هنگامی که خطوط انتقال از پست‌های حفاظت‌شده به محیط‌های توزیع مستقیم یا مسافت‌های طولانی با وظایف سنگین گسترش می‌یابد، مشخصات عملکرد الکتریکی به تنهایی کافی نیست. کابل ها باید در برابر تنش های مکانیکی بسیار زیاد، از جمله بارهای کششی در حین نصب، نیروهای خرد کننده ناشی از ترافیک وسایل نقلیه سنگین، و اثرات تغییرات زمین شناسی مقاومت کنند.
این گزارش در مورد عملکرد دوام، ویژگی‌های مهندسی سازه کابل‌های YJV62 و YJV72 (با رتبه‌بندی 35 کیلو ولت و بالاتر) را تجزیه و تحلیل می‌کند، و اصول مکانیکی و فیزیکی را که آنها را به عنوان اجزای اصلی شبکه‌های توزیع ولتاژ متوسط و ایستگاه‌های پست تعیین می‌کند، شرح می‌دهد.
تحلیل سازه: ویژگی های مکانیکی زره پوش دولایه
یکی از ویژگی های متمایز کابل های YJV62/YJV72 (به مقطع ساختاری مراجعه کنید) سیستم حفاظت زرهی دولایه آنهاست. این طرح اضافی نیست. هر لایه زره عملکرد مکانیکی خاصی را انجام می دهد.
لایه داخلی: سیم فولادی درشت (محافظ کششی)
عملکرد اولیه:به عنوان عنصر اصلی باربر برای نیروهای کششی عمل می کند.
اصل مهندسی:کابل ها در حین نصب در ترانشه های عمیق یا شفت های عمودی تحت نیروهای کششی بسیار زیادی قرار می گیرند. لایه سیم فولادی درشت این بار محوری را تحمل می کند و در نتیجه از تغییر شکل کششی هادی های مسی جلوگیری می کند. در غیر این صورت چنین تغییر شکلی باعث افزایش مقاومت الکتریکی و آسیب دائمی به کابل می شود.
بحرانی بودن برنامه:یک الزام اجباری برای کشش افقی و نصب عمودی در فواصل طولانی (رایزر) که شامل تغییرات قابل توجه ارتفاع است.
ساختار بیرونی: نوار فولادی (حفاظت جانبی)
عملکرد اصلی:مقاومت در برابر فشار جانبی
اصل مهندسی:پس از دفن شدن، کابل هم تحت فشار استاتیک خاک و هم بارهای دینامیکی (مانند کامیون های سنگین که بر فراز ترانشه های کم عمق حرکت می کنند) می شود. لایه نوار فولادی محافظت شعاعی را فراهم می کند و فشار خارجی را در اطراف محیط کابل توزیع می کند تا از تغییر شکل عایق XLPE جلوگیری کند - تغییر شکلی که در غیر این صورت می تواند منجر به شکست عایق در سطح ولتاژ 35 کیلوولت شود.
بحرانی بودن برنامه:یک ویژگی ضروری برای تاسیسات دفن مستقیم در زیر جاده ها، در گذرگاه های راه آهن، و در مناطق صنعتی سنگین.
سناریوی کاربردی: تطبیق ویژگی های مکانیکی با الزامات زیرساخت
کابل های YJV62/YJV72 به طور خاص برای محیط های پر استرس طراحی شده اند. استفاده از کابل های نامناسب در این سناریوها می تواند منجر به خرابی فاجعه بار شود.
الف. خطوط ورودی و خروجی پست
پست‌ها با چیدمان کابل‌های متراکم و پیچیده و خطر جریان‌های خطای زیاد مشخص می‌شوند. ساختار زره فلزی دولایه محافظ الکترومغناطیسی حیاتی (محصور میدان الکتریکی شعاعی) و حفاظت فیزیکی در ترانشه‌های کابل شلوغ فراهم می‌کند و تضمین می‌کند که نیروهای الکترومغناطیسی اتصال کوتاه بی‌شمار باعث تغییر شکل فیزیکی یا پارگی کابل‌ها در طول یک رویداد خطا نمی‌شوند.
ب. دفن مستقیم سنگین / انتقال نیرو از راه دور
استفاده از مجراهای بتنی اغلب از نظر اقتصادی در هنگام نصب خطوط 35 کیلوولت در زمین های باز امکان پذیر نیست. دفن مستقیم نیاز به کابل دارد تا در برابر نشست خاک، نفوذ ریشه و آسیب جوندگان مقاومت کند. ساختار بیرونی نوار فولادی حفاظت زرهی لازم را فراهم می‌کند و کابل را قادر می‌سازد تا تماس مستقیم با پس‌پوش سنگی را تحمل کند و در برابر تنش‌های خمشی مداوم ناشی از نشست زمین مقاومت کند.
ج. گذرگاه های جاده و پل
بارهای ترافیکی دینامیکی فشار جانبی شدید و چرخه ای ایجاد می کنند. طراحی زره دولایه (با استفاده از سیم فولادی درشت یا نوار فولادی) حداقل استاندارد فنی را برای تاسیسات حفاری جهت دار افقی (HDD) و کاربردهای تقاطع جاده ای نشان می دهد.
اصول مهندسی اصلی: خصوصیات حرارتی و الکترودینامیکی در 35 کیلو ولت
عملکرد در 35 کیلو ولت تنش های الکتریکی بسیار فراتر از تنش های موجود در سیستم های ولتاژ پایین ایجاد می کند. سیستم YJV62/YJV72 این چالش را از طریق علم مواد پیشرفته برطرف می کند:
- استحکام دی الکتریک XLPE: عایق پلی اتیلن متقاطع (XLPE) به طور خاص مهندسی شده است تا در برابر گرادیان میدان الکتریکی بالا بدون تخلیه جزئی مقاومت کند. در ولتاژ 35 کیلو ولت، حتی یک دقیقه شکاف هوا در داخل عایق می تواند "درختی الکتریکی" را ایجاد کند و در نهایت منجر به خرابی عایق شود. این کابل ها از یک فرآیند اکستروژن دقیق برای ایجاد یک لایه عایق ضخیم استفاده می کنند و در نتیجه به طور موثر چنین شکاف های هوایی را از بین می برند.
- لایه نیمه رسانا: نمودار لایه ای از مواد سیاه را نشان می دهد که در بالای هادی مسی و زیر سپر فلزی قرار دارد. این لایه محافظ نیمه رسانا است. عملکرد آن همگن کردن میدان الکتریکی و جلوگیری از تمرکز تنش میدان الکتریکی است. در غیر این صورت، چنین نقاط تمرکز تنش می تواند منجر به یونیزاسیون هوا شود و متعاقباً باعث تخریب عایق XLPE (پلی اتیلن متقاطع) از داخل به بیرون شود.
- جریان شارژ خازنی: در ولتاژ 35 کیلو ولت، کابل مانند یک خازن بزرگ عمل می کند. مهندسان باید جریان شارژ خازنی را در نظر بگیرند زیرا در طول انتقال برق در مسافت های طولانی، این جریان می تواند قابل توجه باشد و در نتیجه ظرفیت حمل جریان موثر کابل را کاهش دهد. طراحی هندسی دقیق عایق XLPE و لایه های نیمه رسانا با هدف به حداقل رساندن این تلفات دی الکتریک است.
راهنمای نصب و راه اندازی در محل و شرایط اضطراری زمین شناسی
گذاشتن کابل های زرهی 35 کیلوولت مستلزم استفاده از ماشین آلات سنگین و رعایت دقیق مشخصات نصب فیزیکی است. مهندسان سایت باید از رعایت الزامات زیر اطمینان حاصل کنند:
- محاسبه کشش: تجاوز از حداکثر کشش مجاز اکیداً ممنوع است. برای کابل‌های زره‌دار 35 کیلوولت، این حد معمولاً بر اساس سطح مقطع هادی و استحکام کششی سیم فولادی محاسبه می‌شود. بیش از حد آن می تواند باعث تغییر شکل کششی دائمی هادی مسی شود.
- محدودیت‌های شعاع خمشی: به دلیل استفاده از سیم‌های فولادی ضخیم و نوارهای فولادی در لایه زره، حداقل شعاع خمشی باید به شدت حداقل 20 برابر قطر کابل (و حداقل 25 برابر در طول فرآیند کشیدن) حفظ شود. اجبار کردن یک خم با شعاع کوچکتر می تواند باعث شود که نوار فولادی به سمت داخل کمانش کند و لایه عایق XLPE را خرد کند و کابل را نتواند مطابق با مشخصات عملکرد 35 کیلو ولت خود باشد.
- بستر ترانشه و پس‌پرده از نظر حرارتی پایدار:
- گذاشتن مستقیم کابل بر روی سنگ اکیدا ممنوع است. یک لایه بستر از ماسه یا خاک غربال شده با حداقل ضخامت 100 میلی متر باید نصب شود.
- در پروژه های انتقال ولتاژ بالا، مقاومت حرارتی خاک اطراف بسیار مهم است. برای جلوگیری از انباشت گرما (که می تواند منجر به افزایش مقاومت الکتریکی و کاهش طول عمر کابل شود) باید از مواد پرکننده مقاوم در برابر حرارت استفاده شود.
- دال های محافظ بتنی یا نوارهای هشدار دهنده را بالای کابل ها نصب کنید.
- اهمیت اتصالات کابل: برای سیستم های 35 کیلوولت، اتصالات میدانی (نقاط اتصال کابل) ضعیف ترین پیوند را نشان می دهد. شرایط محیطی باید در حین نصب به شدت کنترل شود و سطوح رطوبت در هنگام مونتاژ مشترک باید کمتر از حد تعیین شده باقی بماند. مخروط‌های تنش (یا مخروط‌های تنش‌زدایی) باید توسط پرسنل واجد شرایط نصب شوند تا توزیع میدان الکتریکی را به‌طور مؤثر در نقطه جدا کردن کابل کنترل کنند.
- اتصال غلاف و اتصال به زمین: سیم های فولادی درشت و نوارهای فولادی باید به طور قابل اعتمادی در پایانه ها متصل و زمین شوند. جریان های گردشی القا شده در زره توسط هادی های 35 کیلوولت باید به درستی مدیریت شوند تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
سوالات متداول مهندسی
- س: چرا از سیم های فولادی ضخیم به جای نوارهای فولادی استفاده می شود؟
پاسخ: در حالی که نوارهای فولادی مقاومت بسیار خوبی در برابر فشار جانبی (خرد شدن) دارند، استحکام کششی آنها بسیار کم است. کابل های 35 کیلو ولت سنگین هستند و اغلب در حین نصب نیاز به کشیدن از راه دور دارند. سیم های فولادی ضخیم به عنوان یک چارچوب ساختاری عمل می کنند، وزن کابل را در هنگام نصب تحمل می کنند و از آسیب به هسته های کابل داخلی جلوگیری می کنند. - س: آیا کابل های YJV62/YJV72 را می توان در شفت های عمودی نصب کرد؟
پاسخ: بله، اما چنین تاسیساتی شامل بارهای کششی قابل توجهی است. ساختار زره سیم فولادی به طور خاص برای این منظور طراحی شده است. با این حال، کابل ها باید به طور مناسب در فواصل زمانی معین محکم شوند (بسته شوند) تا وزن خود را تحمل کنند. گیره ها نباید به غلاف PVC خارجی آسیب برسانند. در غیر این صورت، رطوبت می تواند به داخل نوارهای فولادی نفوذ کند و به آن برسد و باعث خوردگی سریع شود. - زره دولایه چگونه بر اتلاف گرما تأثیر می گذارد؟
پاسخ: لایه‌های فلزی دارای رسانایی حرارتی خوبی هستند و اتلاف حرارت شعاعی را تسهیل می‌کنند. با این حال، اگر چندین کابل زره پوش در مجاورت نزدیک قرار گیرند - مانند زمانی که به طور محکم در مجرای کابل قرار می گیرند - اثرات گرمایش متقابل رخ می دهد. در نتیجه، ظرفیت حمل جریان (جریان نامی) باید بر اساس تعداد کابل‌های گروه و مقاومت حرارتی خاک اطراف کاهش یابد.
