تکنولوژی کابلها:
یکی از اصلی ترین وسایل در صنعت برق هدایت این انرژی توسط سیم و کابل هاست .نقش کابل ها بسیار پر اهمیت است که می بایست اصول اولیه در انتخاب و نصب و کاربرد و شرایط نگهداری از آن را به درستی اجرا نمود تا موجبات خسران در این سیستم نگردد. در این مبحث به کابلهای مورد استفاده در پست های برق فوق توزیع و انتقال می پردازیم . کابلهای بکار رفته در پستهای فشار قوی از لحاظ کاربرد و سطح ولتاژ به سه دسته کابلهای فشار متوسط ، فشار ضعیف و کابلهای فرمان سیستم های حفاظتی تقسیمبندی میشوند. در انتخاب کابل ها دانستن خصوصیاتی همچون مواد عایقی ، جنس و تعداد هادیها، سطح مقطع هادیها، جنس غلاف و زره دارای اهمیت میباشد . انتخاب صحیح کابل و نصب آن اهمیت دارد . انتخاب بدون رعایت اصول و استاندارد ها باعث تلفات بیش از اندازه در کابل و یا از بین رفتن خود کابل میشود . لذا با شناخت اصول و استانداردهای تعریف شده برای کابل ها سعی می کنیم بهره وری در این سیستم را به بیشینه برسانیم :
کابل در حقیقت نوعی هادی است که دارای پوشش عایقی میباشد. ساختمان کابل از بخشهای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از هادی، عایق، پوسته عایق، پوسته هادی، پوسته فلزی، پرکننده، زره و غلاف که هر یک وظیفه خاصی را بعهده داشته و در مجموع قابلیت هدایت الکتریکی و استقامت الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی کابل را برآورده میسازند.
در ساختمان کابلها به طور عمده دو دسته مواد هادی و عایق بکار میروند. کابلها اغلب از هادیهایی در مرکز، پوشش عایقی، پوسته در اطراف هادی و عایق، زره و غلاف بیرونی جهت حفاظت در برابر اثرات شیمیایی و مکانیکی تشکیل میگردند.
شکل زیر برش مقطعی کابل را نشان میدهد. پوسته بکار رفته در اطراف هادی برای جلوگیری از تخلیه جزئی بین هادی و عایق بکار میرود، به همین دلیل باید اتصالات این پوسته با پوشش عایقی بطور کامل برقرار باشد.
پوسته فلزی کابل شامل سیمها و نوارهایی است که در راستای طول کابل، در اطراف آن، زیر یک غلاف بیرونی پیچیده میشوند. این مجموعه مسیری را با امپدانس بسیار پایین برای جریانهای اتصال کوتاه فراهم میآورند.
برای برسی کابلها ابتدای امر باید واژه هایی که توسط آن کابلها را دسته بندی می کنیم را بشناسیم :
– مغزی: هادیهای قرار گرفته در داخل کابل که وظیفه انتقال توان را بعهده دارند.
– پوسته: لایهای که وظیفه کنترل میدان الکتریکی را در درون عایق بعهده دارد. همچنین سطح یکنواختی را در مرزهای عایقی ایجاد کرده و به پرکردن فضای خالی در این مرزها کمک میکند.
– غلاف: پوشش استوانهای شکل یکپارچه و پیوسته فلزی یا غیرفلزی که معمولاً اکسترودشده میباشد.
– غلاف بیرونی: غلاف غیرفلزی که جهت اطمینان از حفاظت کابل در برابر عوامل خارجی، بر روی پوششهای فلزی بکار میرود.
– غلاف فلزی: غلافی که معمولاً از جنس سرب، آلیاژ سرب، آلومینیوم و یا آلیاژ آلومینیوم میباشد و بصورت صاف یا موجدار بر روی مغزی(های) کابل بکار میرود تا از لحاظ مکانیکی حفاظت آن را برآورده سازد.
– غلاف جداکننده: غلاف داخلی که بین دو پوشش فلزی غیر هم جنس بکار میرود.
– زره: پوششی که از نوار(ها) یا سیمهای فلزی تشکیل شده و عموماً جهت حفاظت کابل در برابر اثرات مکانیکی
خارجی بکار میرود.
– پوسته فلزی (شیلد): لایه فلزی زمین شدهای که جهت محدودکردن میدان الکتریکی درون کابل و محافظت از آن در برابر اثرات الکتریکی خارجی بکار میرود. غلاف فلزی و زره هم میتوانند نقش شیلد را بعهده بگیرند.
– پوسته هادی: پوستهای الکتریکی که از مواد فلزی یا غیرفلزی نیمه هادی تشکیل شده و روی مغزیهای بهم تابیده بکار میرود تا با یکنواخت کردن سطح خارجی هادی و میدان روی آن از بروز تخلیه جزئی در فواصل احتمالی بین عایق و هادی جلوگیری کند.
– پوسته عایق: پوستهای الکتریکی که از مواد غیرفلزی یا فلزی نیمه هادی تشکیل شده و عایق را میپوشاند. این پوسته با محدود کردن میدان الکتریکی مغزیها از تخلیه جزئی و نشت جریان بین مغزیها و سایر لایههای پوشاننده جلوگیری میکند.
– پوشش داخلی: پوششی غیرفلزی که مجموعه مغزیهای (و در صورت وجود پرکنندههای) یک کابل چند مغزی را در بر گرفته و بر روی پوشش محافظ بکار میرود.
– پرکننده: موادی که جهت پرکردن فضای خالی باقیمانده بین مغزیهای یک هادی چند مغزی بکار میرود.
– عایق ترموپلاستیک: عایق ساخته شده از جنس پلاستیک که در محدوده حرارتی مربوط به مشخصه پلاستیک، در اثر گرم شدن شل شده و در اثر سردکردن، مجدداً سخت میشود. این نوع عایق در هنگام شل شدن انعطافپذیر بوده و قادر به شکل گرفتن میباشد.
– عایق کراس لینکشده: عایق ساخته شده از مواد ترموپلاستیک یا کوپلیمر یا ترکیبی بر پایه یکی از این مواد که ساختار مولکولی داخلی آن تحت فعل و انفعالات شیمیایی از قبیل جوشدادن و یا پروسههای فیزیکی از قبیل تابش، تغییر مییابد.
خصوصیات کابلها :
تقسیمبندی هادیهای بکاررفته در کابلهای عایقی از دو دیدگاه صورت میگیرد، کابلهای با نصب ثابت و کابلهای انعطافپذیر. در نصب ثابت دو نوع هادی وجود دارد. کلاس ۱ تنها برای هادیهای یکپارچه و کلاس ۲ برای هادیهای رشتهای. هادیهای بکاررفته در کابلهای انعطافپذیر نیز به دو کلاس ۵ و ۶ تقسیم میشوند، که هادی کلاس ۶ انعطافپذیرتر هستند .
هادیهای یکپارچه از مس خالص، مس انیله شده با روکش فلزی، آلومینیوم خالص یا آلیاژ آلومینیوم ساخته میشوند. سطح مقطع این هادیها دایرهای میباشد و مشخصات آنها در جدول زیر ارائه شده است. هادیهای با سطح مقطع ۲۵ میلیمتر مربع و بیشتر تنها جهت کاربردهای خاص میباشند. برای این دسته از هادیها در صورتی که کابل چند مغزی باشد، سطح مقطع هادی میتواند دایرهای یا فرم داده شده باشد.
جدول مشخصات هادیهای یکپارچه (کلاس ۱)
|
سطح مقطع نامی
mm 2
|
حداکثر مقاومت هادی در ۲۰ درجه سانتیگراد(W/km )
|
|
هادی مسی گرد
|
هادی آلومینیوم گرد یا فرمداده شده، بدون روکش، با پوشش فلزی یا با روکش فلزی
|
|
بدون روکش
|
با پوشش فلزی
|
|
۵/۰
|
۳۶
|
۷/۳۶
|
–
|
|
۷۵/۰
|
۵/۲۴
|
۸/۲۴
|
–
|
|
۱
|
۱/۱۸
|
۲/۱۸
|
–
|
|
۵/۱
|
۱/۱۲
|
۲/۱۲
|
۱/۱۸
|
|
۵/۲
|
۴۱/۷
|
۵۶/۷
|
۱/۱۲
|
|
۴
|
۶۱/۴
|
۷/۴
|
۴۱/۷
|
|
۶
|
۰۸/۳
|
۱۱/۳
|
۶۱/۴
|
|
۱۰
|
۸۳/۱
|
۸۴/۱
|
۰۸/۳
|
|
۱۶
|
۱۵/۱
|
۱۶/۱
|
۹۱/۱
|
|
۲۵
|
۷۲۷/۰
|
–
|
۲۰/۱
|
|
۳۵
|
۵۲۴/۰
|
–
|
۸۶۸/۰
|
|
۵۰
|
۳۸۷/۰
|
–
|
۶۴۱/۰
|
|
۷۰
|
۲۶۸/۰
|
–
|
۴۴۳/۰
|
|
۹۵
|
۱۹۳/۰
|
–
|
۳۲۰/۰
|
|
۱۲۰
|
۱۵۳/۰
|
–
|
۲۵۳/۰
|
|
۱۵۰
|
۱۲۴/۰
|
–
|
۲۰۶/۰
|
|
۱۸۵
|
–
|
–
|
۱۶۴/۰
|
|
۲۴۰
|
–
|
–
|
۱۲۵/۰
|
|
۳۰۰
|
–
|
–
|
۱۰۰/۰
|
ابعاد هادیهای کابل فشار متوسط و فشار ضعیف باید به گونهای باشد که ظرفیت مناسب جهت حمل جریان مشخص شده را داشته باشند.
کلیه کابلهای قدرت تک فاز باید یک هادی با ابعاد مناسب جهت حمل جریان و یک هادی اتصال زمین که مقدار ظرفیت جریان نامی آن حداقل ۱۰۰درصد هادی فاز باشد، داشته باشند.در کابلهای قدرت سه فاز باید عمر سرویسدهی کابل حداقل برابر با عمر طراحی پست باشد.
کابل باید مشخصههای عایق موردنیاز را در محدودههای دمایی نامی خود و حداکثر دمای محیط و گرمای ایجادشده توسط خود کابل، در حین سرویسدهی را حفظ کند.
سه هادی با ابعاد مناسب و یک هادی با اتصال زمین با ظرفیت جریان نامی حداقل ۵۸درصد هادی فاز، داشته باشند.
کلیه کابلهای قدرت و کنترل باید از طول یکپارچه بوده و هیچگونه اتصال در آن وجود نداشته باشد. هادیهای متعلق به فیدرهای مختلف و یا دسته سیمهای مختلف نباید در یک کابل قرار گیرند.
کابل CT و PT باید چهارمغزی باشند به جز کابلهایی که برای سیگنالهای سنکرونیزاسیون میباشند که میتوانند۲ مغزی داشته باشند.
اگر غلاف و اتصال آن نتواند در برابر حداکثر جریان ۵۰ هرتز تخمین زده شده عبوری از غلاف به مدت ۵/۰ ثانیه در لحظه خطای زمین، پایداری کند، هادیهای زمین موازی باید در طول کابل کشیده شوند . در صورتی که کابل در محل مرطوبی نصب شود، علیالخصوص در مواردی که در زمین دفن میگردد، و نیز در مواردی که درمحیط های خورنده شیمایی نصب میگردد باید مشخصههای عایق خود را حفظ کند.
برای انتخاب کابلهای قدرت، پارامترهای زیر باید در نظر گرفته شود:
– ظرفیت عبور پیوسته جریان
– ظرفیت اتصال کوتاه
– افت ولتاژ
برای انتخاب کابلهای کنترل پارامترهای زیر باید در نظر گرفته شود:
– افت ولتاژ مجاز
– ضرایب بار و اضافه جریان ترانسفورماتورهای اندازهگیری
– بزرگترین جریان بار
– کابل قدرت فشار متوسط ، فشار ضعیف و کابلهای کنترل و حفاظت باید دارای لایههای زیر باشند:
– پوسته هادی (تنها برای کابلهای فشار متوسط):پوسته هادی باید از ترکیبات نیمه هادی اکسترودشده باشد.
– عایقبندی : کلیه کابلهای فشار ضعیف و کنترل و حفاظت باید عایق PVC مقاوم در برابر آتش داشته باشند. کابلهای فشار متوسط باید دارای عایق XLPE (پلیاتیلن کرانس لینک شده)، مناسب برای کلاس مربوطه باشند.
– پوشش عایق: پوشش PVC باید بر روی عایق هادیهای کابلهای فشار ضعیف و حفاظت و کنترل بکار رود این پوشش باید بدون هیچ مشکلی جدا شود. بعنوان مثال هنگامی که کابل در حال نصب میباشد، عایق هادیها نباید صدمه ببیند.
– غلاف ( تنها برای کابلهای فشار متوسط و کنترل و حفاظت) : کلیه کابلهای مدارهای CT و PT ، مدارهای کنترل و کابلهای فشار متوسط باید دارای غلاف سربی باشند، ضخامت غلاف سربی باید به گونهای باشد که در برابر حداکثر جریان خطای زمین به مدت ۵/۰ ثانیه پایداری نماید.
– پوشش PVC (تنها برای کابلهای فشار متوسط، کنترل و حفاظت): پوشش PVC باید بر روی غلاف بکار رود تا غلاف و زره را از لحاظ الکتریکی از هم جدا کند.
– زره :کلیه کابلهای چندمغزی باید دارای زرهی از نوارهای فولاد گالوانیزه باشند. نوارهای بکاررفته در زره کلید کابلهای تک مغزی باید از جنس مواد غیرمغناطیسی (آلومینیوم) باشند همچنین زره باید در برابر حداکثر جریان خطای زمین به مدت ۵/۰ ثانیه پایداری کند.
– غلاف کلی : کلید کابلها باید بوسیله غلافی از جنس PVC پوشانده شوند. این غلاف باید ضداشتعال بوده و از مواد ضدآب تهیه شود.
– قرقره کابل : کلیه کابلها باید بر روی قرقرهای پیچیده شوند که قطر آن به اندازه کافی بزرگ باشد تا از تغییر مشخصههای فیزیکی هادی جلوگیری بعمل آید. طراحی، ساختار و استحکام قرقرهها باید به گونهای باشد که امکان حمل مطلوب هادی به مقصد موردنظر بدون هیچگونه جابجایی، ساییدگی و یا سایر آسیبهای ناشی از حمل و نقل، مسیر باشد. قرقرهها باید قادر به پایداری در برابر کلیه تنشهای ناشی از عملیات نصب باشند. هر انتهای هادی باید به طرز ایمن و مناسبی آببندی و به قرقره بسته شود. علاوه بر علامتهای موردنیاز جهت حمل و نقل، هر قرقره باید دارای صفحه نشانهای باشد که شماره سریال، ابعاد و تعداد هادیها، طول هادی، فلش مشخصکننده انتهای کابل، وزن کل و وزن خالص بر روی آن درج شود. علامتهای مربوط به اندازهگیری باید به فاصله هر ۱ متر بر روی کابل فراهم گردد.
– طول کابل : کابلها باید در حداکثر طول ممکن جهت حمل و نقل، تهیه گردند. استوانهای که کابل بر روی آن پیچیده میشود باید بیش از یک تکه از کابل را شامل گردد.
– مشخصههای مغزی : کابلها باید بصورت زیر براساس رنگ کدگذاری شوند.
– رنگهای قرمز، زرد و سبز جهت هادیهای فاز
– سیاه برای نوترال و سایر اتصالات
– زرد / سبز برای اتصالات زمین (تنها مورد کابلهای فشار ضعیف)
– خاکستری برای مدار DC
هادیهای کابلهای کنترل باید دارای نشانهگذاری عددی باشند. این نشانهگذاری باید از بهترین کیفیت پوده و نباید بر اثر تماس در حین حمل و نقل پاک شود. همچنین شمارهها باید قابل تشخیص باشند.
کابل های فشار قوی با عایق (XLPE )
تجدید نظر در بازار ذخیره الکتریکی و رشد گسترده آگاهی، ایجاد بازار جدید جالب برای راه حلهای مقدماتی انتقال قدرت در تکنولوژی کابلها قالبریزی شدهاست. در همین اثناء پیشرفت در همه زمینهها، توسعه استفاده از ( XLPE ) (رد شدن از پلی اتیلن وصل شده)، سیستمهیا عایقی کابلها را تا مرز ۵۰۰ kv را فراهم کرده است. کاربرد سیستم کابلهای امروزی اغلب نسبت به خطوط هوایی مناسبتر است. در حالیکه روشهای صنعتی جدید قادر هستند کابلهای زیردریایی ها را با فیبرهای نوری هماهنگ کرده و مفصل انعطافپذیری با طولهای بیشتر از قبل ارائه بدهند.پیشرفت بیشتر سیستم های عایقی فشار قوی موقعیت خلاقانه ABB را در مورد ولتاژهای بالای DC ارائه میدهد.
سیستم کابلهای با ولتاژ ۲۲۰ kv و بالاتر قسمتی ازتوان بالای زیر بنای ترانسفورماتورهای قدرت مدرن روز هستند. این همه حاوی این است، اگر چه یک وظیفه مهم تأمین کننده این است، به سیستم های نمایشی با قابلیت اطمینان بالا به خاطر فشارهای الکتریکی بالا در چنین سطح ولتاژی که کابل و لوازم جانبی کلاً هماهنگ شدهاند، اطمینان کامل را بدهد.
رفع محدودیت – تغییر قانونها
سیستم کابلهای فشار قوی یک قسمت اساسی دارد که در محیطی مناسب، جدید، ویژه قرار میگیرد؛ هنگامیکه میآید و جایگزین خطوط هوایی میشود؛ با کابلهای زیر زمینی. هزینه سیستم کابلهای فشار قوی در طول دهه اخیر کاهش یافته و احتمالاً بیشتر هم پایین میآید. در همین زمان عملکرد کابل XLPE شدیداً افزایش پیدا کرده است. پیام جدید وجود دارد که سیستم کابلهای XLPE قادر است با خطوط هوایی، به طور تکنیکی، محیطی و به صورت اقتصادی رقابت کند. این یک اصل ویژه است در رنج ولتاژ ۱۲ الی ۱۷۰ کیلو ولت.
این ویژگی کابلهای XLPE را از طرح انتقال خطوط هوایی در یک منظر جدید متمایز کردهاست. در جاهایی که پاسخ کابلها اغلب چایگزین گیرایی داشته باشد.
عایق فشار قوی – عملکرد و پیشرفت
روند برقرار شده خوب به سمت یک عایق ضخیم کوچکتر ادامه خواهد داشت نتایج یک کابل باریکتر با امتیازات بیشتر، طول خطی طولانیتر در اطراف آن، نصب راحتتر، مفصل کوچکتر، انقباض و انبساط حرارتی، کاهش مواد عایقی به کاررفته. تجارب اموخته شده در طو ل توسعه کابلEHV_XLPE (extra high voltage XLPE )، توسعه یافتن مواد و فرایندها و خدمات فوقالعادهXLPE ، توانسته است ضخامت این کابلها را تا ۱۲-۱۵ میلیمتر برای خطوط ۱۳۲ kv کاهش دهد.
مقایسه کابلهی هوایی و کابلهای XLPE زیر زمینی از نظر نرخ هزینه بین سالهای۱۹۸۶ تا ۲۰۰۰
کابلهای زیرزمینی با خطوط هوایی متمایزند
البته، امنیت، زیست محیطی، قابلیت اطمینان وپارامترهای اقتصادی عملیاتی سیستمکابلهای XLPE را از خطوط هوایی متمایز میسازد. برای سیستم کابل XLPE مدرن، نسبت هزینه کاهش یافته و فواید زیستمحیطی و قابلیت اطمینان اغلب از مسایل روشن و مهم هستند. به خاطر گذشتن بزرگشان از مناطق تکهتکه، کابلها معمولاً کمتر نشان داده میشوند. در مقایسه با خطوط هوایی MVA تلفات را از دست میدهند. چکیدهای از فواید سیستم کابل XLPE در جدول زیر داده شده است.
میزان خطوط هوایی بعضی اوقات محدو میشود به وسیله زمستانی بالا که شامل تعدادی زیادی وسایل گرمایی الکتریکی است. ددر طول روزهای گرم تابستان خطوط هوایی ۵۰% الکتریسیته کمتری نسبت به زمستان حمل میکنند. این گیرایی کمتر مجبور است در آینده حل شود. در مناطقی که محدودیتهای هوایی وجود داردبرای مثال فواید کابلXLPE زیر زمینی آنها را یک جذب کننده خالص میسازد.خطوط زیرزمینی انتقال تقریباً ظرفیت بالا وبهتری برای دورههای زمانی کوتاهتر از ۹۰دقیقه را به خاطر مقدار زیاد حرارت بالای اطراف خاک دارد.
قابلیت سیستم کابل ۴۰۰-۵۰۰ kv
IEC تاکید میکند که قابلیت اطمینان و هماهنگی مهم کابلها و لوازم جانبی با توصیف عملکرد کلی سیستم، مقاومت کابل، اتصالات و ترمینالها ثابت شده است. برنامه آزمون فراگیری شامل یک جفت آزمون صلاحیت در جزئیات IEC 62067 توضیح داده شده است.
ABB به عنوان تأمین کننده سیستم کابلهای ۴۰۰ kv در سال ۱۹۹۵ واجد شرایط شده است.
کیفیت مواد و تولید
تنها تأمین کنندههای تأئید شده رسانیدن(تحویل داده) مواد لازم را بنا نهادهاند. همه تولیدات ABB برای کابلهای فشارقوی و لوازم جانبی توسط ISO 9001 و ISO 14001 تأئید شده است.
هسته کابلهای XLPE از یک مواد صنعتی خشک تولید شدهاست. سیستم عایقی کابل شامل لایه هدایت کننده در یک پروسه فشرده شدهاست. و برای عایقها و مواد هدایتکننده در یک محل تمیز در سه مرحله فشرده شدهاست.
طراحی کابل
کابل مسی هدایت کننده که یک منطقه ۲۵۰۰میلیمتر مربع دارد که به پنج جزء برای کاهش اثر پوستی تقسیم بندی شدهاست. ABB از هادیهای برش زده استفاده میکند. که ساخته شدهاند از عایقهای مفتولی برای عبور با هم از۱۰۰۰میلیمتر مربع پوشش براق متشکل از سیمهای مسی درون یک بستر کاغذی کشی برای کاهش تأثیر مکانیکی و حرارتی انتقال داده شده عایق. تعداد سیمها و مجموع عبوری به نایز مداری شبکه بستگی دارد. سفتی در طول سیم با هوای میانی درون پوسته سیم با پوردهای فشرده به پایان می رسد.
محافظ خارجی در مقابل تأثیر مکانیکی و پوسیدگی بوسیله یک پوشش محکم، فشرده و محدود ساخته شده است از HDPE(پلی اتیلن با دانسیته بالا). یک رشته فلزی درون قسمت داخلی غلاف به صورت افشان درون کابل نگه داشتهشدهاست.
نتایج وزن پایین و لاغر کابل چندین استفاده دارد: طول بزرگتری از کابل میتواند روی قرقرهها پیچیده شود، از جریانهای گردابی بالا که درون غلاف کابل افت میکنند جلوگیری میشودو همچنین ظرفیت جریان عبوری بهینه سازی میشود.
امکان قدرت هوایی
– یک لایه هدایت کننده فشرده برای اندازهگیری غلاف خارجی
– یک لایه عقبی سرخ رنگ فشرده برای سلامتی فوقالعاده در اتفاقات محیطی
امکان دیگر کابلهای طراحی شده پیشنهاد دارد که حل کند درجه حرارت کنترل شده را با کابلهای نوری. فیبرها محصور هستند درون یک تیوپ استیلف تقریباً با همان سایز به عنوان سیم پوششی که منسجم شده درون پوشش کابل. درجه حرارت کنترل شده در این روش امکان بهینه سازی بارها را فراهم میسازد.
قسمت سیستم کابلهای ۲۲۰-۵۰۰ kv
در کابلهای ولتاژ متوسط معمول است که در مورد دور یقطعات فکر کنیم. حتی اگر این تأمین کنندههای متفاوت بیایند، آنها میتوانند به یکدیگر ملحق شوند. و به عنوان یک سیستم کامل کار خواهند کرد. و این علت محدودیت دادن برای خیابانهای الکتریکی در ساختمان تجهیزات در IEC 60502 است.
کابلهای HV و همچنین EHV و لوازم فرعی به عنوان سیستم طراحی میشوند. نه وجود ساختمان تجهیزات کابلها و نه سطح ولتاژ ، فقط تست تجهیزات در IEC 60840 وIEC 62067 .
طراحی کابل ۴۰۰ kv XLPE
در سال ۱۹۹۶ ،ABB یک سفارش از خدمات عمومی برای تامین و نصب یک سیستم کابلXLPE 400 کیلو ولتی رد یک تونل زیرزمینی طولانی به طول ۶/۳ کیلومتر در مرکز برلین دریافت کرد.
تونل مطرح شده در ۲۵ تا ۳۵ متری زمین واقع شدهاست و یک قطر سه متری دارد.
سیستم کابل با هادیهای مسی قطعهقطعه شده ۱۶۰۰ میلیمتر مربعی و یک خازن انتقالی ۱۱۰۰MVA دارد؛ و بخشی از یک خط انتقال ضربدری میان شبکه فشارقوی شرق و غرب شکل گرفته است. کابل به صورت سه فاز منسجم به صورت قائم نصب شده است. یکی بالای دیگری با طراحی خاص . ۷/۲ متر دور از هم و با یک مدار کوچک در وسط هر فاصله مسیر کابل تقسیم شده به ۹ قسمت که تقریباً ۷۳۰ متر طولانیتر است. انتهای GIS روی دو پست فرعی و اتصال ABB جدید نصب شده و برای اتصال کابلهای طولانی مورد استفاده قرار گرفته است. کابل نصب شده تشکیل شده از سه قطعه اصلی با سه قطعه کوچکتر میان هر قطعه اصلی. مدار کابل در دساکبر سال ۱۹۹۸ به درون خدمات عمومی رفت.
پروژههای کابلهای زیر آبی جدید
در سال ۱۹۹۸ پروژه کانال جزایر الکترونیکی را تحویل داد که توان تولید از فرانسه به جرسی را تقویت میکند که برای اولین بار جرسی را به شبکه میانی اروپا متصل کرد. بخش زیردریایی این پروژه در ژول ۲۰۰۰ تکمیل شد.
اجزاء اصللی تحویل داده شده برای این پروژه عبارتند از:
– کابلهای زیردریایی میان فرانسه و جرسی و میان جرسی و گیونرسی(تقریباً به طول ۷۰ کیلومتر)
– پستهای فرعی GIS
– ترانسفورماتورهای جدید و راکتورها
دوتا از کابلهای زیر آبی از همان شیوه طراحی شدهاند. به عبارت دیگر سه هسته جدا شده از پوشش با عایق XLPEمیباشد ک ههر کدام یک فیبر نوری با ۲۴ فیبر مجتمع در آن برای ارتباط سیستم و قطع داخلی را شامل میشود. کالبها سیمهای لاکی دوبل دارند.( به عبارت دیگر یک لایه داخلی از لاک کش نشان و یک لایه خارجی که لاک سنگی نامیده میشود)برای حفاظت آزاد از آسیبهایی که میتواند سبب جریان جزر و مدی شود.
کابل یک قطر تقریباً ۲۵۰ میلیمتری و وزنی در حدود ۵۸ کیلوگرم بر متر را در هوا دارد. همچنین هر دو کابلها بوسیله کارخانه در طول کاملشان تحویل داده میشوند.
سیستمهای کنترلی جدا از هم در عملیات کامپیوتری اتصال کابلها نصب شدهاند. که در سال ۲۰۰۳ کامل شدهاست.
برق فشار قوی DC (HVDC )
برق DC فشار قوی که از سال ۱۹۹۷ به جریان انداخته شد. نوآوری دیگر ABB در زیر زمین است. که تکنولوژی کابلهای فشار قوی پیشرفته را متحد کرد. کابلها جریان مستقیم فشار قوی را برای انتقال قدرت حجیم د رفواصل طولانی و عنمدتاً زیر آب بکار برده میشوند.
تکنولوژی کابلهای قدیمی بر پایه سیستم عایقی کاغذ آغشته به روغن چسپنده سبک بنا نهاده شده است. چرا که این کابلها فواید تکنیکی زیادی دارند. ساخت پروسه آهسته و تولید آخر از نظر مکانیکی حساس است. صنعت نیز زمان زیادی خود به دنبال یک کابل HVDC فشاری از نوع مورد استفاده در سیستم AC میباشد.
با برق HVDC شرکت ABB سیستم کابل فشار قوی همراه با ترانزیستورهای جدید، مبدلها را وارد بازار میکند، که با ساخت کابلHVDC میزان انتقال قدرت راحتتر میشود.
*کاربردهای برق HVDC
– تغذیه کنندههای ایزوله شده
– شبکههای اتصال AC
– انتقال قدرت از واحد ژنراتور کوچک
– ایجاد شبکه DC با اتصال نقطه ضربدری
– قابلیت اطمینان شبکه توسط ولتاژ پایدار و شروعهای سیاه
تأسیسات زیربنایی الکتریکی آینده
سیستم کابلهای فشار قوی به عنوان پاسخ کلی از گهواره تا گور با تحویل تهیه کننده در دسترس هستند. چنین سیستمهایی یک هدیه قدیمی به خوبی یک حس تکنیکی در تجارت هستند. آنها ممکن است با درخواست نامه شروع شوند با از میان برداشتن خطوط اضافه بار ادامه پیدا کنند. و تأمین و نصب کابلهای سیستم و در آخر کنترل دوستانه محیطی با تجهیزات قدیمی را داشته باشند.
تمام درخواستهای کابل تقریباض میتواند به عنوان ترکیب هوشمند وسایل مانیتوری، مبدل وسایل اشتراک بار، خدمات و یا حتی کنار گذاری وسایل نیز باشد.
نهنگهای اقیانوس اطلس نیز میتوانند آرایش ببینند. و در اینجا نوع جدیدی از ضمانتنامههای در دسترس میتواند چندین تردید تجاری را رفع کند.
کاربرد هادیهای آلومینیومی روکشدار در خطوط هوایی فشار متوسط :
امروزه اهمیت صنعت برق به عنوان یک صنعت مادر و نقش حیاتی آن در راه اندازی و بهرهبرداری از صنایع دیگر بر کسی پوشیده نیست و درصد قابل توجهی از منابع اولیه انرژی (انرژیهای فسیلی، هستهای، آب، باد، نور خورشید و …) صرف تولید انرژی الکتریکی شده و برق تولید شده با صرف هزینههای گزاف و از طریق خطوط انتقال و توزیع هوایی و زمینی تحویل مشترکین میگردد. با توجه به تعدد شرکتهای تولید، انتقال و توزیع نیروی برق در جهان و وجود بازارهای رقابتی، کاهش هزینه تمام شده و عرضه انرژی الکتریکی با قابلیت اطمینان بیشتر از اهداف شرکتها میباشد. در ایران نیز علیرغم پرداخت یارانه به سوخت مصرفی نیروگاهها و برق مصرفی مشترکین ، با توجه شتاب روند صنعتی شدن کشور و گسترش کاربرد تجهیزات حساس به کیفیت تغذیه، اهمیت تأمین برق ارزان، بدون وقفه و با کیفیت، بیش از پیش خود نمایی میکند. زمینههای دستیابی به اهداف مذکور با ایجاد بازار برق فراهم گردیده است. دستیابی به اهداف یاد شده مستلزم توسعه منطقی و استفاده بهینه از ظرفیتهای موجود در کلیه بخشها میباشد. در عمل، سرمایهگذاری لازم برای احداث خطوط انتقال و توزیع نیروی برق، تنها به خرید تجهیزات خلاصه نمیشود، بلکه علاوه بر مسایل فنی، مسایل جنبی نظیر مسایل زیست محیطی و هزینههای آن (پرداخت هزینههای سنگین تملک زمینهای مسیر عبور خطوط بویژه زمینهای گرانقیمت مناطق شهری، اراضی حاصلخیز کشاورزی، باغات و خسارات وارده به محیط زیست) گاهی به چندین برابر قیمت تجهیزات نیز میرسد. از جمله مسایل زیست محیطی توسعه خطوط انتقال و توزیع نیروی برق، حریم خطوط تأمین برق میباشد که علاوه بر تخریب منابع طبیعی، مقاومتهای مردمی را در پی داشته و سبب محدود شدن گسترش خطوط انتقال و توزیع نیروی برق میشود، لذا در کنار اقدامات لازم به منظور کاهش پهنای باند عبور خطوط (کمپکت سازی خطوط)، استفاده بهینه از ظرفیت خطوط موجود نیز دارای اهمیت ویژهای میباشد.
انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاهها، عمدتاَ بصورت جریان متناوب (با فرکانس ۵۰ و ۶۰ هرتز) و از طریق خطوط انتقال و توزیع هوایی و زمینی به مشترکین تحویل میشود. هریک از شبکههای هوایی و زمینی، مزایا و معایبی را دارا میباشند و انتخاب نوع شبکه، بستگی به شرایطی از قبیل سطح ولتاژ، طول مسیر، شرایط اقلیمی، ارزش اراضی، تراکم جمعیت و مسایل فنی و اقتصادی دارد.
از مزایای خطوط هوایی ، سهولت اجرا، قابل مشاهده بودن تمامی شبکه و در نتیجه تسریع در انشعابگیری، تعمیر و عیبیابی شبکه و هزینه اولیه کمتر در مقایسه با شبکه زمینی بویژه در سطوح ولتاژ بالاتر میباشد (قیمت پایینتر هادیها در مقایسه با کابل، عدم نیاز به کانال کشی و مجوزهای حفاری مربوطه، عدم نیاز به اتصالات و غلافهای آببندی گرانقیمت جهت ضد آب کردن تجهیزات زیر زمینی). از معایب شبکههای هوایی میتوان به دسترسی آسان به شبکه و افزایش خطر برقگرفتگی مشترکین و عوامل بهرهبردار، افزایش احتمال سرقت انرژی (بویژه در شبکه فشار ضعیف)، خطر برخورد صاعقه، اشجار، اجسام خارجی و پرندگان، مسائل مربوط به حریم خطوط و جلوه نازیبای شهرها اشاره نمود.
از مزایای شبکههای زمینی، کاهش میزان دسترسی به شبکه و در نتیجه کاهش خطر برقگرفتگی مشترکین و پرسنل بهرهبردار، کاهش سرقت انرژی، حذف خطرات محیطی از قبیل خطر برخورد صاعقه، برخورد درختان، اجسام خارجی، برخورد پرنده، رفع مسایل مربوط به حریم خطوط، عدم نیاز به قطع اشجار و برهم نزدن جلوه شهرها میباشد. از معایب شبکههای زمینی، میتوان به هزینههای اولیه بالاتر، مشکل بودن و کندی انشعابگیری، تعمیر و عیبیابی شبکه و نیاز به تجهیزات و تخصصهای خاص در این زمینه اشار نمود.
با توجه به مزایا و معایب شبکههای زمینی و هوایی کلاسیک (با هادیهای لخت) که به اختصار بیان گردید و بهمنظور استفاده از سیستمی که تا حد امکان مزایای هر دو نوع شبکه فوقالذکر را دارا بوده و فاقد معایب آنها باشد، هادیهای روکشدار به عنوان نسل جدید خطوط هوایی فشار متوسط معرفی میگردد که مزایای شبکه هوایی کلاسیک مانند سهولت اجرا، ارزانی، تسریع در انشعابگیری، تعمیر و عیبیابی شبکه را دارا بوده و معایب عمده آن مخصوصاً سرقت انرژی، خطرات
محیطی از قبیل خطر برخورد صاعقه، برخورد اشجار و اجسام خارجی، برخورد پرنده و … را تا حد امکان کاهش میدهد.
مهمترین دلیل استفاده از هادیهای روکشدار هوایی، کاهش قطعیهای کوتاه مدت و بلند مدت خطوط توزیع نیروی برق (افزایش قابلیت اطمینان شبکه) و در نتیجه کاهش انرژی توزیع نشده میباشد، هر چند استفاده از هادیهای روکشدار، نتایج جنبی دیگری به شرح ذیل دارد که حائز اهمیت فراوان میباشد:
۱- کاهش ابعاد کراس آرمها و در نتیجه کاهش گشتاور نیروی وارده
۲- امکان کاهش پهنای باند عبور خطوط (بدلیل کاهش ابعاد کراس آرم)
۳- امکان کاهش مساحت زمینهای اشغالی و کاهش حقوق ارتفاقی پرداختی جهت تملک باند عبور
۴- ارتقاء سطح ایمنی تجهیزات، عوامل بهرهبردار و مشترکین
۵- کاهش برخی مسایل زیست محیطی با کاهش شاخهزنی و درختزنی (افزایش دوره زمانی شاخه زنی و درختزنی) همچنین جلوگیری از برخورد مستقیم پرندگان به خطوط برقدار و مرگ و میر ناشی از این مورد
۶- صرفهجویی در هزینههای مربوط به شاخهزنی، درختزنی و هزینههای مستقیم و غیر مستقیم (توقف تولید کارخانجات، آسیب به مواد و محصولات در دست تولید، نارضایتی مشترکین و…) مربوط به قطعیهای با برنامه جهت شاخهزنی و درختزنی
۷- کاهش تلفات بدلیل کاهش امپدانس خطوط (در اثر نزدیک شدن فازها به یکدیگر، اندوکتانس خط کاهش یافته و کاپاسیتانس افزایش مییابد و کاهش جریانهای نشتی ، افت ولتاژ و تلفات را به دنبال دارد)
۸- افزایش قدرت طبیعی (SIL ) خطوط
۹- افزایش قابلیت جریاندهی خطوط
۱۰- بهبود کیفیت توان تحویلی به مشترکین
۱۱- کاهش تعداد انشعابات غیر مجاز (بطور عمده در بخش فشار ضعیف، با توجه به گستردگی شبکه و تعداد زیاد مشترکین)
۱۲- امکان افزایش دورههای زمانی تعمیرات خطوط و کاهش هزینههای مربوط به تعمیرات (بدلیل اینکه هادیها و سایر قسمتهای برقدار شبکه بطور مستقیم در معرض هوای آزاد و خطرات محیطی نبوده و در نتیجه امکان افزایش دورههای تعمیرات و صرفهجویی در هزینهها وجود دارد).
هادیهای روکشدار در کنار مزایای ذکر شده دارای معایبی نیز میباشند:
۱- سرمایهگذاری اولیه بالاتر در مقایسه با خطوط هوایی کلاسیک، بدلیل استفاده از هادیهای روکشدار (بدون احتساب کاهش حقوق ارتفاقی)
۲- کاهش طول اسپن، افزایش تعداد پایهها و فونداسیونها در فواصل یکسان و در نتیجه افزایش هزینههای اولیه
۳- افزایش وزن واحد طول و سطح بادخور هادی و در نتیجه افزایش نیروهای افقی و عمودی و نیاز به تمهیداتی جهت مقابله با تأثیر عوامل فوقالذکر (افزایش ارتفاع پایهها یا افزایش قدرت پایهها یا کاهش فواصل بین پایهها و …) که منجر به افزایش هزینههای اولیه احداث خطوط میگردد.
۴- افزایش سطح اتصال کوتاه
۵- نیاز به تجهیزات خاص جهت حفاظت هادیها در مقابل اضافه ولتاژها
۶- خطر برقگرفتگی در مواردیکه سیم پاره شده اما بدلیل وجود روکش، سر هادی از محل پارگی به زمین اتصال پیدا نکند. (در این شرایط ، رلهها اتصالکوتاه را تشخیص نداده و بدلیل عدم قطع توسط کلید، خطر برقگرفتگی، رهگذران را تهدید مینماید.
تذکر مهم: تاکنون نتیجه مطالعاتی مبنی بر حذف یا کاهش حریم خطوط با استفاده از هادیهای روکشدار در ایران صورت نگرفته و در حال حاضر نباید از هادیهای روکشدار جهت کاهش حریم استفاده نمود، اما بدلیل امکان کاهش طول کراس آرم (یک سوم طول کراس آرمهای موجود )، امکان کاهش کریدور آزاد (پهنای باند عبور) خطوط فراهم شده و علاوه بر تسریع در اجرای پروژهها، میزان حقوق ارتفاقی پرداختی جهت تملک کریدور خطوط کاهش مییابد.
انواع هادیهای روکشدار:
جنس هادیهای مورد استفاده، همانند هادیهای متداول در خطوط هوایی، بسته به شرایط،آْلومینیوم آلیاژی یا آلومینیوم تقویت شده با فولاد (ACSR ) میباشد. با توجه به نصب هادیها بصورت هوایی و در نتیجه قرار گرفتن در معرض نور خورشید و تغییرات جوی، روکش هادیها علاوه بر سبکی باید در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV ) نیز مقاوم باشد. با توجه به موارد یاد شده، هادیهای موصوف به دو صورت روکش شده و در دسترس میباشند :
۱- نوع CC – در این نوع هادی، رشتههای هادی بوسیله روکشی از جنس پلی اتیلن کراسلینک(XLPE )، (عایق مربوط به کابلهای خشک مورد استفاده در شبکههای فشار متوسط ، فوق توزیع و فشار قوی)پوشیده شده است، این نوع هادی قابلیت تحمل تماسهای موقت و زود گذر دو فاز به هم یا فاز به زمین را دارا میباشد.
۲- نوع CCT – در این نوع هادی، رشتههای هادی بوسیله روکشی از جنس پلی اتیلن کراسلینک(XLPE )، (عایق مربوط به کابلهای خشک مورد استفاده در شبکههای فشار متوسط ، فوق توزیع و فشار قوی) اما با ضخامتی بیشتر که بسته به مقطع هادی متغیر میباشد، پوشیده شده و علاوه بر آن دارای یک روکش خارجی از جنس پلی اتیلن سنگین (پوشش خشک، سخت و با قدرت نفوذ پذیری کم) میباشد که با هدف حفاظت عایق داخلی در برابر ضربات مکانیکی و برخورد اجسام خارجی و اشیاء برنده بکار میرود. این نوع هادی با توجه به ضخامت عایق و روکش خارجی، قابلیت تحمل تماسهای دو فاز به هم یا فاز به زمین را برای مدتهای طولانی دارا میباشد و طی این مدت طولانی، گروههای عملیاتی به مناطق مورد نظر مراجعه کرده و اقدام به رفع عیب خواهند نمود. مشخصات هادی روکشدار نوع CCT به مشخصات عایقی کابل نزدیکتر است.
تفاوت هادیهای روکشدار نوع CCT و CC با کابل خودنگهدار:
تفاوت هادیهای روکشدار نوع CCT و CC با کابل خودنگهدار این است که کابل خودنگهدار از بههم تابیده شدن سه رشته کابل مجزا و یک رشته سیم با مقاومت مکانیکی بالا به عنوان مهار (جهت اتصال مجموعه کابل به یراقآلات و تحمل وزن مجموعه) تشکیل شده است و هر رشته کابل شامل هادی آلومینیومی با مقطع استاندارد، لایه نیمههادی داخلی بصورت نواری، اکسترود شده (تزریقی) یا هر دو (جهت یکنواخت نمودن میدان الکتریکی حول هادی و جلوگیری از تخلیه الکتریکی در فواصل احتمالی موجود بین عایق و هادی)، عایق XLPE با ضخامت استاندارد mm 5/5 ، لایه نیمههادی خارجی بصورت نواری، اکسترود شده یا هر دو بعلاوه شیلد الکترو استاتیک هادی (جهت یکنواخت نمودن میدان الکتریکی حول رشتههای کابل) و غلاف (روکش) از جنس PVC میباشد در حالیکه هادی روکشدار نوع CC فقط شامل هادی، لایه نیمههادی داخلی (در برخی موارد)، عایق XLPE با ضخامت کمتر (mm 5/3-3) بوده و هادی روکشدار نوع CCT شامل هادی، لایه نیمههادی داخلی (در برخی موارد)، عایق XLPE با ضخامتی کمتر از ضخامت عایق کابل و روکش خارجی از جنس پلی اتیلن سنگین میباشد.
