Kabel Daya Berisolasi XLPE: Peringkat & Pengujian

Peringkat Tegangan dan Tingkat Isolasi

Kabel daya berinsulasi XLPE are manufactured to defined voltage classes that specify the phase-to-phase and phase-to-ground withstand capabilities. The most common medium-voltage designations under IEC 60502-2 are 6/10 kV, 8.7/15 kV, 12/20 kV, and 18/30 kV, where the first figure represents the rated phase-to-ground voltage and the second the rated phase-to-phase voltage. A cable designated 8.7/15 kV must withstand a power-frequency test voltage of 30,5 kV selama lima menit selama pengujian penerimaan pabrik, memverifikasi integritas lapisan insulasi yang diekstrusi.

Memilih peringkat voltase yang benar memerlukan pencocokan kabel dengan voltase pengoperasian kontinu maksimum sistem dan durasi gangguan ground yang diharapkan. Untuk sistem 12 kV dimana gangguan tanah dapat diatasi dalam waktu satu detik, kabel 6/10 kV mungkin berukuran terlalu kecil jika tegangan lebih transien dipertimbangkan. Skala ketebalan insulasi dengan kelas voltase: fitur kabel daya berinsulasi XLPE 15 kV yang khas Insulasi XLPE 4,5 mm , sedangkan kabel 35 kV meningkatkannya menjadi kira-kira 8,4 mm . Ketebalan tambahan ini secara langsung mempengaruhi diameter keseluruhan kabel, kekakuan lentur, dan perhitungan tegangan tarik yang diperlukan selama pemasangan.

Daya Dukung Saat Ini dan Faktor Derating

Kapasitas kabel daya berinsulasi XLPE bukanlah angka tunggal yang tetap. Ini bergeser berdasarkan metode pemasangan, suhu lingkungan, resistivitas termal tanah, dan kedekatan sirkuit di sekitarnya. Kabel XLPE tembaga 3-inti 240 mm² yang dirancang untuk penguburan langsung dapat dibawa 480 A pada suhu konduktor 90°C dalam isolasi, namun angka ini turun secara signifikan bila kabel dipasang pada saluran dengan empat sirkuit berbeban lainnya dan resistivitas termal tanah sebesar 1,2 K·m/W dibandingkan dengan asumsi 1,0 K·m/W.

Tabel di bawah menyajikan faktor penurunan daya yang umum diterapkan pada kabel daya berinsulasi XLPE yang dipasang dalam berbagai konfigurasi, berdasarkan pedoman IEC 60364-5-52.

Efek kumulatif dari berbagai faktor penurunan bersifat multiplikatif. Kabel di bank saluran empat sirkuit dengan suhu tanah yang tinggi mungkin akan mengalami pengurangan ampacity efektif menjadi 270 A atau kurang , hampir setengah dari rating udara bebasnya. Material pengurukan termal dengan resistivitas rendah, seperti pasir yang diikat dengan semen atau grout yang direkayasa secara khusus di sekitar tepi saluran, menjadi langkah mitigasi yang penting untuk memulihkan kapasitas yang hilang tanpa memperbesar penampang konduktor.

Toleransi Pemasangan dan Batas Penarikan

Pemasangan kabel daya berinsulasi XLPE di lapangan memerlukan kepatuhan yang ketat terhadap jari-jari tekukan minimum dan tegangan tarikan maksimum. Radius lentur minimum untuk kabel XLPE inti tunggal selama pemasangan biasanya 15 kali diameter keseluruhan kabel , meningkat menjadi 12 kali lipat untuk kabel tiga inti. Melebihi radius ini menyebabkan kerusakan permanen pada struktur insulasi XLPE: radius dalam terkompresi sementara radius luar meregang, berpotensi menciptakan rongga mikro yang berkembang menjadi lokasi pelepasan sebagian di bawah tegangan operasi.

Menarik batas tegangan melindungi konduktor dan insulasi dari kerusakan mekanis selama pemasangan kabel. Ketegangan tarikan maksimum untuk kabel XLPE konduktor tembaga tidak boleh melebihi 50 N per milimeter persegi penampang konduktor . Untuk konduktor tembaga berukuran 300 mm², ini berarti gaya tarik yang diijinkan sebesar 15.000 N. Ketegangan ini harus dihitung sepanjang jalur tarikan yang direncanakan, termasuk peningkatan gesekan pada setiap tikungan saluran. Pelumas kabel yang kompatibel dengan bahan jaket XLPE, biasanya berupa bentonit atau gel berbahan dasar polimer, mengurangi koefisien gesekan hingga kira-kira 0,25 hingga 0,35 , secara substansial menurunkan gaya tarik yang dibutuhkan. Tekanan dinding samping tempat kabel menempel pada bagian dalam tikungan saluran juga harus diperiksa, dengan batas tipikal sebesar 1.500 N per meter radius tikungan untuk kabel XLPE untuk mencegah deformasi isolasi.

Praktik Pengakhiran dan Penyatuan

Titik-titik di mana kabel daya berinsulasi XLPE tersambung ke switchgear atau menyambung ke bagian kabel lain mewakili lokasi kegagalan statistik tertinggi di jaringan mana pun. Terminasi yang dilaksanakan dengan benar akan merekonstruksi kontrol tegangan listrik yang disediakan oleh layar insulasi yang diterapkan oleh pabrik. Titik potong layar menciptakan wilayah tegangan listrik yang tinggi, dan tabung pengatur tegangan atau kerucut tegangan geometris harus menilai potensi ini dengan lancar dari tegangan konduktor ke potensial tanah sepanjang panjang terminasi.

Pengakhiran heat-shrink untuk kabel XLPE 15 kV memerlukan persiapan yang metodis: selubung luar dilepas untuk memperlihatkan pelindung logam, pelindung dipotong sesuai dimensi yang ditentukan, layar insulasi dikupas kembali untuk memperlihatkan XLPE yang bersih, dan permukaan insulasi diampelas halus dengan butiran abrasif yang ditentukan oleh produsen terminasi. Tanda goresan apa pun yang tertinggal di permukaan XLPE akibat pemotongan pisau yang ceroboh selama pelepasan saringan menjadi titik awal pelepasan sebagian. Damar wangi atau pipa pengatur tegangan biasanya harus tumpang tindih dengan tepi layar dengan jarak yang ditentukan pabrikan 15 mm hingga 25 mm , untuk memastikan garis medan listrik dibiaskan dengan lancar tanpa pelacakan permukaan. Setelah pemasangan, lug terminasi harus dikerutkan dengan cetakan heksagonal yang disesuaikan dengan kelas konduktor dan penampang melintang, menerapkan kompresi yang cukup untuk mencapai las dingin kedap gas antara laras lug dan untaian tembaga.

Pengujian dan Komisioning Lapangan

Menguji kabel daya berinsulasi XLPE setelah pemasangan tetapi sebelum pemberian energi adalah gerbang terakhir yang mengetahui cacat pengerjaan, kerusakan pengangkutan, dan kesalahan terminasi. Uji commissioning yang diterima untuk sirkit XLPE tegangan menengah baru adalah a bentuk gelombang sinusoidal frekuensi sangat rendah pada 0,1 Hz , diterapkan dengan durasi 30 hingga 60 menit. Untuk kabel 15 kV dengan rating fase-ke-tanah 8,7 kV, tegangan uji VLF biasanya diatur ke 2,0 hingga 3,0 U₀ , setara dengan puncak sekitar 18 kV hingga 26 kV.

Pengujian DC potensi tinggi, yang pernah menjadi praktik standar, telah ditinggalkan untuk kabel daya berinsulasi XLPE karena akan menyimpan muatan ruang dalam insulasi yang dapat memicu kegagalan dalam layanan setelah kabel disambungkan kembali ke AC. Tes VLF, dikombinasikan dengan pengukuran tan delta pada beberapa langkah tegangan, memberikan dasar diagnostik. Kabel XLPE yang baru dan sehat seharusnya menunjukkan nilai tan delta di bawah 0,2 × 10⁻³ dengan variasi minimal antara langkah tegangan. Kabel apa pun yang menunjukkan tan delta melebihi ambang batas ini, atau peningkatan perubahan bertahap antara level tegangan berturut-turut, menunjukkan kontaminasi, masuknya uap air, atau cacat ekstrusi yang memerlukan penyelidikan dan kemungkinan penggantian kabel sebelum sirkuit dioperasikan.

Pemantauan Penuaan dan Kondisi Jangka Panjang

Insulasi XLPE terdegradasi melalui dua mekanisme utama: penuaan termal akibat pengoperasian berkelanjutan pada atau mendekati batas 90°C, dan pertumbuhan pohon air di hadapan kelembapan dan tekanan listrik. Senyawa XLPE modern menggunakan bahan aditif yang tahan terhadap air, namun kabel yang diproduksi sebelum formulasi ini digunakan secara luas pada tahun 1990an masih tetap rentan. Program pemantauan kondisi menggunakan pemetaan pelepasan sebagian dan spektroskopi dielektrik untuk mengidentifikasi kabel daya berinsulasi XLPE yang sudah tua sebelum rusak dalam layanan.

Pengukuran pelepasan sebagian, yang dilakukan dengan penggandeng kapasitif pada terminasi atau trafo arus frekuensi tinggi di sekitar sambungan kabel pembumian, mendeteksi pelepasan muatan dengan besaran muatan serendah mungkin. 5 sampai 10 picocoulomb . Kabel yang menunjukkan tegangan awal pelepasan sebagian di bawah 1,3 kali tegangan operasi mendekati kondisi di mana kemungkinan terjadinya kesalahan dalam satu hingga tiga tahun ke depan. Untuk sirkuit kritis, sistem pemantauan pelepasan sebagian online yang dipasang secara permanen di terminasi switchgear memberikan pengawasan berkelanjutan terhadap kondisi kabel daya berinsulasi XLPE, memicu alarm ketika aktivitas pelepasan berubah besaran atau laju pengulangannya. Data ini memungkinkan manajer aset untuk menjadwalkan penghentian yang direncanakan untuk penggantian kabel daripada merespons kesalahan darurat yang mengganggu produksi atau penyampaian layanan.