الأسباب الشائعة لفشل الكابل المبكر وكيفية الوقاية منها

يتم تصنيف كابلات الطاقة المستخدمة في توزيع الطاقة الصناعية والتجارية والبلدية إلى أنواع الجهد المنخفض (0.6/1 كيلو فولت) والجهد المتوسط ​​(3.6/6 كيلو فولت، 6/10 كيلو فولت، 8.7/15 كيلو فولت). بسبب الاختلافات في الإجهاد الكهربائي، ومتطلبات العزل، ومعايير تحمل التركيب، تختلف الآليات الكامنة وراء أخطاء المرحلة المبكرة بشكل كبير:

• كابلات الجهد المنخفض (0.6/1 كيلو فولت): تحدث الأعطال في المقام الأول بسبب الأضرار الميكانيكية، والحمل الحراري الزائد، وضعف الختم في الموقع، والتآكل البيئي. ونظرًا لانخفاض الضغط الكهربائي، نادرًا ما يحدث انهيار تلقائي للعزل؛ تنبع معظم الأخطاء من ممارسات التثبيت غير الصحيحة والتشغيل لفترة طويلة في ظل ظروف التحميل الزائد الطفيفة.
• كابلات الجهد المتوسط ​​(3.6 كيلو فولت - 15 كيلو فولت): تحدث الأعطال بشكل رئيسي بسبب التفريغ الجزئي، وتدهور العزل بسبب تشجير المياه، وتصنيع الوصلات دون المستوى المطلوب، والضغط الكهربائي المفرط. حتى عيوب التركيب البسيطة يمكن أن تتفاقم تدريجيًا تحت تأثير المجالات الكهربائية ذات الجهد العالي المستمرة، مما يؤدي في النهاية إلى انهيار وتعثر لا رجعة فيه.

تشير إحصائيات التركيب الميداني إلى أن أكثر من 85% من أعطال الكابلات في المرحلة المبكرة يمكن الوقاية منها وتسببها عوامل بشرية، بدلاً من أن تكون ناجمة عن عيوب في المواد الخام. يعد التثبيت القياسي وإجراءات العمل المستندة إلى المعلمات وتدابير حماية البيئة المستهدفة هي الاستراتيجيات الرئيسية لمنع مثل هذه الأخطاء.

تمثل الأضرار الميكانيكية التي تحدث أثناء النقل والتمديد والردم 42% من جميع حالات فشل الكابلات في المراحل المبكرة. تتجاهل العديد من فرق التركيب المواصفات المتعلقة بنصف قطر الانحناء، وسحب التوتر، وإجراءات الحماية الخارجية، مما يؤدي إلى تلف داخلي كامن؛ في حين أن مثل هذا الضرر قد لا يؤدي إلى فشل فوري، إلا أنه يؤدي في كثير من الأحيان إلى تعطل الكابل بعد سنة إلى ثلاث سنوات من التشغيل.

الممارسات الرئيسية غير الملتزمة:

• الانحناء المفرط: يؤدي انتهاك الحد الأدنى لمعايير نصف قطر الانحناء إلى ضغط الطبقة العازلة وتكوين شقوق دقيقة داخلية. إن الكابلات ذات الجهد المتوسط ​​التي تحتوي على شقوق صغيرة معرضة بشدة للتفريغ الجزئي وشيخوخة شجرة الماء في البيئات الرطبة.
• السحب المفرط: إن تجاوز الحد الأقصى المسموح به لشد السحب للموصل يؤدي إلى تشوه الموصلات المجدولة وانفصال الطبقة العازلة.
• حماية الردم غير المناسبة: الصخور الصلبة أو جزيئات التربة الحادة تضغط بشكل مباشر على الغلاف الخارجي للكابل، مما يتسبب في تمزق الغلاف ودخول الرطوبة.

تتمتع كل مادة عازلة للكابلات بحد أقصى لدرجة حرارة التشغيل على المدى الطويل. إذا تجاوزت درجة حرارة التشغيل باستمرار هذا الحد القياسي، فإنها تسرع من تدهور سلاسل البوليمر الجزيئية، وتقلل من مقاومة العزل، وتؤدي إلى تقادم العزل وانهيار العزل الكهربائي. البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) والبولي فينيل كلورايد (PVC) - وهما أكثر المواد العازلة شيوعًا للكابلات ذات الجهد المنخفض (LV) والكابلات ذات الجهد المتوسط ​​(MV) - لكل منهما حدود درجة حرارة محددة بوضوح.

يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المحيطة المفرطة، والتكديس غير المناسب داخل حوامل الكابلات، والتشغيل الزائد لفترات طويلة إلى تشغيل الكابلات أعلى من درجات الحرارة المقدرة لها. حتى أن زيادة درجة الحرارة بشكل مستمر بمقدار 10-15 درجة مئوية فقط يمكن أن تقلل من عمر خدمة الكابل بأكثر من 60%.

يمكن أن يؤدي سوء إغلاق الأطراف، والجودة المتدنية للمفاصل المتوسطة، والأضرار التي تلحق بالغلاف الخارجي إلى السماح للرطوبة باختراق الطبقة العازلة. تحت تأثير المجال الكهربائي في الكابلات ذات الجهد المتوسط، تشكل جزيئات الماء مسارات شجيرية موصلة تعرف باسم "أشجار الماء"؛ وتنتشر هذه المسارات تدريجيًا، مما يؤدي في النهاية إلى انهيار العزل. في حين أن قوة المجال الكهربائي في كابلات الجهد المنخفض أقل - مما يجعل شيخوخة شجرة المياه أقل وضوحًا - فإن دخول الرطوبة في البيئات الرطبة لا يزال من الممكن أن يقلل من مقاومة العزل ويؤدي إلى حدوث أخطاء في الدائرة القصيرة.

تعتبر وصلات ونهايات الكابلات نقاط ضعف في دائرة توزيع الطاقة، حيث تمثل 35% من حالات فشل كابلات الجهد المتوسط ​​المبكرة (MV). تشمل المشكلات الشائعة أعماق التجريد غير المتناسقة، والتنظيف غير الكامل للأسطح العازلة، والتجعيد دون المستوى المطلوب، وعدم كفاية الختم. يمكن أن تتسبب هذه العيوب في تشويه المجال الكهربائي المحلي، والتفريغ الجزئي، وتراكم الحرارة، مما يؤدي في النهاية إلى الإرهاق وانهيار العزل الكهربائي.

تتقادم أغلفة الكابلات بسرعة عند تعرضها للخارج، أو دفنها في منشآت المعالجة الكيميائية، أو تركيبها في المناطق الساحلية الخاضعة لرش الملح. يؤدي التعرض للأشعة فوق البنفسجية لفترات طويلة إلى حدوث تشققات في أغلفة PVC/PE القياسية، بينما تؤدي التربة الحمضية أو القلوية ورذاذ الملح إلى تآكل الدروع المعدنية والموصلات، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعية وكسر الموصل.

يلخص هذا الجدول معايير التثبيت والتشغيل القياسية للكابلات المشتركة ذات الجهد المنخفض (LV) 0.6/1 كيلو فولت و8.7/15 كيلو فولت ذات الجهد المتوسط ​​(MV). وهو يتوافق مع معايير IEC 60502 وGB/T 12706 ويعمل كمرجع للمهندسين والمقاولين الذين يقومون بعمليات فحص التركيب في الموقع.

خلفية المشروع: يستخدم مجمع التصنيع كابلات منخفضة الجهد معزولة بـ PVC بقدرة 0.6/1 كيلو فولت في نظام توزيع الطاقة في ورشة العمل الخاصة به. على الرغم من أن الكابلات قد تم تصميمها لعمر خدمة يصل إلى 25 عامًا، إلا أن العديد من الدوائر تعرضت لأخطاء - بما في ذلك تقادم العزل، وتعثر الدائرة القصيرة، وتشقق الغلاف - في أقل من خمس سنوات من التشغيل.

تحليل السبب الجذري:

• تراوحت درجة الحرارة المحيطة بالورشة باستمرار من 42 درجة مئوية إلى 48 درجة مئوية، ومع ذلك لم يتم تطبيق أي تخفيض للقدرة على حمل التيار أثناء التثبيت؛ وبالتالي، تعمل كابلات PVC بشكل مستمر في ظل ظروف تتجاوز درجة حرارتها المقدرة بـ 70 درجة مئوية.
• تم تكديس الكابلات حتى ثلاث طبقات بعمق في حوامل الكابلات، مما أدى إلى تبديد سيئ للحرارة ووصول درجات الحرارة المحلية إلى 85 درجة مئوية.
• تم استخدام غلاف PVC القياسي لأقسام الكابلات الخارجية. نظرًا لافتقارها إلى المقاومة للأشعة فوق البنفسجية، فإن الكابلات تتقادم بسرعة وتتشقق.

الحلول والتدابير الوقائية:

• تم استبدال كابلات PVC في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة بكابلات بولي إيثيلين متقاطعة (XLPE) ذات تصنيف 90 درجة مئوية، وتم تطبيق عامل تخفيض قدره 0.93 لمراعاة بيئة درجة الحرارة المرتفعة.
• تم تحسين تخطيط علبة الكابلات عن طريق الحد من ارتفاع التراص إلى طبقتين أو أقل وضمان وجود مسافة كافية لتبديد الحرارة.
• يتم استخدام غلاف PE المقاوم للأشعة فوق البنفسجية لجميع الكابلات الخارجية، مما يعمل بشكل فعال على حل مشكلات الشيخوخة الناجمة عن العوامل البيئية الخارجية.

خلفية المشروع: تعرض مشروع الكابلات تحت الأرض بقدرة 10 كيلو فولت (8.7/15 كيلو فولت) لانهيار مفاجئ في العزل وانقطاع التيار الكهربائي بعد أربع سنوات من التشغيل. كشف تحليل الأخطاء عن شيخوخة شجرة المياه النموذجية في طبقة عزل الكابل.

تحليل السبب الجذري:

• لم يتم إغلاق أطراف الكابلات بأغطية قابلة للانكماش بالحرارة أثناء النقل والتخزين في الموقع، مما يسمح باختراق مياه الأمطار والهواء الرطب.
• كانت صنعة الوصلات الوسيطة دون المستوى المطلوب، مع عدم كفاية العزل المائي والختم، مما أدى إلى إنشاء مسارات لدخول الرطوبة.
• كان نصف قطر انحناء التثبيت 10D فقط - أقل بكثير من المتطلبات القياسية البالغة 20D للكابلات المدرعة ذات الجهد المتوسط ​​- مما تسبب في حدوث شقوق صغيرة داخل الطبقة العازلة.

الحلول والتدابير الوقائية:

• تنفيذ إدارة شاملة للإغلاق: يجب إغلاق أطراف الكابلات مباشرة بعد قطع الكابل أثناء التثبيت.
• قم بتعيين فنيين مؤهلين لتثبيت وصلات الكابلات ذات الجهد المتوسط، مما يضمن تسجيل العملية بأكملها بالفيديو ويتبعها اختبار التفريغ الجزئي عند الانتهاء.
• التقيد الصارم بالحد الأدنى من متطلبات نصف قطر الانحناء وهو 20D لوضع كابلات مدرعة ذات جهد متوسط ​​لمنع حدوث أضرار داخلية صغيرة.

قم بمطابقة مواصفات الكابل مع تقييمات الجهد وبيئات التشغيل لتجنب نقص المواصفات:

• ورش العمل والدوائر ذات درجة الحرارة العالية المعرضة للحمل الزائد لفترة طويلة: قم بإعطاء الأولوية للكابلات المعزولة XLPE (البولي إيثيلين المتقاطع) (المصنفة للتشغيل المستمر عند 90 درجة مئوية) على الكابلات البلاستيكية القياسية.
• المشاريع الخارجية والدفن المباشر والساحلي: تحديد الكابلات التي تتميز بمقاومة الأشعة فوق البنفسجية ومقاومة التآكل والأغلفة المدرعة.
• دوائر توزيع الجهد المتوسط: اختر بدقة كابلات XLPE التي تلبي المعايير الوطنية أو الدولية؛ حظر استخدام الكابلات المصنوعة من مواد معاد تدويرها ذات خصائص عزل غير مستقرة.

ركز على التثبيت المعتمد على المعلمات لإزالة الأضرار الناجمة عن الخطأ البشري:

• التحكم الصارم في نصف قطر الانحناء وسحب التوتر وفقًا للمواصفات؛ منع السحب الخشن أو الانحناء الحاد.
• بالنسبة لمنشآت الدفن المباشر، قم بتبطين الخندق بالرمال الناعمة، وتركيب أغطية واقية، ثم ردمه بالتربة الناعمة لمنع أضرار السحق الميكانيكية.
• توحيد مجموعة الوصلات والنهايات: تأكد من نظافة الأسطح العازلة، وأبعاد التجريد الدقيقة، والتجعيد الآمن، والختم المحكم المقاوم للماء.

• قم بتنفيذ خفض درجة الحرارة على أساس درجة الحرارة أثناء ظروف درجات الحرارة المحيطة المرتفعة لمنع ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن التحميل الزائد لفترة طويلة.
• قم بفحص حوامل الكابلات وأنفاق الكابلات والأجزاء المدفونة مباشرة بشكل منتظم لضمان بقاء مسارات تبديد الحرارة دون عائق.
• قم بتركيب أجهزة مراقبة الحمل في الوقت الحقيقي على دوائر الجهد المتوسط ​​(MV) الحرجة لمنع تلف الإجهاد الكهربائي الناتج عن الزيادات المفاجئة في الأحمال.

• كابلات الجهد المنخفض (LV): قم بإجراء اختبارات مقاومة العزل ربع السنوية وفحص سلامة الغلاف ودرجات حرارة المفاصل.
• كابلات الجهد المتوسط ​​(MV): إجراء اختبارات سنوية للكشف عن التفريغ الجزئي ومقاومة العزل لتحديد وتصحيح العيوب المحتملة مثل أشجار المياه والتفريغ الصغير في مرحلة مبكرة.
• استخدم التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لمراقبة درجة الحرارة بشكل دوري لاكتشاف ارتفاع درجة الحرارة الموضعي في المفاصل والكابلات.

إن حالات الفشل في المراحل المبكرة في كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض والمتوسط ​​يمكن التنبؤ بها بالكامل تقريبًا ويمكن الوقاية منها. بالنسبة للكابلات ذات الجهد المنخفض، تركز الوقاية على ممارسات التثبيت الموحدة والتحكم في البيئات الحرارية؛ بالنسبة للكابلات ذات الجهد المتوسط، تعتمد الموثوقية على تقنيات الختم الدقيقة، وتجميع المفاصل القياسي، والتحكم الصارم في المعلمات الكهربائية. بالنسبة للمقاولين الكهربائيين والمهندسين الميدانيين، يعد الابتعاد عن الأساليب القائمة على الخبرة - وبدلاً من ذلك اعتماد عمليات تركيب وصيانة الكابلات التي يتم تحديد معلماتها وموحدة والتحكم فيها بالكامل - أمرًا أساسيًا لتجنب حالات الفشل في المراحل المبكرة، وتقليل تكاليف صيانة المشروع، وضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل لأنظمة توزيع الطاقة.