علل شایع شکست کابل های اولیه و چگونگی جلوگیری از آن ها

کابل های برق مورد استفاده برای توزیع برق صنعتی، تجاری و شهری به انواع ولتاژ پایین (0.6/1 کیلو ولت) و ولتاژ متوسط (3.6/6 کیلو ولت، 6/10 کیلو ولت، 8.7/15 کیلو ولت) طبقه بندی می شوند.به خاطر تفاوت در تنش الکتریکی، الزامات عایق بندی و استانداردهای تحمل نصب، مکانیسم های پشت خطاهای اولیه آنها به طور قابل توجهی متفاوت است:

• کابل های ولتاژ پایین (0.6/1 کلو ولت): نقص ها عمدتاً به دلیل آسیب مکانیکی، بار بیش از حد حرارتی، مهر و موم ضعیف در محل و خوردگی محیطی ایجاد می شوند. با توجه به فشار الکتریکی پایین تر،شکستن عایق خود به خود به ندرت رخ می دهداکثر نقص ها ناشی از شیوه های نصب نادرست و کار طولانی مدت در شرایط بار بیش از حد اندک است.
• کابل های ولتاژ متوسط (3.6 kV 15 kV): نقص ها عمدتاً به دلیل تخلیه جزئی، تخریب عایق به دلیل درختان آب، ساخت مشترک ناقص و استرس الکتریکی بیش از حد ایجاد می شوند.حتی نقص های کوچک نصب می تواند به تدریج تحت تأثیر میدان های الکتریکی ولتاژ بالا بدتر شود، که در نهایت منجر به شکستن برگشت ناپذیری و عقب نشینی می شود

آمار نصب در میدان نشان می دهد که بیش از 85٪ از نقص های کابل در مراحل اولیه قابل پیشگیری هستند و ناشی از عوامل انسانی هستند، نه ناشی از نقص مواد اولیه.نصب استاندارد، روش های کار مبتنی بر پارامترها و اقدامات هدفمند حفاظت از محیط زیست استراتژی های کلیدی برای جلوگیری از چنین نقص هایی هستند.

آسیب های مکانیکی که در طول حمل و نقل، قرار دادن و پر کردن به حساب می آیند، 42 درصد از تمام شکست های کابل در مراحل اولیه را تشکیل می دهند. بسیاری از تیم های نصب مشخصات مربوط به شعاع خم را نادیده می گیرند,فشار کششی و اقدامات محافظتی خارجی، که منجر به آسیب داخلی پنهان می شود؛ در حالی که چنین آسیب هایی ممکن است منجر به شکست فوری نشود،اغلب بعد از یک تا سه سال استفاده به خرابی کابل منجر می شود..

روش های کلیدی عدم انطباق:

• خم شدن بیش از حد: نقض حداقل استاندارد شعاع خم شدن باعث فشرده سازی لایه عایق و تشکیل میکرو ترک داخلی می شود.کابل های MV حاوی میکرو ترک ها بسیار مستعد تخلیه جزئی و پیری درختان آب در محیط های مرطوب هستند.
• کشش بیش از حد: تجاوز از حداکثر تنش کشش مجاز هدایت کننده منجر به تغییر شکل هدایت کننده های رشته شده و از هم پاشیدن لایه عایق می شود.
• حفاظت نادرست از پر شدن: سنگ های سخت یا ذرات تیز خاک به طور مستقیم پوشش بیرونی کابل را فشرده می کنند و باعث شکستن پوشش و ورود رطوبت می شوند.

هر ماده عایق کابل دارای حداکثر دمای کار طولانی مدت خاص است. اگر دمای کار به طور مداوم از این حد استاندارد فراتر رود،سرعت تخریب زنجیره های مولکولی پلیمر را افزایش می دهد.، مقاومت عایق را کاهش می دهد و منجر به پیری عایق و خرابی دی الکتریک می شود.پلی اتیلن متقاطع (XLPE) و پلی وینیل کلرید (PVC) ◄ رایج ترین مواد عایق برای کابل های ولتاژ پایین (LV) و ولتاژ متوسط (MV) ◄ هر کدام دارای محدودیت های دمایی به وضوح تعریف شده اند.

دمای محیط بیش از حد، انباشت نامناسب در سینی های کابل و کار بیش از حد طولانی می تواند باعث شود که کابل ها بیش از دمای نامشخص خود کار کنند.حتی افزایش دمای طولانی مدت فقط ۱۰ تا ۱۵ درجه سانتیگراد می تواند عمر یک کابل را بیش از ۶۰ درصد کاهش دهد.

مهر و موم پایینی ضعیف، کیفیت پایین از مفاصل متوسط و آسیب به پوشش بیرونی می تواند اجازه دهد رطوبت به لایه عایق نفوذ کند.تحت تاثیر میدان الکتریکی در کابل های MV، مولکول های آب مسیرهای رسانا دندریتک را تشکیل می دهند که به عنوان "درختان آب" شناخته می شوند؛ این مسیرها به تدریج گسترش می یابند و در نهایت منجر به تجزیه عایق می شوند. While the electric field strength in LV cables is lower—making water tree aging less pronounced—moisture ingress in damp environments can still reduce insulation resistance and trigger short-circuit faults.

مفاصل و پایان کابل نقاط ضعیف در مدار توزیع برق هستند که 35٪ از خرابی های کابل متوسطه ولتاژ (MV) را تشکیل می دهند.مشکلات متداول عبارتند از عدم ثبات عمق جدا کردن، تمیز کردن ناقص سطوح عایق بندی، پیچاندن ناقص و بسته بندی ناکافی. این نقص ها می توانند باعث تحریف میدان الکتریکی محلی، تخلیه جزئی و تجمع گرما شوند.که در نهایت منجر به سوختگی و شکستن دی الکتریک می شود.

جبهه های کابل وقتی در فضای باز قرار دارند، در کارخانه های پردازش شیمیایی دفن می شوند، یا در مناطق ساحلی که در معرض اسپری نمک قرار دارند نصب می شوند، به سرعت پیر می شوند.قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه UV باعث ترک شدن پوشش های استاندارد PVC / PE می شود، در حالی که خاک اسیدی یا قلیایی و اسپری نمک زباله های فلزی و هادی ها را خورد می کنند، که منجر به گرم شدن بیش از حد محلی و شکستن هادی می شود.

این جدول خلاصه ای از پارامترهای استاندارد شده نصب و عملیاتی برای کابل های کم ولتاژ 0.6/1 کلوولت (LV) و 8.7/15 کلوولت ولتاژ متوسط (MV) را ارائه می دهد.این استاندارد مطابق با استانداردهای IEC 60502 و GB/T 12706 است و به عنوان مرجع برای مهندسان و پیمانکاران انجام بازرسی های نصب در محل عمل می کند..

پیشینه پروژه: یک پارک تولیدی از کابل های ولتاژ پایین 0.6/1 کیلوولت PVC در سیستم توزیع برق کارگاه خود استفاده می کند.چندین مدار دچار نقص شده اند، از جمله پیری عایق، کوتاه شدن مدار و ترک شدن پوشش در کمتر از پنج سال کار.

تجزیه و تحلیل علت اصلی:

• دمای محیط کارگاه به طور مداوم بین 42 تا 48 درجه سانتیگراد بوده است، اما در طول نصب هیچ گونه کاهش ظرفیت حمل جریان اعمال نشده است.کابل های PVC که در شرایطی که درجه حرارت نامی آنها بیش از 70 درجه سانتیگراد است به طور مداوم کار می کنند.
• کابل ها تا سه لایه در عمق سینی های کابل ها انباشته شده بودند، که در نتیجه از بین رفتن گرما ضعیف و دمای محلی به 85 درجه سانتیگراد می رسید.
• پوشش استاندارد PVC برای بخش های درب درب استفاده شد؛ عدم مقاومت UV، کابل ها به سرعت پیر و ترک خورده بودند.

راه حل ها و اقدامات پیشگیرانه:

• کابل های PVC را در مناطق با دمای بالا با کابل های پلی اتیلن (XLPE) 90 درجه سانتیگراد جایگزین کرده و یک عامل کاهش 0.93 را برای محیط با دمای بالا اعمال کرده است.
• بهینه سازی طرح سینی کابل با محدود کردن ارتفاع انباشت به دو لایه یا کمتر و اطمینان از فاصله کافی برای از بین رفتن گرما.
• استفاده از پوشش PE مقاوم به UV برای تمام کابل های بیرونی، به طور موثر مشکلات پیری ناشی از عوامل محیطی خارجی را حل می کند.

پیشینه پروژه: یک پروژه کابل زیرزمینی شهری 10kV (8.7/15kV) پس از چهار سال کار دچار خرابی عایق و قطع برق شد.تجزیه و تحلیل نقص نشان داد که درختان آب در لایه عایق کابل پیر می شوند.

تجزیه و تحلیل علت اصلی:

• پایان کابل ها در طول حمل و نقل و ذخیره سازی در محل با کلاه های ضد گرما مهر و موم نشده بودند، اجازه می دهد آب باران و هوا مرطوب نفوذ کند.
• کار برای مفاصل میانگین از استاندارد پایین بود، با ضد آب و مهر و موم ناکافی، ایجاد مسیرها برای ورود رطوبت.
• شعاع خم شدن نصب فقط 10D بود که بسیار کمتر از نیاز استاندارد 20D برای کابل های زرهی متوسط ولتاژ بود که باعث میکرو ترک در لایه عایق می شود.

راه حل ها و اقدامات پیشگیرانه:

• اجرای مدیریت کامل مهر و موم: پایان کابل باید بلافاصله پس از قطع کابل در هنگام نصب مهر و موم شود.
• اختصاص دادن تکنسین های واجد شرایط برای نصب مفاصل کابل ولتاژ متوسط، اطمینان از اینکه کل فرآیند به صورت ویدئویی ضبط می شود و پس از اتمام آزمایش تخلیه جزئی انجام می شود.
• به شدت به حداقل شعاع خم شدن 20D برای قرار دادن کابل های متوسط ولتاژ زره ای برای جلوگیری از آسیب های کوچک داخلی عمل کنید.

مطابقت مشخصات کابل با ولتاژ های طبقه بندی شده و محیط های عملیاتی برای جلوگیری از عدم مشخصات:

• کارگاه های با دمای بالا و مدارهای تحت فشار طولانی مدت: کابل های عایق شده XLPE (پولی اتیلن متقاطع) (برای کار مستمر 90 درجه سانتیگراد) را بر روی کابل های استاندارد PVC ترجیح دهید.
• پروژه های در فضای باز، خاکسپاری مستقیم و ساحلی: کابل های مقاوم در برابر UV، مقاوم در برابر خوردگی و پوشش زره ای را مشخص کنید.
• مدارهای توزیع ولتاژ متوسط: کابل های XLPE را که با استانداردهای ملی یا بین المللی مطابقت دارند به شدت انتخاب کنید.استفاده از کابل های ساخته شده از مواد بازیافت شده با خواص عایق ناپایدار ممنوع است.

تمرکز بر نصب مبتنی بر پارامتر برای از بین بردن آسیب ناشی از خطای انسانی:

• کنترل دقیق شعاع خم و تنش کششی مطابق با مشخصات؛ کشیدن خشن یا خم شدن تیز را ممنوع کنید.
• برای نصب خاک مستقیم، خندق را با شن و ماسه نازک، پوشش های محافظتی، و سرپوش دادن خاک نازک برای جلوگیری از آسیب مکانیکی خرد کنید.
• استاندارد سازی مونتاژ مفصل و پایان: اطمینان از سطوح عایق تمیز، ابعاد جداسازی دقیق، پیچاندن ایمن و مهر و موم ضد آب محکم.

• برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد ناشی از بارگذاری طولانی مدت، در شرایط دمای محیط بالا، کاهش درجه حرارت مبتنی بر درجه حرارت را اجرا کنید.
• به طور منظم سینی های کابل، تونل های کابل و بخش های مستقیم دفن شده را بررسی کنید تا اطمینان حاصل شود که مسیرهای تبعید گرما بدون مانع باقی می مانند.
• نصب دستگاه های نظارت بار در زمان واقعی در مدارهای متوسط ولتاژ (MV) برای جلوگیری از آسیب استرس الکتریکی ناشی از افزایش ناگهانی بار.

• کابل های ولتاژ پایین (LV): انجام هر سه ماه یکبار آزمایش مقاومت عایق و بررسی یکپارچگی پوشش و دمای مفاصل.
• کابل های ولتاژ متوسط (MV):انجام آزمایشات سالانه برای تشخیص تخلیه جزئی و مقاومت عایق بندی برای شناسایی و اصلاح نقص های احتمالی مانند درختان آب و تخلیه های کوچک در مراحل اولیه.
• استفاده از ترموگرافی مادون قرمز برای نظارت دوره ای بر دمای برای تشخیص گرم شدن بیش از حد محلی در مفاصل و کابل ها.

شکست های اولیه در کابل های ولتاژ پایین و متوسط تقریبا کاملا قابل پیش بینی و قابل پیشگیری است.پیشگیری بر روش های استاندارد نصب و کنترل محیط های حرارتی متمرکز استبرای کابل های متوسط ولتاژ، قابلیت اطمینان به تکنیک های دقیق مهر و موم، مونتاژ مشترک استاندارد و کنترل دقیق پارامترهای الکتریکی بستگی دارد.برای پیمانکاران برق و مهندسان میدان، دور شدن از روش های مبتنی بر تجربه و به جای آن اتخاذ فرآیند نصب و نگهداری کابل که پارامتر شده، استاندارد شده،و کنترل کامل برای جلوگیری از شکست در مراحل اولیه کلیدی است، کاهش هزینه های نگهداری پروژه و تضمین عملکرد پایدار و طولانی مدت سیستم های توزیع برق.