توسعه لوازم جانبی کابل “نسل بعدی”

تأثیر عوامل مختلف بر تجهیز الکترونیکی فرا بنفش تشخیص تخلیه کروناتأثیر عوامل مختلف بر تجهیز الکترونیکی فرا بنفش تشخیص تخلیه کرونا
بهمن ۲۹, ۱۳۹۸
پارگی چترک های مقره های کامپوزیتی در شرایط سرویس تحت باد شدید
اردیبهشت ۲۲, ۱۳۹۹

توسعه لوازم جانبی کابل “نسل بعدی”

شبکه­ های توزیع برق به سرعت در حال تغییر هستند زیرا ادغام منابع تجدید پذیر و همچنین شهرسازی خزشی نیاز به مفاهیم جدید در زیرساخت های برق دارند. جمع و جور و فشرده بودن دیگر فقط یک مورد مطلوب نیست، بلکه اکنون حتی یک عملکرد مهم و ضروری نیز محسوب می شود. به همین ترتیب، زمان خرابی باید به حداقل برسد در حالی که جنبه­های ایمنی پیچیده تر شده­اند. این ویرایش اخیر توسط روبن گروند و مایکل زرر از Pfisterer ، این چالش ها را در زمینه توسعه لوازم جانبی کابل “نسل بعدی” مورد بحث قرار می دهد.

افزایش ظرفیت انتقال

توسعه­ ی شهری به ظرفیت انتقال بالاتری نیاز دارد که می­تواند با رشد تعداد مشتری یا به دلیل نوسان تولید و مصرف به دلیل ادغام و یکپارچه سازی منابع تجدیدپذیر ایجاد شود. علاوه بر این، انرژی باید از مسافت های طولانی منتقل شود زیرا نقاط تولید و تقاضا در بیشتر موارد با هم همپوشانی ندارند. این امر مستلزم بررسی دقیق تلفات است و یک رویکرد برای کاهش این­ها افزایش ولتاژ سیستم است ، همانطور که طی دهه های گذشته این موضوع رخ داده است. در حالی که اولین خط سه فاز AC در سال ۱۸۹۱ دارای ولتاژ سیستم ۲۵ کیلوولت و طول بیش از ۱۷۶ کیلومتر بود. این روزها ولتاژ سیستم ۵۵۰ کیلوولت برای خطوط کابل با ولتاژ بالا استفاده می­شود و امکان انتقال نیرو تا ۱٫۵ گیگا ولت آمپر را فراهم می­کند. دلیل اصلی ولتاژ بالاتر سیستم کاهش اتلاف انرژی است. به عنوان مثال ، افزایش ولتاژ سیستم به میزان ۱۰ با استفاده از کابل با قطر یکسان باعث کاهش تلفات توان با ضریب ۱۰۰ می شود. اگر قطر کابل با ۱۰ کاهش یابد ، باز هم تلفات توان با ضریب ۱۰ کاهش می یابد.

 

لوازم جانبی کابل تا ۵۵۰ کیلوولت

لوازم جانبی در حال حاضر به طور فزاینده ای برای کابل های ولتاژ بالا تا ۵۵۰ کیلوولت در دسترس هستند. این لوازم شامل اتصالات کابل خشک ، قابل اتصال برای ترانسفورماتورها و پست­های عایق بندی شده با گاز (GIS) ، خاتمه کابل ، مفاصل کابل و اتصالات کابل قابل اتصال و همچنین شاخه های blind dummy است. این قطعات از نوع تست شده بوده و می توانند برای انواع کابل XLPE ، مستقل از قطر هسته ، ضخامت عایق یا سازنده مورد استفاده قرار گیرند. کلیه واحدهای کنترل میدانی و مواد دارای تنش الکتریکی از پیش ساخته و آزمایش روتین می باشند که بالاترین ایمنی عملیاتی بلند مدت را تضمین می کند.

 

سیستم های قابل اتصال

یک نوع سیستم قابل اتصال خشک می تواند قطر کابل ۳۰۰۰ mm²  مسی یا رسانای آلمینیومی را داشته باشد و دارای جریان نامی ۴۰۰۰ آمپر باشد. حداکثر قطر با عایق ۱۴۴ میلی متر است و تنظیم اصلی آن در شکل ۱ نشان داده شده است. یک مزیت اضافی آن است که محفظه دارای ایمنی در برابر لمس ، ضد آب و ضد آب نمک است ، به این معنی که در مناطق ساحلی و همچنین در محیط های خارج از ساحل نیز قابل استفاده است.

شکل ۱: نمونه سیستم قابل اتصال UM = 550 کیلوولت.

 

اتصالات کابل

جدیدترین فن آوری اتصالات کابل که به طور گسترده آزمایش شده است ، نصب ساده­ی محفظه خارجی ضد آب و همچنین حداکثر ایمنی عملیاتی را تضمین می­کند. استفاده از اتصال توسط پیچ اجازه می­دهد تا هادی با نیروی تماسی بهینه و بدون تجهیز مخصوصی به هم متصل شود. رفتار محافظ کابل می­تواند بطور جداگانه برای نوع کابل و نیازهای مشتری سازگار شود (به عنوان مثال به شکل ۲ مراجعه کنید).

شکل ۲: نمونه مفصل اتصال کابل UM = 550 کیلوولت.

مطابق با استاندارد IEC ، شرایط لازم ، انجام یک نوع و یک آزمون مقدماتی است. نمونه تنظیم شده طبق استاندارد IEC 62067 در شکل ۳ نشان داده شده است.

شکل ۳: نمونه تنظیمات برای تست نوع IEC.نمودار ۱: نمونه آزمایش نوع چرخه گرما.

 

سختی اصلی، آزمایش Annex G است که در آن مفصل در فشار ۱ bar در آب فرو می رود و می­چرخد. تعداد چرخه ها به طور معمول به مشخصات منطقه بستگی دارد.

نمودار ۱ اندازه گیری چرخه گرما را در طی چنین آزمایشی نشان می­دهد ، در حالی که درجه حرارت در یک dummy برای کالیبراسیون استفاده می شود.

 

انتهای کابل در فضای باز

یکی دیگر از مؤلفه های مهم شبکه های کابلی مدرن خاتمه­ی آن در فضای باز است ، اکنون معمولاً از یک محفظه خارجی دافع آب ساخته شده از سیلیکون می باشد. حداقل فاصله خزش ۱۶۶۰۰ میلیمتر است که یک کلاس آلودگی بالای بیشتر از ۶۵ میلیمتر بر کیلوولت را پوشش می دهد. مخروط تنش ترمینال نیز از قبل قالب گیری شده و به صورت روتین آزمایش شده است که امکان نصب سریع در زمان را فراهم می کند و از قابلیت اطمینان بالایی در این قسمت ها برخوردار است. یک وسیله مخصوص مرکزی ، منحصر به فرد برای برخی از انواع خاتمه ، موقعیت صحیح مخروط تنش ، چه در موقعیت شعاعی و چه در موقعیت محوری قسمت مهم الکتریکی را تضمین می کند.یک دشواری بزرگ برای خاتمه در فضای باز، اندازه کلی است. در نتیجه باعث می شود طول کابل زیادی در داخل قسمت خاتمه مصرف شود. با توجه به تغییر بار ، طول هادی نیز تغییر می کند که منجر به کشیدگی و در نتیجه اثر “کمانش” در دماهای بالا می شود. هرچه هادی کوچکتر باشد ، این اثر بیشتر است. بنابراین آزمایشات در یک کابل با هادی مسی ۳۰۰ میلی متر مربعی و قطر عایق متناظر با ۶۲ میلی متر انجام شد (به شکل ۴ مراجعه کنید). حداکثر کمانش در این مشخصه از مقادیر محدودیت تعیین شده فراتر بود. بنابراین ، برای جلوگیری از کمانش کابل در داخل محفظه عایق شده ترمینال ، یک دستگاه مخصوص فنری یکپارچه شده یا سیسیتم است ، همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده است. این باعث جبران طول رسانای داخل ترمینال و همچنین جلوگیری از حرکت هادی از مرکز می­شود ، در نتیجه توزیع میدان ثابت مستقل از تغییر دما تضمین خواهد شد.

شکل ۴: توسعه کابل به دلیل بار که منجر به کمانش می شود.

 

همانند سایر خاتمه ها، صفحه پایه از صفحه کابل عایق بندی شده است که امکان تنظیم سیستم انعطاف پذیر زمین را مطابق نیاز مشتری فراهم می کند. برای برقراری اتصال سریع و ایمن کابل ، پیچ بالای ترمینال و همچنین اتصال در مفصل به یک اتصال با پیچ مجهز شده که نیازی به ابزار خاصی ندارد. این اتصال با پیچ، طول عمر بالا در برابر نیروی تماسی طولانی مدت و اتصال به اتصالات کابل را تضمین می کند.یک سیستم گیره کابل جدید هم برای اتصال کابل و هم برای خاتمه توسعه یافته است (شکل ۶ را ببینید) ، که از دو قسمت تشکیل شده است – قفس الحاقی و گیره کابل. در صورت استفاده از این سیستم بر روی قطرهای کابل بیرونی کوچک، یک آداپتور اضافی در دسترس است. گیره کابل بر روی قطر کابل تنظیم شده است تا حداکثر نیروی احتمالی حفظ شود و از حداقل فشار بر روی کابل اطمینان یابد. به همین ترتیب ، حتی با وزن های کابلی عظیم نیز قابل کنترل است. در همان زمان، این سیستم یک عملکرد مرکزی را برای اطمینان از موقعیت مناسب کابل در خاتمه مربوط به کانکتور فراهم می کند.

شکل ۵: دستگاه جبران.

شکل ۶: گیره کابل.

 

کاهش در اثر پوستی

تولید انرژی به صورت غیر متمرکز ، که بیشتر با افزایش تولید انرژی تجدید پذیر انجام می شود ، نیاز به ظرفیت شبکه اضافی برای انتقال انرژی و توزیع آن دارد. رشد شهرنشینی این امر را با نیاز به ظرفیت توزیع اضافی بیشتر دنبال می­کند. این روند با ارزیابی ابعاد کابل در نمودار ۲ تأیید شده است، که استفاده جهانی از اتصالات کابل برای سطح ولتاژ ۲۴۵ کیلوولت را نشان می دهد. از سال ۲۰۰۶ ، قطر کابل ها حدود ۱۰٪ افزایش یافته است.

نمودار ۲: افزایش هادی کابل.افزایش سطح مقطع رسانا یکی از گزینه هاست.

با این وجود ، به دلیل “اثر پوستی” سرمایه گذاری معادل سود نیست. نمودار ۳ استفاده از انواع مختلف رسانا را با هم مقایسه می کند و افزایش مقاومت را با توجه به اثر پوستی نشان می دهد. نسبت مقاومت AC به مقاومت DC نشان داده شده است تا به معادل استفاده از هادی های لعاب داده شده نزدیک شود. این سیستم رشته ای است و هر رشته سیم یک عایق دارد. بنابراین، هیچ جریان بین رشته های منفرد جریان نمی­یابد، در نتیجه باعث کاهش چشمگیر در اثر پوستی می شود.این یک مزیت عمده برای کابل ها است اما طراحی و در نتیجه عملکرد لوازم جانبی کابل را به چالش می کشد. سطح تماس نیاز به توزیع جریان همگن دارد. راه حل­های قبلی نیاز به از بین بردن لایه های عایق توسط ساینده یا گرما دارد ، فرآیندی که وقت گیر است و به کار کارفرمایان بسیار وابسته است. بعلاوه طول کابل اضافی به دلیل خم شدن و پیچش رشته ها لازم است. بنابراین این با هدف راه حل های فشرده مغایرت دارد. آخرین پیشرفت ها استفاده از سطح جلوی رسانای کابل را به عنوان سطح اتصال می داند. سطح تماس با یک ماده غیر قابل فشرده و در عین حال انعطاف پذیر ارائه می شود. این راه حل برای اتصالات ، خاتمه ها و سیستم های قابل اتصال استفاده می شود. به عنوان مثال ، Pfisterer شروع به تهیه چنین راهکاری در سال ۲۰۱۱ کرد. حق ثبت اختراع در انتظار است و مؤلفه های پروژه های آزمایشی برای ارزیابی قبلاً تحویل داده شده است.

نمودار ۳: Rac / Rdc در برابر تنظیمات کابل.

انعطاف پذیری

در حالی که افزایش ظرفیت انتقال یک ابزار مهم برای شبکه فردا است ، انعطاف پذیری شبکه جنبه اصلی دیگری دارد. سیستم های قابل توسعه روز به روز محبوب تر می شوند، اما هر سیستم محصور شده مانند سیستم کابلی، در رابطه با حفاظت نیاز به فکر دیگری دارد.

 

حفاظت موج پالس

برقگیرها معمولاً SF6 یا عایق هوا هستند و هر دو محدودیت هایی دارند. استفاده از SF6 محدودتر شده و آزمایش نیاز به انتقال گاز SF6 دارد. به همین ترتیب، عایق هوا نیاز به خزش و فضا دارد و موقعیت یابی آن بهینه نیست. طرح شبکه پست در هنگام استفاده از کابل معمولاً اجازه نمی­دهد تا یک برقگیر با عایق هوا تا حد امکان در نزدیکی یک ترانسفورماتور قرار گیرد.برقگیر عایق جامد قابل اتصال با استفاده از جدیدترین استانداردها تا ولتاژ نامی ۱۸۰ کیلوولت تولید و آزمایش شده است. عایق اصلی برقگیر جامد است و هیچ مایع عایق یا گاز نظیر SF6 موجود نیست. شکل ۷ نمای بریده شده از چنین برقگیری را نشان می دهد. بخش اصلی از نظر قابلیت برقگیر دیسک های اکسید فلزی است. این­ها به عنوان یک جزء غیرخطی با جریان نشتی بسیار کم در حین کار استفاده می شوند. دیسک­ها به قسمت نر سیستم پلاگین متصل شده و توسط بدنه ای از سیلیکون عایق بندی شده اند که شامل عناصر کنترل میدان می باشد. آرماتور سر (فلنج) شامل یک دیسک پشت سر هم برای کاهش فشار و سر “قابل برگشت” برای هدایت مجدد گاز در صورت خرابی ، مطابق با استاندارد IEC 60099-4  می باشد. این محفظه از رزین تقویت شده با فیبر شیشه ای ساخته شده و به استحکام مکانیکی عالی و همچنین محافظت از بدنه سیلیکونی در برابر محیط را فراهم می کند. بدنه سیلیکونی خود محافظت شده و غیر قابل تماس است. ساختار ویژه مسیر زمین امکان اتصال دستگاه های مانیتورینگ یا پیشخوان های تخلیه را در صورت تمایل امکان پذیر می کند.

شکل ۷: نمای برش داده شده از یک برقگیر با اندازه ۴

بوشینگ قابل اتصال

بوشینگ معمولی عمدتا در ترانسفورماتورها استفاده می­شود و این روزها از انواع RIP (کاغذ آغشته شده به رزین) استفاده بیشتری می شود. در هنگام مونتاژ چنین بوشینگ­های رایجی، مخزن ترانسفورماتور باید باز شود و بنابراین عایق اصلی آن، در بیشتر موارد، روغن معدنی ، در معرض محیط قرار می­گیرد. این فرآیند با توجه به آلودگی، رطوبت و زمان مونتاژ می تواند مشکلاتی ایجاد کند. با مراجعه به یک سیستم قابل اتصال ، ترانسفورماتور توسط یک سوکت محصور شده است ، که سپس این سوکت یک رابط را ارائه می­دهد. این رابط به تمام گزینه ها اجازه می دهد تا نیازی به دستکاری روغن و باز کردن مخزن ترانسفورماتور نباشد. این سیستم را می­توان با استفاده از تجهیزات آزمایش – ضد ولتاژ و متصل به یک سیستم کابل با استفاده از اتصالات کابل یا با استفاده از بوشینگ­های قابل اتصال به یک خط هوایی متصل کرد. این بوشینگ های قابل اتصال تا ۲۴۵ کیلوولت در دسترس هستند و راه حل هایی برای ولتاژ بالاتر در دست تهیه است. در حالی که بوشینگ­های قابل اتصال مزیت اصلی را در رابطه با ترانسفورماتورها دارند ، با این روش برنامه های دیگر امکان پذیر است. یک مثال یک نصب موقت برای برنامه های کوتاه مدت یا میان مدت است که آن در زمان خرابی بسیار مهم است و انعطاف پذیری کامل فراهم می­شود. کلیه مؤلفه ها از قبل تست شده و به سایت ارسال می شوند و مونتاژ نهایی فقط یک فرایند اتصال است. شکل ۸ چنین ترتیب موقت را در سطح ولتاژ ۲۴۵ کیلوولت نشان می دهد.

شکل ۸: آرایش موقت (UM 245 kV) با استفاده از بوشینگ­های قابل اتصال.

شکل ۹: تکامل خاتمه دادن کابل.

 

تکامل خاتمه کابل ها

بخش عمده­ای از تمام ترمینال کابل­ها، عایق بندی شده با روغن هستند و از یک محفظه GFR و یک مخروط تنش سیلیکونی برای کنترل میدان تشکیل شده اند. این چیدمان تأسیس شده و هنوز هم بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. اما در صورت مراجعه به الزامات مونتاژ ، پایداری طولانی مدت و نحوه خرابی ، این سیستم با اکثر انتظارات مشتری مطابقت ندارد. در حال حاضر ترمینال کابل های خشک و عایق جامد تا ۱۷۰ کیلوولت است. فرایند مونتاژ آسان تر است ، عایق مایع وجود ندارد و بنابراین حالت خرابی بهینه شده است. از نظر نکات منفی، آن­ها از خود پشتیبانی نمی­کنند و بنابراین مرحله تکاملی بعدی ترمینال نوع خشک است که از خود پشتیبانی می­کنند و ادغام عملکردهای اضافی را ممکن می سازد. این مراحل تکاملی در شکل ۹ نشان داده شده است. سیستم­های خود پشتیبان و راه حل­های قابل اتصال در حال حاضر تا ۱۷۰ کیلوولت در دسترس بوده و آزمایش شده اند.

 

دیدگاهتان را بنویسید

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