كابل هاي فشارقوي الكتريكي عايق شده توسط پليمر (Polymer-Insulated يا PE)

[engeneer_19]

با تقاضاي رو به افزايش براي انرژي الكتريكي، ولتاژهاي انتقال نيز رو به افزايشند. انتقال توان زياد به مسافت هاي دور، كه به علت مبادله قدرت بين كشورها مي باشد، نياز به كابل هاي فشارقوي موثري دارد تا در مناطق شهري يا براي عبور زير زميني يا دريايي استفاده شود. امروزه ولتاژ عملياتي كابل هاي فشارقوي الكتريكي توليدي تا 500 kV افزايش يافته است.كابل هاي الكتريكي polymer-insulated يا PE ضرورتا حاوي هادي فلزي با مقاومت پايين كه توسط پليمر عايق سازي شده است هستند. اين عايق هادي ها را از يكديكر و اطرافشان جدا مي كند. يك غلاف(sheath or jacket) كه بدوا بسته به خواص مكانيكي قالب ريزي شده از كابل مقابل محيط محافظت مي كند. محتويات عمده ي ديگر ميتوانند شامل لايه هاي نيمه هادي، screen فلزي، سيم فلزي تقويت كننده، و لايه ي بلوكه كننده ي آب. اگرچه يك تحول محتمل از مواد با خاصيت ابررسانايي ساختار سيستم انتقال نيرو را دگرگون خواهد كرد متخصصان استعمال گسترده ي آن را تا 20-10 سال آينده عملي نمي دانند. در حال حاضر تكنولوژي كابل هاي فشارقوي توسط گذار از پوشش كاغذي معمول گذشته،كاغذ آغشته به روغن تحت فشار كه مشكلاتي از قبيل اتلاف عايقي بالا، مخارج عملكرد بالا و آلودگي و ... دارد ،به داي الكتريك اكسترود شده ي مصنوعي (extruded synthetic dielectric) مشخص مي شود.


water treeing يكي از مهمترين عيوب در عملكرد كابل هاي MV و HV است و از اين رو طراحي،ساختمان و مواد مورد استفاده به گونه اي كه از نفوذ آب،به ويژه در كابل هاي زير زميني و زير آبي، جلوگيري كنند مهم مي باشد.[1-9]
اگرچه ساختمان هاي بسيار متفاوتي از كابل هاي فشارقوي در بازار موجود هستند اما تمامي آنها داراي قسمت هاي ضروري زير هستند:
* هادي ها
* شيلد هاي نيمه هادي
* عايق ها


هادي ها:
هادي ها سيم هاي مسي با آلومينيمي هستند كه مي توانند مفتولي (solid) يا افشان (stranded) باشند. هادي هاي افشان براي بالا بردن انعطاف پذيري كابل استفاده مي شوند. به علاوه مي توانند maximum electrical stress را تا 20% افزيش دهند. در اين هادي ها، آب ميتواند در جهت طولي در خلل و فرج ها و فضاهاي ميان رشته ها به راحتي نفوذ (شارش) كند. جلوگيري از نفوذ طولي آب توسط پر كردن خل و فرج ها با تركيبي از پلاستيك يا سوار كردن مواد جذب كننده ي آب (نمگير = hygroscopic) درون رشته هاي هادي بدست مي آيد. راه ديگر! استفاده از هادي هاي مفتولي (solid) است كه خلل و فرجي ندارند. براي مس، هادي هاي مفتولي بالاي شماره 1AWG عملي نيستند. در آلومينيم drawn حالت معمول كاملا سخت بودن است. وقتي آلومينيم به جاي draw شدن extrude مي شود، حالتي نرم پيدا مي كند. استانداردهاي آمريكايي هادي مفتولي آلومينيمي را نمي شناسند اما اين هادي ها در اروپا استاندارد هستند. كابل هاي فشارقوي مي توانند داراي يك يا چند هادي درون كر (core) باشند. در هادي هاي چند كره (چند هسته اي)، فاصله ي مناسب ميان هادي ها بايد از فرمول هاي مرتبط در تنش هاي الكتريكي محاسبه گردد. شكل دادن به هادي ها فرآيندهايي چون drawing، فشرده كردن، گداخته كردن (annealing)، پوشانيدن (قلع كاريtinning و روكش كاري كردنplating)، باندل كردن (bunching) و افشان كردن را در بر مي گيرد.

شيلد هاي نيمه هادي
تحقيق روي شيلد هاي نيمه هادي در توسعه ي كابل هاي فشارقوي نقشي اساسي را بازي كرده است. در كابل هاي فشارقوي، مواد نيمه هادي به منظور جلوگيري از تخليه ي جزئي در فصل مشترك بين عايق و هادي و بين عايق و لايه ي خارجي شيلد كننده مورد استفاده قرار گرفته اند و به علاوه تنش هاي الكتريكي را در لايه ي عايقي تعديل مي كند. آنها ميدان الكتريكي يكنواختي حول عايق با كاهش دادن گراديان پتانسيل روي سطح هادي هاي افشان و درون شيلد فلزي، فراهم مي كنند و از تخليه هاي جزئي (كرونا) در سطح هادي هاي افشان و عايق با نگهداشتن تماسي نزديك بين سطوح داخلي و خارجي عايق جلوگيري مي كنند. همچنين آن ها حفاظتي در مقابل آسيب هاي بوجود آمده از گرم شدن هادي در اتصال كوتاه ها ايجاد مي كنند. مشخص شده است كه تحمل داي الكتريكي عايق به مقاومت حجمي (volume resistivity) ماده ي نيمه هادي وابسته است. فاكتورهاي ديگر نيز – چون پلاريته، نوع و مقدار كراسلينك كردن ماده ي نيمه هادي – تنها اثري جزئي روي تحمل داي الكتريكي دارند. ناخالصي ها مي توانند باعث بيشتر شدن پديده ي درخت آبي شوند.در كابل هاي قدرت، كوپليمر هاي(copolymers) اتيلني پر شده با Carbon Black هادي (CB)، مانند اتيلن ونيل استات و اتيلن اتيل استات، به طور متداول به عنوان لايه ي نيمه هادي استفاده مي شوند. فاكتورهايي چون مقدار CB، كيفيت مخلوط كردن و دما (توسعه ي شبكه ي CB را متاثر مي كند) تاثير روي ويژگي هاي نيمه هادي هاي پر شده با CB مي گذارد. افزايش بارگذاري CB و دماي فرآيند مقاومت حجمي (volume resistivity) را كاهش مي دهد كه cmاست و نبايد از 4^10 اهم cm تجاوز كندمعمولا بين 10 و 100 اهم .


عايق سازي

الف) XLPEپلي اتيلن (PE) ترموپلاستي (نرمش پذير دراثر حرارت) پليمري نيمه بلورين semicrystalline است كه داراي ويژگي هاي الكتريكي خوب مي باشد (ضريب داي الكتريك پايين، تلفات داي الكتريكي پايين، استحكام عايقي بالا) به همراه خصوصيات دلخواهي چون تافنسtoughness مكانيكي و انعطاف پذيري،مقاوم در برابر مواد شيميايي، فرآيند پذير، و ارزان قيمت بودن. اين خصوصيات آن را انتخابي دلخواه براي عايق سازي كابل هاي قدرت مي كند و اين در حالي است كه عيب عمده ي آن كه دماي ذوب پايين آن است تاثيري در تصميم ما نمي گذارد.اين عيب دماي عملياتي را به C °75 محدود مي كند. براي بهبود اين خصوصيت، PE كراسلينك مي شود (XLPE). كراس لينك كردن دماي ماكزيمم عملياتي را تا C °90 و دماي اضطراري را تا C °130 و ماكزيمم دماي اتصال كوتاه را (گذرا) تا C °250 بالا مي برد. گراس لينك كردن همچنين استحكام ضربه اي، پايداري اندازه، استحكام كششي، خصوصيات حرارتي و مقاومت شيميايي را بالا مي برد و خصوصيات الكتريكي، پيري و مقاومت در برابر حل شدن پلي اتيلن را بهتر مي كند.

[hengameh]

اینم یه سری اطلاعات کلی از کابل ها:
هر نوع هادی كه جریان برق را از خود عبور داده و توسط موادی از محیط اطراف خود عایق شده باشد را كابل مینامند مهمترین و بیشترین عایقی كه در ساختمان كابلها بكار میرود عبارتند از P.V.C (پلی وی نیل كلراید) كه پرتو دور یا پلاستیك نامیده میشود. P.V.C عایقی غیر قابل اشتعال است و این مزیت خوبی در كابلها میباشد دارای انعطاف پذیری زیادی میباشد .و تنها عیب أن این است كه در درجه حرارت حدود صفر و زیر صفر از أن نمیتوان برای عملیات كابل كشی مورد .استفاده قرار داد مواردی مانند ارزانی تولید انبوه و سادگی ساخت باعث شده كه بیش از 90 در صد كابلهای فشار ضعیف از این عایق درست شوند.

http://up.iranblog.com/2162/1270185376.jpg


چند نكته مهم و كوتاه:
مقاومت: عبارت است از عكس ال عملی كه هر عنصر با توجه به ساختمان اتمی و تعداد الكترون لایه آخر در مقابل عبور جریان یا حركت الكترونها از خود نشان میدهد مقاومت با طول هادی نسبت مستقیم و با سطح مقطع نسبت عكس دارد . برای اندازه گیری مقاومت فلزات یك متر از آنرا به سطح مقطع یك میلیمتر مربع انتخاب كرده و مقاومت آنرا اندازه گیری میكنند (جداول آماده برای همه فلزات وجود دارد) كه به آن مقاومت مخصوص میگویم و برحسب اهم است. وقتی میگوییم مقاومت یك فلز با طول آن نسبت مستقیم دارد یعنی هرچه طول بیشتر باشد مقاومت هم بیشتر میشود L1
و وقتی میگوییم مقاومت با سطح مقطع نسبت عكس دارد یعنی هر چه سطح مقطع بزرگتر باشد مقاومت كمتر است (L1=L2 S1 نتیجه R1 )واحد مقاومت اهم میباشد كه با حرف یونانی امگا نمایش میدهند.
هدایت الكتریكی عكس مقاومت است هرچه مقاومت بیشتر باشد هدایت كمتر است و واحد أن مو میباشد.
G=1/R
مثال: مقاومت یك سیم به طول 100 متر و به سطح مقطع 2 میلیمتر مربع؟
R=A*L/S
R=0.0175*100/2
مقاومت مخصوص = A طول = L سطح مقطع = S مقاومت مخصوص مس =0.0175

هر نوع هادی كه جریان برق را از خود عبور داده و توسط موادی از محیط اطراف خود عایق شده باشد را كابل مینامند .
مهمترین و بیشترین عایقی كه در ساختمان كابلها بكار میرود عبارتند از P.V.C (پلی وی نیل كلراید) كه پرتو دور یا پلاستیك نامیده میشود
P.V.C عایقی غیر قابل اشتعال است و این مزیت خوبی در كابلها میباشد دارای انعطاف پذیری زیادی میباشد
و تنها عیب أن این است كه در درجه حرارت حدود صفر و زیر صفر از أن نمیتوان برای عملیات كابل كشی مورد
استفاده قرار داد مواردی مانند ارزانی تولید انبوه و سادگی ساخت باعث شده كه بیش از 90 در صد كابلهای فشار ضعیف از این عایق درست شوند.
نوعی عایق دیگر بنام PET (پلی اتیلن) برای كابلها بكار میرود كه اتشزا بوده و در مكانهای اختصاصی بكار میرود .
در بعضی از كابلها از عایق لاستیكی استفاده میشود كه كاربرد زیادی ندارد.
هادیها از جنس مس و یا الومینیوم میباشند . در صورتیكه بخواهیم از كابلی با هادی الومینیوم برای كابل كشی هوایی استفاده كنیم باید یك رشته ان فولاد باشد .
برای شناسائی كابلها از حروفی استفاده میشود كه روی كابلها نوشته شده است برخی از این حرف طبق
استاندارد المان V.D.E بشرح زیر میباشد:
N كابل با هادی مسی | NR كابل با هادی ألومینیوم | Y علامت عایق پرتو دور میباشد | H علامت ورق متالیزه میباشد | T سیم تحمل كننده در كابل كشی هوایی | R حفاظت فولادی نواری شكل | Y روكش كمربندی پرتو دور | R هادی دایره ای شكل میباشد | E هادی یك رشته و دایرهای میباشد | M هادی چند رشته | S هادی بشكل مثلث
مثال :
روی كابلی نوشته شده Nyyre--0.6/1kv مشخصات آن چیست؟
N هادی از جنس مس |Y روكش هادی از جنس P.V.C |Y روكش كمربندی از جنس P.V.C |R هادی بشكل دایره میباشد.(سطح مقطع كابل) |E هادی یك رشته و مفتولی میباشد. |و حداكثر ولتاژ مجاز بین فاز و نول 600 ولت و حداكثر ولتاژ مجاز بین دو فاز حداكثر 1000ولت میباشد.
سایز سیمها و كابلها بر حسب سطح مقطع طبقه بندی شده و طبق جدول زیر است:
0.5 - 0.75 - 1 - 1.5 - 2.5 - 4-6-10-16-25-35-50-70-95-120-150-185-240-300-400-500
برای مشخص نمودن یك كابل یا سیم ابتدا تعداد رشته و سپس سطح مقطع سیم از هادیها را ذكر میكنند مانند
كابل 4*2 كه یعنی كابلی كه دو رشته هادی به سطح مقطع 4 دارد .
در كابلها چند رشته و از سایز 16 به بالا سیمهای فاز و نول دارای مقاطع مختلفند در اكثر كابلها سیم نول به
اندازه دو مرتبه از سیم فاز كمتر است اما در كابلهای با سطح مقطع بالا این اختلاف تا سه هم میرسد سایز كابلها با هادی چند رشته به شرح زیر میباشد.
1.5*4 2.5*4 4*4 6*4 10*4 16*4 10+25*3 16+35*3 25+50*3 70+120*3 70+150*3 95+180*3 120+240*3
مثال : كابل 10+25*3 چه كابلی میباشد؟
این كابل سه هادی به سطح مقطع 25 میلیمتر مربع برای فازهای اصلی و یك هادی به سطح مقطع 10 میلیمتر مربع برای نول دارد.
كابلهای روغنی:
كابلهای روغنی : در بعضی از كابلها از كابلها از عایق هادی ها كاغذ میباشد ابتدا ذرات بخار و هوای داخل كاغذ
را گرفته و به روغن كه عایق خوبی میباشد اغشته میكنند ضخامت كاغذها بسیار كم است و دور هر هادی
چندین دور پیچیده میشود به این كاغذها كاغذ اشباع شده میگویند.
روی نوار روغنی یك كاغذ متالیزه از جنس الومینیم میپیچند كه وظیفه دارد میزان مغناطیسی اطراف هر هادی را را محدود نموده و از اثر ان روی میدان مغناطیسی فاز دیگر بكاهد . از كابلهای روغنی بیشتر در فشار متوسط استفاده میشود و بعلت گرانی خود كابل و همچنین مفصل و سر كابل در فشار ضعیف بندرت استفاده میشود .ممكن است بجای یك غلاف سربی از سه غلاف كه بدور هر فاز پیچیده شده استفاده شود در این صورت به ان كابل روغنی سه غلافه میگویند.