عندما تمتد خطوط النقل من المحطات الفرعية المحمية إلى بيئات التخزين المباشر أو توزيع المسافات الطويلة الثقيلة ، فإن مواصفات الأداء الكهربائي وحدها غير كافية.يجب أن تتحمل الأسلاك الإجهاد الميكانيكي الهائل، بما في ذلك أحمال الشد أثناء التثبيت، وقوى السحق من حركة المركبات الثقيلة، وتأثيرات التحولات الجيولوجية.
هذا التقرير عن أداء المدى الطويل يُحلل خصائص الهندسة الهيكلية للكابلات YJV62 و YJV72 (مُسجّلة بـ 35 كيلو فولت أو أكثر) ،تحديد المبادئ الميكانيكية والفيزيائية التي تُنشئها كمكونات أساسية لشبكات توزيع و محطات فرعية متوسطة الجهد.
تحليل هيكلي: الخصائص الميكانيكية للدرع مزدوج الطبقات
السمة المميزة للكابلات YJV62 / YJV72 (انظر القسم الشامل الهيكلي) هي نظام الحماية المزدوج الطبقة. هذا التصميم ليس زائدًا.كل طبقة درع لها وظيفة ميكانيكية محددة.
الطبقة الداخلية: أسلاك فولاذية ضخمة (حماية ضد الشد)
الوظيفة الرئيسية:يعمل كعنصر تحمل رئيسي لقوى الشد.
مبدأ الهندسة:يتم تعريض الكابلات لقوى سحب هائلة أثناء التثبيت في الخنادق العميقة أو الشهود الرأسية.وبالتالي منع تشوهات الشد من الموصلات النحاسية؛ مثل هذا التشوه يزيد من المقاومة الكهربائية ويسبب تلفاً دائمًا للأسلاك.
أهمية التطبيق:متطلب إلزامي لجهات السحب الأفقية والمنشآت الرأسية لمسافات طويلة التي تنطوي على تغييرات كبيرة في الارتفاع.
الهيكل الخارجي: شريط فولاذي (الحماية الجانبية)
الوظيفة الرئيسية:المقاومة للضغط الجانبي
مبدأ الهندسة:بمجرد دفن الكابل ، يتم تعريضه لكل من ضغط التربة الثابت والحمولات الديناميكية (مثل الشاحنات الثقيلة التي تقود عبر الخنادق الضحلة). توفر طبقة الشريط الفولاذي حماية شعاعية ،توزيع الضغط الخارجي حول محيط الكابل لمنع تشوه العزل XLPE التشوه الذي يمكن أن يؤدي إلى انهيار العزل عند مستوى الجهد 35kV.
أهمية التطبيق:ميزة أساسية لمرافق مدفونة مباشرة تحت الطرق، عند المعابر السكك الحديدية، وفي المناطق الصناعية الثقيلة.
سيناريو التطبيق: مطابقة الخصائص الميكانيكية مع متطلبات البنية التحتية
تم تصميم كابلات YJV62 / YJV72 خصيصًا للبيئات عالية الإجهاد. قد يؤدي استخدام كابلات غير مناسبة في هذه السيناريوهات إلى فشل كارثي.
A. خطوط الدخول والخروج من المحطة الفرعية
تميز المحطات الفرعية بتخطيطات الكابلات الكثيفة والمعقدة وخطر التيارات العالية.يوفر الهيكل المعدني ذو الطبقات المزدوجة درعًا كهرومغناطيسيًا حاسمًا (حبس الحقل الكهربائي الإشعاعي) وحماية مادية داخل خنادق الكابلات المزدحمة، مما يضمن أن القوى الكهرومغناطيسية الضخمة للدائرة القصيرة لا تسبب تشوهًا ماديًا أو كسر الكابلات أثناء حدث خطأ.
B. التدفن المباشر للخدمات الثقيلة / نقل الطاقة لمسافات طويلة
غالبًا ما يكون استخدام قنوات الخرسانة غير ممكن اقتصاديًا عند وضع خطوط 35 كيلو فولت في التضاريس المفتوحة. يتطلب الدفن المباشر كابلاتًا تتحمل انحلال التربة وتدخل الجذور والأضرار الناجمة عن القوارض.الهيكل الخارجي من الشريط الفولاذي يوفر الحماية الضرورية للدرع، مما يتيح للكابل أن يتحمل الاتصال المباشر مع التعبئة الخلفية الصخرية ويقاوم الإجهادات المستمرة للإنحناء الناجمة عن ترسب الأرض.
ج - معابر الطرق والجسور
تحميلات المرور الديناميكية تولد ضغطًا جانبيًا شديدًا دوريًا.تصميم الدرع مزدوج الطبقة (باستخدام سلك فولاذي ضخم أو شريط فولاذي) يمثل الحد الأدنى للمعايير التقنية لتركيبات الحفر الاتجاهي الأفقي وتطبيقات عبور الطرق.
مبادئ الهندسة الأساسية: الخصائص الحرارية والديناميكية الكهربائية عند 35kV
يعمل التشغيل عند 35 كيلو فولت وتوليد الإجهادات الكهربائية التي تتجاوز بكثير تلك الموجودة في أنظمة الجهد المنخفض. نظام YJV62 / YJV72 يعالج هذا التحدي من خلال علوم المواد المتقدمة:
- القوة الكهربائية XLPE: تم تصميم عزل البولي إيثيلين المتقاطع (XLPE) خصيصًا لتحمل منحدرات المجال الكهربائي العالية دون تعرض التفريغ الجزئي.حتى الفجوات الهوائية الدقيقة داخل العزل يمكن أن تؤدي إلى "شجرة كهربائية"،" مما يؤدي في نهاية المطاف إلى انهيار العزل. تستخدم هذه الكابلات عملية طحن دقيقة لإنشاء طبقة عزل سميكة ، وبالتالي القضاء بفعالية على هذه الفجوات الهوائية.
- طبقة شبه موصلة: يظهر الرسم البياني طبقة من المواد السوداء تقع فوق الموصل النحاسي وتحت الدرع المعدني ؛ هذه هي طبقة الدرع شبه الموصلة.وظيفتها هي لتجانس الحقل الكهربائي ومنع نقاط تركيز الضغط الحقل الكهربائيوإلا، يمكن أن تؤدي نقاط تركيز الإجهاد هذه إلى تآيون الهواء، مما يؤدي في وقت لاحق إلى تدهور العزل XLPE (البولي إيثيلين المتقاطع) من الداخل إلى الخارج.
- تيار الشحن الكفاء: عند فولت 35 كيلو فولت ، يتصرف الكابل مثل مكثف كبير. يجب على المهندسين حساب تيار الشحن الكفاء لأنه ، أثناء نقل الطاقة لمسافات طويلة ،هذا التيار يمكن أن يكون كبيرا، مما يقلل من القدرة الفعالة على تحمل التيار في الكابل. يهدف التصميم الهندسي الدقيق لطبقة العزل XLPE والطبقات شبه الموصلة إلى تقليل هذه الخسارة الكهربائية.
دليل التثبيت في الموقع والطوارئ الجيولوجية
يتطلب وضع الكابلات المدرعة 35kV استخدام الآلات الثقيلة والالتزام الصارم بمواصفات التثبيت المادي. يجب على مهندسي الموقع التأكد من استيفاء المتطلبات التالية:
- حساب التوتر: تجاوز أقصى توتر سحب مسموح به محظور تمامًا.هذا الحد عادة ما يتم احتسابه بناءً على مساحة القسم العرضي للمرشد وقوة الشد للأسلاك الصلبةيمكن أن يؤدي تجاوزها إلى تشوهات دائمة للقائد النحاسي.
- حدود نصف قطر الانحناء: بسبب استخدام أسلاك فولاذية سميكة وشرائط فولاذية في طبقة الدرع،يجب الحفاظ على الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء على أقل من 20 مرة قطر الكابل (و 25 مرة على الأقل أثناء عملية السحب)إن إجبار ثني مع نصف قطر أصغر يمكن أن يسبب الشريط الفولاذي للخناق إلى الداخل، سحق طبقة العزل XLPE وجعل الكابل غير قادر على تلبية مواصفات أدائه المسجلة 35kV.
- ملابس الخندق والملء الخلفي المستقر حرارياً:
- يُحظر بشكل صارم وضع الكابلات مباشرة على الصخور؛ يجب تركيب طبقة من الرمال أو التربة المحصنة بسماكة 100 ملم على الأقل.
- في مشاريع نقل الجهد العالي، المقاومة الحرارية للتربة المحيطة أمر بالغ الأهمية.يجب استخدام مواد تعبئة ثابتة حراريًا لمنع تراكم الحرارة (والتي يمكن أن تؤدي إلى زيادة المقاومة الكهربائية وتقليل عمر خدمة الكابل).
- قم بتثبيت ألواح حمية خرسانية أو أشرطة تحذير فوق الكابلات.
- أهمية مفاصل الكابلات: بالنسبة لأنظمة 35 كيلو فولت ، تمثل مفاصل الميدان (نقاط اتصال الكابلات) الحلقة الأضعف. يجب السيطرة على الظروف البيئية بدقة أثناء التثبيت ،يجب أن تبقى مستويات الرطوبة خلال التجميع المشترك أقل من الحدود المحددةيجب تثبيت مخروطات الإجهاد (أو مخروطات تخفيف الإجهاد) من قبل موظفين مؤهلين للسيطرة بفعالية على توزيع الحقل الكهربائي في نقطة خلع الكابل.
- وصلة الغطاء والأرضية: يجب أن تكون الأسلاك الصلبة الخام والشرائط الصلبة متصلة بشكل موثوق بها وأرضية في النهايات.يجب إدارة التيارات الدائرة التي تسبب في الدرع من قبل الموصلات 35kV بشكل صحيح لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
الأسئلة الشائعة في الهندسة
- س: لماذا يتم استخدام أسلاك فولاذية سميكة بدلاً من مجرد شرائط فولاذية؟
ج: في حين أن أشرطة الفولاذ تقدم مقاومة ممتازة للضغط الجانبي (الكساح) ، فإن قوة السحب الخاصة بها منخفضة للغاية. كابلات 35kV ثقيلة وغالبًا ما تتطلب سحبًا لمسافات طويلة أثناء التثبيت.أسلاك فولاذية سميكة تعمل كإطار هيكلي، تحمل وزن الكابل أثناء التثبيت ومنع تلف نواة الكابل الداخلية. - س: هل يمكن تركيب كابلات YJV62 / YJV72 في عمودي؟
ج: نعم، ولكن هذه المنشآت تنطوي على حمولات سحب كبيرة. بنية الدرع الأسلاك الفولاذية مصممة خصيصا لهذا الغرض.يجب أن تكون الكابلات مثبتة بشكل صحيح (مشددة) على فترات منتظمة لدعم وزنها الخاصيجب أن لا تؤذي المسامير الغطاء الخارجي من البيك سي؛ وإلا فإن الرطوبة يمكن أن تتسرب وتصل إلى أشرطة الصلب، مما يسبب تآكل سريع. - كيف تؤثر الدروع ذات الطبقات المزدوجة على تبديد الحرارة؟
الإجابة: الطبقات المعدنية تمتلك موصلات حرارية جيدة، مما يسهل تبديد الحرارة الشعاعية.إذا تم وضع العديد من الكابلات المدرعة بالقرب من بعضها البعض، مثل عندما تكون مرتبطة بإحكام داخل قنوات الكابلات، تحدث تأثيرات تسخين متبادلة.وبالتالي، يجب أن يتم تحديد القدرة على تحمل التيار (التيار الاسمي) بناءً على عدد الكابلات في المجموعة ومقاومة الحرارة للتربة المحيطة بها.
