แบบกลมอัดแน่นหรือแบบเซกเมนต์ ลวดเคลือบอีนาเมลหรือไม่ ล้วนมีผลอย่างมากต่อต้นทุนและพิกัด
• ชีลด์โลหะหรือเปลือกโลหะ ในงาน HV มีทั้งชีลด์ลวดทองแดง เปลือกตะกั่ว เปลือกอะลูมิเนียมแบบเรียบหรือแบบลูกฟูก และแผ่นอะลูมิเนียมลามิเนตแบบยึดติด การเลือกขึ้นอยู่กับกระแสลัดวงจรลงดินและระยะเวลา ความจำเป็นต้องมีแผงกั้นน้ำตามแนวรัศมี น้ำหนัก และแนวปฏิบัติท้องถิ่น มาตรฐานตรวจสอบผลลัพธ์ แต่ไม่ได้เลือกแทนคุณ
• เปลือกนอก โพลีเอทิลีนเป็นที่นิยมเพราะสมรรถนะเชิงกลและการกันความชื้น การไฟฟ้าหลายแห่งยังขอชั้นนอกกึ่งตัวนำเพื่อให้ทดสอบเปลือกนอกได้หลังการติดตั้ง หรือขอเปลือกหน่วงการลามไฟสำหรับอุโมงค์และสถานีไฟฟ้าย่อย
• การติดตั้งและการต่อลงดินชีลด์ รูปแบบการวางสาย ความลึก วัสดุถมกลับ และการที่ชีลด์ต่อแบบ solid bonding, single-point bonding หรือ cross-bonding เป็นการตัดสินใจระดับโครงการ ปัจจัยเหล่านี้ควบคุมการสูญเสียในชีลด์และพิกัดกระแสตาม IEC 60287 มากกว่ารายการใดในแคตตาล็อก

การทดสอบแบบตาม IEC 60502-2 ครอบคลุมสายเคเบิล 66 kV ได้หรือไม่?

ไม่ได้ ทั้งสองมาตรฐานมีขอบเขตและระบบการทดสอบต่างกัน และ IEC 60840 กำหนดให้ทดสอบแบบของระบบพร้อมอุปกรณ์ประกอบ ผู้ผลิตที่ขยับจาก 33 kV ไปสู่ 66 kV ต้องมีโปรแกรมการรับรองคุณสมบัติใหม่ ไม่ใช่การขยายการรับรองแรงดันปานกลาง และในทางกลับกันก็เช่นเดียวกัน: การรับรองระบบ HV ไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับกลุ่มผลิตภัณฑ์แรงดันปานกลางของคุณ

ใช้อุปกรณ์ประกอบของผู้จำหน่ายรายอื่นกับสายเคเบิลของฉันได้หรือไม่?

ได้เฉพาะเมื่อการผสมผสานนั้นได้รับการครอบคลุม เนื่องจาก IEC 60840 รับรองระบบ รายงานการทดสอบแบบของสายเคเบิลของคุณกับข้อต่อจากผู้จำหน่ายอุปกรณ์ประกอบรายหนึ่งจึงไม่ครอบคลุมข้อต่อของผู้จำหน่ายอีกรายโดยอัตโนมัติ การไฟฟ้ามักขอหลักฐานว่าชุดสายเคเบิลและอุปกรณ์ประกอบที่เสนอนั้นผ่านการทดสอบแล้วตรงตามที่เสนอ ทีมประกวดราคาที่เสนอราคาสายเคเบิลและอุปกรณ์ประกอบจากแหล่งต่างกันโดยไม่ตรวจสอบเรื่องนี้กำลังรับความเสี่ยงจริง

อะไรเปลี่ยนไปในการออกแบบสายเคเบิลเอง?

การขยับจากแรงดันปานกลางไปสู่ HV เปลี่ยนวิธีจัดการแต่ละชั้น (ดูคู่มือทีละชั้นของเรา):

• ระบบฉนวนถูกอัดรีดไปพร้อมกัน ชีลด์ตัวนำ ฉนวน XLPE และชีลด์ฉนวนถูกขึ้นรูปในการอัดรีดสามชั้น (triple extrusion) รอบเดียว และความสะอาดของผิวรอยต่อระหว่างชั้นกลายเป็นเรื่องสำคัญยิ่ง ผู้ซื้อหลายรายกำหนดให้ใช้การบ่มแบบแห้งและคอมพาวด์ชนิดสะอาดพิเศษ
• น้ำคือศัตรูในระยะยาว ความชื้นใน XLPE ภายใต้ความเครียดสูงทำให้เกิด water tree นั่นคือเหตุผลที่แผงกั้นน้ำตามแนวรัศมี — เปลือกโลหะหรือแผ่นลามิเนต — เป็นมาตรฐานในสายเคเบิล HV ส่วนใหญ่ และมักใช้ร่วมกับเทปพองตัวเมื่อโดนน้ำเพื่อกันน้ำตามแนวยาว
• พฤติกรรมทางความร้อนเป็นตัวกำหนดหลักในการเลือกขนาด ด้วยกระแสสูงและวงจรแกนเดี่ยว การสูญเสียในตัวนำและชีลด์ รูปแบบการต่อลงดินชีลด์ และความต้านทานความร้อนของดินเป็นตัวตัดสินขนาดตัวนำ คู่มือวัสดุฉนวนของเราอธิบายว่าทำไมอุณหภูมิใช้งานของ XLPE จึงเป็นสิ่งที่ทำให้พิกัดเหล่านี้เป็นไปได้
• น้ำหนักและความยาวต่อม้วนกลายเป็นข้อจำกัดด้านโลจิสติกส์ สายเคเบิล HV แกนเดี่ยวขนาดใหญ่มีน้ำหนักมาก และความยาวต่อม้วนมักเป็นตัวกำหนดตำแหน่งข้อต่อ — และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดการจัดวางช่วง cross-bonding

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการประกวดราคาสายเคเบิล HV XLPE

1. เขียน "132 kV" แทน U0/U (Um) ซึ่งเปิดช่องให้ตีความแรงดันพิกัดและแรงดันสูงสุดต่างกันได้
2. ไม่มีข้อมูลกระแสลัดวงจรลงดิน หากไม่มีกระแสลัดวงจรและระยะเวลา ก็ไม่สามารถกำหนดขนาดชีลด์โลหะหรือเปลือกโลหะได้อย่างถูกต้อง และไม่สามารถเปรียบเทียบข้อเสนอได้
3. ไม่ระบุรูปแบบการต่อลงดินชีลด์ solid bonding เทียบกับ cross-bonding สามารถเปลี่ยนพิกัดกระแส และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนขนาดตัวนำได้อย่างมีนัยสำคัญ
4. สันนิษฐานว่าความหนาฉนวนเปรียบเทียบกันได้ ข้อเสนอสองรายการที่ความหนาต่างกันอาจเป็นไปตามมาตรฐานทั้งคู่ ให้เปรียบเทียบความเครียดที่ใช้ออกแบบและขอบเขตที่การทดสอบแบบครอบคลุม ไม่ใช่เพียงเส้นผ่านศูนย์กลาง
5. มองข้ามความเข้ากันได้ของอุปกรณ์ประกอบ การทดสอบแบบของสายเคเบิลโดยไม่มีอุปกรณ์ประกอบที่เสนอจริงไม่ได้พิสูจน์ระบบ
6. ลืมการทดสอบหลังการติดตั้ง หากต้องทดสอบเปลือกนอกที่หน้างาน การออกแบบต้องรองรับสิ่งนี้

เช็กลิสต์การประกวดราคาสำหรับสายเคเบิล IEC 60840

ก่อนออกแบบหรือตั้งราคาสายเคเบิล HV ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณทราบ:

1. แรงดันพิกัด U0/U (Um) และความถี่ของโครงข่าย
2. วัสดุ ขนาด และโครงสร้างตัวนำ รวมถึงข้อกำหนดแบบเซกเมนต์หรือลวดเคลือบอีนาเมล (ถ้ามี)
3. กระแสลัดวงจรลงดินและระยะเวลาสำหรับชีลด์โลหะหรือเปลือกโลหะ
4. ชนิดของเปลือกโลหะ และต้องมีแผงกั้นน้ำตามแนวรัศมีและการกันน้ำตามแนวยาวหรือไม่
5. วัสดุเปลือกนอก ชั้นกึ่งตัวนำ และข้อกำหนดด้านสมรรถนะต่อไฟ (ถ้ามี)
6. สภาพการติดตั้ง: รูปแบบการวางสาย ความลึก วัสดุถมกลับ ท่อร้อยสาย อุโมงค์ หรือรางเคเบิล
7. รูปแบบการต่อลงดินชีลด์และความยาวแต่ละช่วง
8. อุปกรณ์ประกอบที่อยู่ในขอบเขต และมีการทดสอบแบบของระบบสำหรับการผสมผสานนั้นหรือไม่
9. หลักฐานการทดสอบคัดเลือกเบื้องต้นและการทดสอบแบบที่ต้องการ และการรับรองที่คุณมีอยู่ครอบคลุมแบบที่เสนออย่างไร
10. ความยาวและน้ำหนักสูงสุดต่อม้วนสำหรับการขนส่งและการจัดการที่หน้างาน

CablePLM จัดการสายเคเบิล IEC 60840 อย่างไร

CablePLM รวม IEC 60840 ไว้ในไลบรารีมาตรฐานสำหรับสายเคเบิล XLPE แกนเดี่ยวตั้งแต่ 36/66 ถึง 76/132 kV วิธีคำนวณเป็นไปตามตรรกะของมาตรฐาน: คุณกำหนดแรงดันพิกัดและความเครียดที่ใช้ออกแบบ แล้ว CablePLM จะสร้างโครงสร้างทีละชั้น — ตัวนำ ชีลด์ ฉนวน เปลือกโลหะ และเปลือกนอก — พร้อมขนาด น้ำหนัก และรายการวัสดุ (BOM) ฉบับสมบูรณ์ ระบบคำนวณพิกัดกระแสตาม IEC 60287 สำหรับการติดตั้งและการต่อลงดินชีลด์ที่คุณระบุ รวมถึงความสามารถทนกระแสลัดวงจรของตัวนำและเปลือกโลหะ

ทุกการออกแบบจะสร้างเอกสารข้อมูลทางวิศวกรรมและฉบับสำหรับลูกค้า โดยทุกค่าจะถูกระบุว่าเป็นข้อมูลตามมาตรฐานหรือค่าประมาณ ส่วนเสริม Qualification & Quality ติดตามว่าแบบใดได้รับการครอบคลุมโดยการทดสอบแบบของคุณ AI Tender Agent ช่วยดึงระดับกระแสลัดวงจร ข้อกำหนดการต่อลงดินชีลด์และการทดสอบออกจากเอกสารประกวดราคา และ Tenders & Projects เก็บโครงการ HV และการแก้ไขทั้งหมดไว้ในที่เดียว

อยากเห็นกลุ่มผลิตภัณฑ์ HV ของคุณถูกออกแบบแบบนี้ไหม? จองการสาธิต