Cáp điện là gì? Giải thích các loại cáp điện khác nhau

một là gì Cáp điện - Định nghĩa và xây dựng cốt lõi

A cáp điện là tập hợp một hoặc nhiều dây dẫn điện cách điện được bọc trong lớp vỏ bảo vệ bên ngoài, được thiết kế để truyền năng lượng điện từ nguồn đến tải. Không giống như cáp tín hiệu hoặc cáp dữ liệu - mang điện áp và dòng điện mức thấp để truyền thông tin - cáp nguồn được thiết kế đặc biệt để xử lý khả năng mang dòng, ứng suất điện áp và các điều kiện nhiệt liên quan đến phân phối điện và cung cấp thiết bị.

Cấu trúc cơ bản của cáp điện bao gồm ba lớp chức năng. các nhạc trưởng - thường là đồng hoặc nhôm rắn hoặc bị mắc kẹt - cung cấp đường dẫn dòng điện trở thấp. các cách nhiệt Lớp bao quanh dây dẫn chịu được điện áp làm việc, ngăn ngừa rò rỉ dòng điện sang dây dẫn liền kề hoặc các kết cấu xung quanh. các áo khoác ngoài hoặc vỏ bọc bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi hư hỏng cơ học, độ ẩm, hóa chất, bức xạ UV và các yếu tố môi trường khác liên quan đến môi trường lắp đặt.

Giữa lớp cách điện và vỏ bọc, nhiều cấu trúc cáp điện bao gồm các lớp bổ sung: màn chắn hoặc tấm chắn kim loại cho cáp trung thế và cao thế quản lý sự phân bố điện trường xung quanh dây dẫn; các lớp bọc thép bằng dây thép hoặc băng thép cung cấp sự bảo vệ cơ học cho việc chôn trực tiếp hoặc sử dụng trong công nghiệp nặng; và vật liệu độn duy trì mặt cắt tròn của cáp và ngăn chặn sự di chuyển của hơi ẩm bên trong. Sự kết hợp cụ thể của các lớp này xác định điện áp định mức, công suất dòng điện, phương pháp lắp đặt và môi trường sử dụng của cáp — đó là lý do tại sao việc hiểu rõ các loại cáp điện khác nhau lại quan trọng trước khi chỉ định hoặc mua sắm.

Các loại cáp nguồn khác nhau theo cấp điện áp

Cách phân loại cơ bản nhất của các loại cáp điện là theo định mức điện áp, vì điện áp xác định độ dày cách điện cần thiết, thiết kế màn chắn và các yêu cầu lắp đặt. Ba loại điện áp chính được sử dụng trong tiêu chuẩn quốc tế là:

• Cáp điện áp thấp (LV) - lên đến 1 kV: Được sử dụng để xây dựng hệ thống dây điện, kết nối thiết bị, hệ thống dây điện bảng công nghiệp và mạch phân phối cuối cùng. Cấu trúc tương đối đơn giản: dây dẫn cách điện, thường có vỏ ngoài bằng PVC hoặc LSOH, không có màn chắn kim loại. Các tên gọi phổ biến bao gồm NYY, YJV (Trung Quốc), N2XY (IEC) và THHN/THWN (Bắc Mỹ). Mặt cắt dây dẫn có phạm vi từ 1,5 mm2 đối với mạch chiếu sáng đến 400 mm2 hoặc lớn hơn đối với các nguồn cấp điện phân phối chính.
• Cáp trung thế (MV) — 1 kV đến 35 kV: Được sử dụng cho mạng lưới phân phối tiện ích, máy cấp liệu cho cây công nghiệp, hệ thống thu gom năng lượng mặt trời và gió và phân phối đô thị ngầm. Cáp MV yêu cầu màn chắn dây dẫn, màn chắn cách điện và vỏ kim loại hoặc màn chắn dây để kiểm soát điện trường và ngăn ngừa phóng điện cục bộ. Lớp cách nhiệt XLPE (polyethylene liên kết ngang) đã thay thế phần lớn lớp cách nhiệt bằng giấy-dầu trong lắp đặt MV mới do trọng lượng lắp đặt thấp hơn, không có nguy cơ rò rỉ dầu và việc nối dễ dàng hơn.
• Cáp cao thế (HV) và siêu cao áp (EHV) - trên 35 kV: Được sử dụng để truyền tải điện số lượng lớn, kết nối tàu ngầm và cáp ngầm ở các khu vực đô thị đông đúc, nơi đường dây trên không không khả thi. Việc xây dựng trở nên phức tạp hơn đáng kể ở các mức điện áp này, đòi hỏi lớp cách điện được ép đùn chính xác với hàm lượng khoảng trống cực thấp, vỏ bọc bằng chì hoặc nhôm để loại trừ độ ẩm và kiểm soát cẩn thận độ nhẵn của bề mặt dây dẫn và màn chắn cách điện để tránh tăng cường điện trường tại các khuyết tật. Cáp cách điện XLPE hiện hoạt động ở mức điện áp lên tới 525 kV trong dịch vụ thương mại.

Các loại cáp điện khác nhau theo vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện là trục chính thứ hai mà các loại cáp điện phân ra, vì nó xác định mức nhiệt độ, khả năng kháng hóa chất, tính linh hoạt, hiệu suất cháy và trạng thái lão hóa lâu dài. Các hệ thống cách nhiệt chủ yếu được sử dụng hiện nay là:

• PVC (Polyvinyl clorua): Chất cách điện được sử dụng rộng rãi nhất cho cáp LV trên toàn cầu. Tiết kiệm, dễ xử lý và có sẵn nhiều công thức hỗn hợp đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ và độ linh hoạt khác nhau. Chất cách điện PVC tiêu chuẩn được đánh giá ở nhiệt độ dây dẫn 70°C; lớp chịu nhiệt đạt tới 90 ° C. Những hạn chế chính là hiệu suất kém ở nhiệt độ thấp (trở nên giòn dưới -15°C đến -20°C), giải phóng khí hydro clorua ăn mòn khi đốt và tổn thất điện môi tương đối cao ở điện áp cao - đó là lý do tại sao PVC không được sử dụng trên 6 kV.
• XLPE (Polyethylene liên kết ngang): Hiện nay, vật liệu cách điện tiêu chuẩn cho cáp MV, HV và EHV cũng như ngày càng được sử dụng nhiều trong cáp LV. Liên kết ngang chuyển đổi polyetylen nhựa nhiệt dẻo thành vật liệu nhiệt rắn giữ được các đặc tính của nó ở nhiệt độ cao - Cáp XLPE thường được đánh giá ở nhiệt độ liên tục 90°C và 250°C trong điều kiện ngắn mạch, cao hơn đáng kể so với PVC. XLPE cũng mang lại tổn thất điện môi thấp hơn, khả năng chống ẩm tốt hơn và khả năng chống lão hóa lâu dài vượt trội so với PVC. Sự đánh đổi là chi phí vật liệu cao hơn và quy trình ép đùn đòi hỏi khắt khe hơn.
• EPR (Cao su ethylene propylene): Chất cách nhiệt bằng cao su nhiệt rắn mang lại sự linh hoạt tuyệt vời trong phạm vi nhiệt độ rộng (-50°C đến 90°C), khả năng chống ozon và tia cực tím vượt trội, đồng thời hoạt động rất tốt trong điều kiện ẩm ướt. EPR là vật liệu cách nhiệt được ưa chuộng cho các loại cáp ngoài khơi, hàng hải và khai thác mỏ, nơi kết hợp các uốn cong lặp đi lặp lại, môi trường ẩm ướt và nhiệt độ khắc nghiệt. Chi phí cao hơn và tổn thất điện môi cao hơn một chút so với XLPE đã hạn chế việc sử dụng nó trong lắp đặt cáp tĩnh điện.
• LSOH/LSZH (Halogen không khói thấp): Không phải một vật liệu đơn lẻ mà là một loại hợp chất — lớp cách nhiệt và vỏ bọc dựa trên polyolefin được thiết kế để tạo ra lượng khói tối thiểu và không có khí chứa halogen khi đốt cháy. Bắt buộc hoặc được ưu tiên đặc biệt trong các không gian hạn chế bao gồm đường hầm, hệ thống tàu điện ngầm, nền tảng ngoài khơi, trung tâm dữ liệu và các tòa nhà công cộng, nơi việc sơ tán trong tình huống hỏa hoạn phụ thuộc vào việc duy trì tầm nhìn và không khí thoáng khí. Các hợp chất LSOH được sử dụng làm cả lớp cách điện và lớp vỏ ngoài trong cáp LV cho những môi trường này.
• Cách điện khoáng (cáp MICC): Dây dẫn bằng đồng được bao quanh bởi bột oxit magiê được nén chặt trong một ống đồng liền mạch. Cáp cách điện bằng khoáng chất vốn có khả năng chống cháy — chúng tiếp tục hoạt động ở nhiệt độ lên tới 1.000°C — khiến chúng trở thành loại cáp cần thiết cho các mạch quan trọng về hỏa hoạn, bao gồm hệ thống chiếu sáng khẩn cấp, hệ thống báo cháy và nguồn cung cấp bơm phun nước ở nhiều quy chuẩn xây dựng quốc gia.

Chọn cáp nguồn phù hợp: Phương pháp lắp đặt và các yếu tố môi trường

Ngoài cấp điện áp và vật liệu cách điện, môi trường lắp đặt còn xác định những tính năng cáp bổ sung nào được yêu cầu. Tiết diện dây dẫn và loại cách điện giống nhau có thể phù hợp hoặc hoàn toàn không phù hợp tùy thuộc vào cách thức và vị trí lắp đặt cáp.

Chôn cất trực tiếp trong đất cần có cáp bọc thép (bọc dây thép hoặc bọc băng thép) để chống lại hư hỏng cơ học do chuyển động và đào đất trên mặt đất, hoặc lắp đặt trong ống dẫn để bảo vệ cơ học. Cáp chôn trực tiếp cũng yêu cầu vỏ bọc bên ngoài chống tia cực tím nếu bất kỳ phần nào của đường dây nằm trên mặt đất và kết cấu chống ẩm để ngăn nước xâm nhập qua nhiều thập kỷ sử dụng.

Máng cáp và hệ thống lắp đặt ngoài trời trong các nhà máy công nghiệp ưu tiên khả năng chống cháy và dễ dàng kiểm tra, thay thế. Cáp nhiều lõi có vỏ bọc ngoài LSOH hoặc FR-PVC trên hệ thống thang cáp là tiêu chuẩn. Khi cáp chạy song song trên các khay, hệ số giảm dòng điện - thường là 0,7–0,85 xếp hạng cáp đơn tùy thuộc vào nhóm - phải được áp dụng để tính đến hiện tượng nóng lên lẫn nhau giữa các cáp liền kề.

Cáp linh hoạt và kéo dài đối với máy móc di động, cần cẩu và thiết bị cầm tay yêu cầu dây dẫn sợi mịn (Cấp 5 hoặc Cấp 6 theo IEC 60228) và lớp cách điện cũng như vỏ bọc bằng cao su hoặc TPE có độ dẻo cao có thể chịu được uốn cong nhiều lần mà không bị nứt do mỏi. Các loại cáp này được xếp hạng cho bán kính uốn tối thiểu xác định và số chu kỳ uốn hữu hạn - việc chỉ định cáp lắp đặt cố định trong ứng dụng uốn là một trong những lỗi lựa chọn phổ biến và gây hậu quả nhất trong kỹ thuật điện công nghiệp.

Cáp ngầm và cáp ngoài khơi kết hợp đồng thời nhiều yêu cầu bảo vệ: chịu áp lực ở độ sâu, kháng hóa chất trong nước biển, bảo vệ cơ học chống lại lực cản của neo và ngư cụ, đồng thời trong trường hợp cáp ngầm AC dài, quản lý dòng sạc điện dung cẩn thận. Cáp ngầm DC (HVDC) điện áp cao đã trở thành tiêu chuẩn cho các kết nối xuất khẩu trang trại gió dài ngoài khơi một cách chính xác vì truyền tải DC giúp loại bỏ tổn thất dòng sạc khiến cáp ngầm AC dài không thể thực hiện được nếu vượt quá khoảng 80–100 km.