کابل‌های فشارقوی عایق شده توسط پلیمر

[ad_1]

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: با تقاضای رو به افزایش برای انرژی الکتریکی، ولتاژهای انتقال نیز رو به افزایش هستند. انتقال توان زیاد به مسافت‌های دور، که به علت مبادله قدرت بین کشور‌ها می‌باشد، نیاز به کابل‌های فشارقوی موثری دارد تا در مناطق شهری یا برای عبور زیر زمینی یا دریایی استفاده شود. امروزه ولتاژ عملیاتی کابل‌های فشارقوی الکتریکی تولیدی تا ۵۰۰ kV افزایش یافته است.

کابل‌های الکتریکی polymer-insulated یا PE ضرورتا حاوی هادی فلزی با مقاومت پایین که توسط پلیمر عایق سازی شده است هستند. این عایق هادی‌ها را از یکدیکر و اطرافشان جدا می‌کند. یک غلاف (sheath or jacket) که بدوا بسته به خواص مکانیکی قالب ریزی شده از کابل مقابل محیط محافظت می‌کند.

 

محتویات عمده‌ی دیگر میتوانند شامل لایه‌های نیمه هادی، screen فلزی، سیم فلزی تقویت کننده، و لایه‌ی بلوکه کننده‌ی آب. اگرچه یک تحول محتمل از مواد با خاصیت ابررسانایی ساختار سیستم انتقال نیرو را دگرگون خواهد کرد متخصصان استعمال گسترده‌ی آن را تا ۲۰ – ۱۰ سال آینده عملی نمی‌دانند.

 

در حال حاضر تکنولوژی کابل‌های فشارقوی توسط گذار از پوشش کاغذی معمول گذشته، کاغذ آغشته به روغن تحت فشار که مشکلاتی از قبیل: اتلاف عایقی بالا، مخارج عملکرد بالا و آلودگی و … دارد، به دای الکتریک اکسترود شده‌ی مصنوعی (extruded synthetic dielectric) مشخص می‌شود.

water treeing یکی از مهمترین عیوب در عملکرد کابل‌های MV و HV است و از این رو طراحی، ساختمان و مواد مورد استفاده به گونه‌ای که از نفوذ آب، به ویژه در کابل‌های زیر زمینی و زیر آبی، جلوگیری کنند مهم می‌باشد. اگرچه ساختمان‌های بسیار متفاوتی از کابل‌های فشارقوی در بازار موجود هستند، اما تمامی آن‌ها دارای قسمت‌های ضروری زیر هستند:
* هادی‌ها
* شیلد‌های نیمه هادی
* عایق‌ها

کابل‌های فشارقوی عایق شده توسط پلیمر 

* هادی ها:
هادی‌ها سیم‌های مسی با آلومینیمی هستند که می‌توانند مفتولی (solid) یا افشان (stranded) باشند. هادی‌های افشان برای بالا بردن انعطاف پذیری کابل استفاده می‌شوند. به علاوه می‌توانند maximum electrical stress را تا ۲۰ % افزیش دهند. در این هادی ها، آب میتواند در جهت طولی در خلل و فرج‌ها و فضاهای میان رشته‌ها به راحتی نفوذ (شارش) کند. جلوگیری از نفوذ طولی آب توسط پر کردن خل و فرج‌ها با ترکیبی از پلاستیک یا سوار کردن مواد جذب کننده‌ی آب (نمگیر = hygroscopic) درون رشته‌های هادی بدست می‌آید. راه دیگر! استفاده از هادی‌های مفتولی (solid) است که خلل و فرجی ندارند. برای مس، هادی‌های مفتولی بالای شماره ۱AWG عملی نیستند.

 

در آلومینیم drawn حالت معمول کاملا سخت بودن است. وقتی آلومینیم به جای draw شدن extrude می‌شود، حالتی نرم پیدا می‌کند. استانداردهای آمریکایی هادی مفتولی آلومینیمی را نمی‌شناسند، اما این هادی‌ها در اروپا استاندارد هستند. کابل‌های فشارقوی می‌توانند دارای یک یا چند هادی درون کر (core) باشند. در هادی‌های چند کره (چند هسته ای)، فاصله‌ی مناسب میان هادی‌ها باید از فرمول‌های مرتبط در تنش‌های الکتریکی محاسبه گردد. شکل دادن به هادی‌ها فرآیندهایی، چون drawing، فشرده کردن، گداخته کردن (annealing)، پوشانیدن (قلع کاری tinning و روکش کاری کردن plating)، باندل کردن (bunching) و افشان کردن را در بر می‌گیرد.

شیلد‌های نیمه هادی:


تحقیق روی شیلد‌های نیمه هادی در توسعه‌ی کابل‌های فشارقوی نقشی اساسی را بازی کرده است. در کابل‌های فشارقوی، مواد نیمه هادی به منظور جلوگیری از تخلیه‌ی جزئی در فصل مشترک بین عایق و هادی و بین عایق و لایه‌ی خارجی شیلد کننده مورد استفاده قرار گرفته اند و به علاوه تنش‌های الکتریکی را در لایه‌ی عایقی تعدیل می‌کند. آن‌ها میدان الکتریکی یکنواختی حول عایق با کاهش دادن گرادیان پتانسیل روی سطح هادی‌های افشان و درون شیلد فلزی، فراهم می‌کنند و از تخلیه‌های جزئی (کرونا) در سطح هادی‌های افشان و عایق با نگهداشتن تماسی نزدیک بین سطوح داخلی و خارجی عایق جلوگیری می‌کنند. همچنین آن‌ها حفاظتی در مقابل آسیب‌های بوجود آمده از گرم شدن هادی در اتصال کوتاه‌ها ایجاد می‌کنند.

مشخص شده است که تحمل دای الکتریکی عایق به مقاومت حجمی (volume resistivity) ماده‌ی نیمه هادی وابسته است. فاکتورهای دیگر نیز –، چون پلاریته، نوع و مقدار کراسلینک کردن ماده‌ی نیمه هادی – تنها اثری جزئی روی تحمل دای الکتریکی دارند. ناخالصی‌ها می‌توانند باعث بیشتر شدن پدیده‌ی درخت آبی شوند.

در کابل‌های قدرت، کوپلیمر‌های (copolymers) اتیلنی پر شده با Carbon Black هادی (CB)، مانند اتیلن ونیل استات و اتیلن اتیل استات، به طور متداول به عنوان لایه‌ی نیمه هادی استفاده می‌شوند. فاکتورهایی، چون مقدار CB، کیفیت مخلوط کردن و دما (توسعه‌ی شبکه‌ی CB را متاثر می‌کند) تاثیر روی ویژگی‌های نیمه هادی‌های پر شده با CB می‌گذارد. افزایش بارگذاری CB و دمای فرآیند مقاومت حجمی (volume resistivity) را کاهش می‌دهد که معمولا بین ۱۰ و ۱۰۰ اهم cm است و نباید از ۴ ^ ۱۰ اهم cm تجاوز کند [ ۱۲]- [ ۱۵].


* عایق سازی:


الف) XLPE
پلی اتیلن (PE) ترموپلاستی (نرمش پذیر دراثر حرارت) پلیمری نیمه بلورین semicrystalline است که دارای ویژگی‌های الکتریکی خوب می‌باشد (ضریب دای الکتریک پایین، تلفات دای الکتریکی پایین، استحکام عایقی بالا) به همراه خصوصیات دلخواهی، چون تافنس toughness مکانیکی و انعطاف پذیری، مقاوم در برابر مواد شیمیایی، فرآیند پذیر، و ارزان قیمت بودن. این خصوصیات آن را انتخابی دلخواه برای عایق سازی کابل‌های قدرت می‌کند و این در حالی است که عیب عمده‌ی آن که دمای ذوب پایین آن است تاثیری در تصمیم ما نمی‌گذارد.

این عیب دمای عملیاتی را به C ° ۷۵ محدود می‌کند. برای بهبود این خصوصیت، PE کراسلینک می‌شود (XLPE). کراس لینک کردن دمای ماکزیمم عملیاتی را تا C. ° ۹۰ و دمای اضطراری را تا C. ° ۱۳۰ و ماکزیمم دمای اتصال کوتاه را (گذرا) تا C. ° ۲۵۰ بالا می‌برد. گراس لینک کردن همچنین استحکام ضربه ای، پایداری اندازه، استحکام کششی، خصوصیات حرارتی و مقاومت شیمیایی را بالا می‌برد و خصوصیات الکتریکی، پیری و مقاومت در برابر حل شدن پلی اتیلن را بهتر می‌کند.

[ad_2]

لینک منبع

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *