กายวิภาคของสายเคเบิลไฟฟ้ากำลัง: การออกแบบสายเคเบิลทีละชั้น ตั้งแต่ตัวนำถึงเปลือกหุ้มชั้นนอก

ทุกการประกวดราคาขอ "สายเคเบิล" แต่ไม่มีการประกวดราคาสองครั้งใดที่ขอสายเคเบิลแบบเดียวกัน แรงดัน ตัวนำ ชีลด์ เกราะ เปลือกหุ้ม และมาตรฐาน ผสมผสานกันแตกต่างไปทุกครั้ง เพื่อให้ออกแบบได้รวดเร็วและถูกต้อง การมองสายเคเบิลไฟฟ้ากำลังตามที่มันเป็นจริงจะช่วยได้มาก: ชั้นต่าง ๆ ที่ซ้อนกันเป็นวงศูนย์กลางร่วม แต่ละชั้นมีหน้าที่ของตัวเอง และแต่ละชั้นขึ้นอยู่กับชั้นที่อยู่ข้างใต้

บทความนี้ไล่ดูสายเคเบิลไฟฟ้ากำลังฉนวนอัดรีดแบบทั่วไปจากศูนย์กลางออกสู่ด้านนอก — แต่ละชั้นมีไว้เพื่ออะไร อะไรเป็นตัวกำหนดการออกแบบ และมักผิดพลาดตรงไหน

1. ตัวนำ

ตัวนำนำกระแสโหลด ทางเลือกหลักคือวัสดุ (ทองแดงหรืออะลูมิเนียม) คลาส (ตัวนำเดี่ยว ตัวนำตีเกลียว หรือตัวนำอ่อน) และรูปร่าง (กลม อัดแน่น รูปเซกเตอร์ หรือแบบเซกเมนต์สำหรับขนาดใหญ่มากในแรงดันสูง) ขนาดถูกกำหนดโดยข้อกำหนดสามอย่างที่ต่างกัน — กระแสต่อเนื่อง กระแสลัดวงจร และแรงดันตก — และการรู้ว่าข้อใดเป็นตัวกำหนดหลักจะบอกว่าควรปรับให้เหมาะสมตรงไหน อ่านเพิ่มเติมใน อธิบาย IEC 60228

2. ชีลด์ตัวนำ (แรงดันปานกลางขึ้นไป)

ตั้งแต่แรงดันปานกลางขึ้นไป ชั้นกึ่งตัวนำที่หุ้มตัวนำจะทำให้สนามไฟฟ้ารอบเส้นลวดแต่ละเส้นราบเรียบ หากไม่มีชั้นนี้ จุดสนามไฟฟ้าสูงสุดที่ผิวเส้นลวดจะกระตุ้นให้เกิดดิสชาร์จบางส่วนและทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพจากภายใน

3. ฉนวน

ฉนวนทำหน้าที่ต้านแรงดัน PVC ครองตลาดในงานต้นทุนต่ำและแรงดันต่ำ XLPE เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับสายเคเบิลไฟฟ้ากำลังส่วนใหญ่ในปัจจุบันเพราะทนอุณหภูมิใช้งานและอุณหภูมิลัดวงจรได้สูงกว่า EPR เพิ่มความยืดหยุ่น ส่วนคอมพาวด์ปราศจากฮาโลเจนใช้ในอาคาร อุโมงค์ และระบบขนส่ง ที่แรงดันต่ำ ความหนาของฉนวนเป็นเรื่องทางกลเป็นหลัก ที่แรงดันปานกลางและแรงดันสูง ความหนาถูกกำหนดโดยความเครียดทางไฟฟ้า — นี่คือเหตุผลที่การขยับขึ้นหนึ่งระดับแรงดันเปลี่ยนสายเคเบิลทั้งเส้น อ่านเพิ่มเติมใน PVC, XLPE, EPR หรือ LSZH

4. ชีลด์ฉนวน (แรงดันปานกลางขึ้นไป)

ชั้นกึ่งตัวนำชั้นที่สองที่หุ้มฉนวนทำให้ฉนวนอยู่ระหว่างผิวเรียบสองผิวที่มีศักย์เท่ากัน แบบยึดติดหรือแบบลอกได้? ฟังดูเป็นรายละเอียดเล็กน้อย แต่มีผลต่อวิธีการต่อสายและอุปกรณ์ประกอบ การไฟฟ้าจึงมักระบุไว้

5. ชีลด์โลหะหรือเปลือกโลหะ

ชีลด์โลหะจำกัดสนามไฟฟ้า นำกระแสประจุ และ — ปัจจัยหลักในการออกแบบ — นำกระแสลัดวงจรลงดิน ลวดทองแดง เทปทองแดง เปลือกตะกั่ว แผ่นลามิเนตโลหะ และเปลือกอะลูมิเนียม มีอยู่ด้วยเหตุผลต่างกัน: ความสามารถรับกระแสลัดวงจร การกันน้ำในแนวรัศมี น้ำหนัก และต้นทุน ระดับกระแสลัดวงจรที่สูงขึ้นหมายถึงโลหะในชีลด์มากขึ้น และในวงจรสายแกนเดี่ยว นั่นอาจหมายถึงการสูญเสียที่มากขึ้นและพิกัดกระแสที่ลดลง

6. วัสดุอุดช่องว่าง เทปพันยึด และเปลือกหุ้มชั้นใน (สายเคเบิลหลายแกน)

วัสดุอุดช่องว่างและเทปพันยึดทำให้แกนที่ตีเกลียวรวมกันมีรูปทรงกลม เพื่อให้ชั้นถัดไปวางบนผิวที่เป็นวงกลม เปลือกหุ้มชั้นในหรือชั้นรองพื้นปกป้องแกนจากเกราะ ชั้นที่ "มองไม่เห็น" เหล่านี้ยังคงใช้วัสดุและเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลาง

7. เกราะ

เกราะให้การป้องกันทางกล และบางครั้งเป็นเส้นทางลงดินด้วย ลวดเหล็กเป็นค่าเริ่มต้นสำหรับสายเคเบิลหลายแกนแบบฝังดิน ลวดอะลูมิเนียมใช้กับสายเคเบิล AC แกนเดี่ยว ซึ่งเหล็กที่เป็นแม่เหล็กจะทำให้เกิดการสูญเสียสูง เทปเหล็กให้ความต้านทานแรงกดทับ ส่วนลวดถักเหมาะกับสายเคเบิลอ่อนและสายเคเบิลสำหรับเรือ ขนาดเกราะเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางที่อยู่ข้างใต้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงในชั้นด้านในอาจผลักแบบไปสู่ขนาดเกราะอื่นอย่างเงียบ ๆ

8. เปลือกหุ้มชั้นนอก

เปลือกหุ้มชั้นนอกปกป้องทุกอย่างที่อยู่ข้างใต้จากความชื้น การขูดขีด สารเคมี แสงแดด และในบางตลาดจากปลวกและสัตว์ฟันแทะ PVC พอลิเอทิลีน และคอมพาวด์ปราศจากฮาโลเจน ต่างมีที่ทางของตัวเอง เช่นเดียวกับเกราะ ความหนาของเปลือกหุ้มมักขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางที่อยู่ข้างใต้

ข้อคิดสำคัญ: สายเคเบิลคือห่วงโซ่ของการพึ่งพา

1. ขนาดตัวนำกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางตัวนำ
2. แรงดัน (และที่แรงดันต่ำคือขนาดตัวนำด้วย) กำหนดฉนวน
3. เส้นผ่านศูนย์กลางเหนือฉนวนกำหนดชีลด์และเส้นผ่านศูนย์กลางการตีเกลียวรวม
4. เส้นผ่านศูนย์กลางใต้เกราะเป็นตัวเลือกเกราะ
5. เส้นผ่านศูนย์กลางใต้เปลือกหุ้มกำหนดเปลือกหุ้ม
6. ทั้งหมดรวมกันให้เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก น้ำหนัก รัศมีการโค้งงอ ความยาวต่อม้วน และรายการวัสดุ

เปลี่ยนข้อมูลนำเข้าเพียงหนึ่งอย่าง — ตัวนำที่ใหญ่ขึ้น แรงดันที่สูงขึ้น แกนเพิ่มอีกหนึ่ง — แล้วทุกชั้นที่อยู่เหนือขึ้นไปจะเปลี่ยนตาม

ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในทางปฏิบัติ

• แบบที่คัดลอกแล้วแก้ไข สายเคเบิลที่ "คล้ายกัน" ถูกคัดลอกในสเปรดชีตแล้วแก้ไขไม่กี่เซลล์ เกราะหรือเปลือกหุ้มที่ถูกต้องสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเดิม ตอนนี้กลับผิดอย่างเงียบ ๆ
• ปะปนกฎของสายแกนเดี่ยวและสายหลายแกน เช่น เกราะเหล็กในวงจร AC แกนเดี่ยว
• ละเลยชีลด์ในการคำนวณพิกัดกระแส ขนาดชีลด์ที่กำหนดโดยกระแสลัดวงจรจะเปลี่ยนการสูญเสียและพิกัดกระแสในวงจรสายแกนเดี่ยว
• ดาต้าชีตที่คลาดเคลื่อนจากแบบ ดาต้าชีตถูกแก้ไขด้วยมือ และไม่ตรงกับสิ่งที่โรงงานจะผลิตอีกต่อไป

ออกแบบตามมาตรฐาน ทุกครั้ง

มาตรฐานกำหนดกฎเหล่านี้ไว้เป็นส่วนใหญ่ การเข้ารหัสกฎเหล่านี้เพียงครั้งเดียว — แล้วนำไปใช้กับทุกแบบใหม่ — จะเปลี่ยนการออกแบบสายเคเบิลจากงานที่ทำด้วยมือและเสี่ยงต่อความผิดพลาด ให้เป็นกระบวนการที่ทำซ้ำได้

นั่นคือสิ่งที่ CablePLM ทำ ชุดมาตรฐาน แต่ละชุดเข้ารหัสกฎของมาตรฐานนั้นเป็นวิธีคำนวณที่มีการกำหนดเวอร์ชัน ป้อนแรงดัน ตัวนำ ชีลด์ เปลือกหุ้ม และมาตรฐาน แล้วคุณจะได้โครงสร้างทีละชั้นที่สมบูรณ์ รายการวัสดุ ดาต้าชีต และพิกัดกระแสตาม IEC 60287 — โดยทุกค่าถูกระบุว่าเป็นข้อมูลมาตรฐานหรือค่าประมาณ

ถัดไป: IEC 60502-1 สำหรับสายเคเบิลไฟฟ้ากำลังแรงดันต่ำ

ต้องการเห็นกลุ่มผลิตภัณฑ์สายเคเบิลของคุณเองถูกสร้างขึ้นด้วยวิธีนี้หรือไม่? จองการสาธิต