Niima
-
نویسنده سيد هادي ملك
۱- كابل هاي فشار ضعيف و متوسط
بيش از 90% كابلهاي جريان زياد داراي عايقي از كاغذ آغشته به روغن مي باشند .
بدین معني كه سيمها با نوارهاي كاغذي باند پيچي شده و سپس به نوعي از روغن معدني غليظ اغشته مي شوند.
چنين كابلي را كه ما در اين كتاب " كابل كم روغن " 1 مي ناميم از 1 تا 60 هزار ولت ساخت و نرم شده اند
2 . سيم كابل از مس المينيوم است و مي تواند يك لا يا چند لا ( طنابي ) باشد .سيم هاي چندلا نرم تراست وقابليت انحناي آن نيزنسبت به كابل باسيم يك لابيشتراست.
سيم هاي طنابي به مقطع گردوبخصوص دركابل هاي سه سيمه وچهارسيمه از 1تا 10 هزارولت بشكل سكتوروبيضي نيزساخته مي شوند.
كاغذ بصورت نوارباريك به ضخامت 1/0تا 15/0 ميليمتر به شكل مارپيچي روي سيم پيچيده مي شود پيچيده مي شود وقبل ازاينكه كاغذآغشته به روغن شود ، سيم عايق شده رادرخلاء وحرارت زيادبا دقت خشك مي كنند ودرهمين حالت سيم عايق شده ازداخل منبع روغن بادرجه حرارت C 120-110 عبورداده مي شود. درنتيجه روغن كه دراين درجه حرارت بسيار سيال است درداخل كاغذنفوذكرده وتمام خلل وفرج كاغذراپرمي كند .
دردرجه حرارت معمولي روغن كابل تقريبا سفت است
ونمي تواند درداخل كابل مثلا بعلت پستي وبلندي مسير كابل جريان پيداكند. براي جلوگيري ازنفوذ رطوبت بداخل كابل ،سيم عايق شده بايك غلاف فلزي پوشانده مي شود وبه همين جهت دوانتهاي كابل نيز باسركابل مخصوصي مقداركمي آنتيمون وروي مخلوط دارد. اين اضافات باعث مي شوندكه سرب قدري سخت ترشده وپايداري واستقامت آن درمقابل خورندگي وكروزيون بيشترشود.دربعضي از كابل ها بجاي سرب از غلاف آلومينيومي بدون درز استفاده مي شود. مشكل ساختماني اين نوع كابل دردرجه حرارت زياد ذوب آلومينيوم است .
كابل هاي باغلاف آلومينيومي بخوبي كابل هاي سربي خم نمي شوندوانعطاف پذيرنيستند ولي درعوض به مراتب سبكترازكابل هاي سربي هستند. غلاف آلومينيومي بايددرمقابل كروزيون وخورندگي بخوبي حفاظت شود. اين موضوع براي غلاف سربي نيز نيزصادق است، مگراينكه كابل درمكان كاملا خشك (لوله هاي بتوني خشك) ويادرداخل ساختمان كشيده شود. غلاف كابل علاوه براينكه تحت تأثيرعوامل شيميايي قرارمي گيرد، به علت جريان هائي كه اززمين عبورمي كند ،تحت تأثيرعوامل الكتروليتي نيزواقع مي شوند.لذا بايدكابل از نظرالكتريكي نيزعايق باشد به همين جهت غلاف سربي توسط كاغذ قير اندودشده بانداژ مي شودوروي آن راباموادي شبيه قيروگوني مي پوشانند.
كابلهائي كه به طورآزاد درزيرزمين كشيده مي شوند همگي تحت تأثيرنيروي مكانيكي سطحي نيز قرارمي گيرندكه باعث فرورفتگي هائي دركابل استقامت الكتريكي كابل در اين نقاط تنزل مي كند . لذا اينگونه كابلها كه بايد فشارهاي خارجي را نيز تحمل كنند شامل زرهي از تسمه هاي فولا دي مي شود و بهمين جهت بنام كابلهاي زرهي معروف هستند زره فولادي نيز براي جلوگيري از زنگ زدگي و خورندگي با قشري ازقيروگوني ويا مواد مصنوعي p v c پوشانده مي شود كابلهايي كه تحت كشش زياد نيز قرار ميگيرند 0(مثل كابل هايي كه در معادن زيرزميني به كار برده مي شوند و يا كابل هايي كه از رودخانه و يا درياچه ميگذرند )بازره فولادي از تسمه هاي.باريك –مفتول هاي گرد و يا پروفيل پوشانده مي شوند .شكل 1 مقطع يك كابل سه فاز را باسيم گرد و سيم سكتوري نشان مي دهد .
سه رشته سيم پس از عايق شدن در ضمن اينكه اطراف خالي ان با الياف كنفي يا پنبهاي پر مي شود بصورت طناب بهم پيچيده مي شود و مقطع دايره اي شكل پيدا مي كند . براي جلوگيري از باز شدن وريختن اليافها ودر ضمن آماده كردن كابل دور آن را با چند لا نوار كاغذ بصورت كمربند باند پيچي مي كند و بخاطر همين باند كاغذي كمربندي اين نوع كابل بنام"كابل كمربندي"معروف است.
كابل هاي كمربندي با رشته سيم هاي سكتوري داراي قطر كمتري نسبت به كابل هاي با رشته سيم دايره اي شكل هستند بهمين جهت سبكتر و قابليت انحناي انها نيز بيشتر است.ولي به خاطر اينكه حوزه الكتريكي اطراف ان غيريكنواخت است نمي توان در اختلاف سطح هاي زياد نيز از ان استفاده كرد و بهمين جهت فقط در كابلهاي تاولتاژ KV10 از مقطع سكتوري استفاده ميشود .
در گذشته كه هنوز كابل هاي با عايق مصنوعي (PVC)رواج پيدا نكرده بود از كابلهاي كمر بندي چها رسيمه براي توز يع برق شهري با اختلاف سطح 220-380 ولت نيز استفاده مي شد.
شكل 2 چنين كابلي را در مقطع نشان مي دهد .
در ضمن بهتر است از غلاف الومينيومي كابلها به عنوان سيم چهارم يا سيم صفر بخصو ص در شبكهاي شهري كه هميشه از سيم صفر جريان مي گذرد استفاده نشود زيرا مشخص نيست كه ارتباط غلاف با موف هاي موجود در مسير كابل به نحو كاملا"مطمففئني انجام گرفته شده باشد .شكل 3 طرز تقسيم حوزه الكتريكي كابل كمر بندي را در لحظه اي كه ولتاژ سيم Tصفر است و ولتاژ R,وSبرابر مختلف الجهت هستند نشان مي دهد .
چنان چه ديده مي شود حوزه الكتريكي سيمها اولا" از عايق اصلي سيمها خارج شدهو تا غلاف سربي ادامه پيدا مي كند . لذا مواد پر كننده كابل كه از استقامت الكتريكي خوبي بر خوردار نيستند نيز تحت تاثير فشار الكتريكي قرار ميگيرند .
بخصوصي منطقه ما بين سيمها كه در شكل با Zمشخص شده است و نمي تواند از مواد عايق خوب پر شود داراي شدت حوزه بسيار قوي مي باشد .
در ثاني خطوط حوزه در عايق كاغذي سيمها نيز از حالت شعاعي كه عمود بر سطح ورقهاي كاغذ است خارج شده ودر بعضي از قسمتها حتي اين خطوط مماس بر سطح كاغذ عبور مي كند ودر قسمتهاي ديگر نيز داراي يك مولفه در سطح كاغذ خواهند بود.در نتيجه تفاوت پتانسيل در سطح لايه كاغذها نيز پيدا مي شود وچون استقامت الكتريكي در سطح كاغذ به مراتب كمتر از استقامت الكتنريكي ضخامت كاغذ است در نتيجه بين لايها ودر منطقه Zاين كابل در فشارهاي زياد تخلهء الكتريكي كه مقدمهء جرقه زدن وسوختن كابل است ايجاد مي شود.
بدين جهت كابل كمربندي را نمي توان براي فشار هاي زياد ساخت ودر نتيجه ساختمان اين كابلها به فشارماكسيموم تا KV20محدود مي شود.در سال 1913 باآشنايئ به شدت حوزه در كابل كمربندي و استقامت الكتريكي كاغذ در سطح و در عمق شخصي به نام هو خست پيشنهاد كرد كه هر يك از رشته سيمها پس از عايق شدن با ورقهء نازك فلزي پوشانده شود و سپس غلاف سربي به طريقي رويه سه كلاف كشيده شود كه با ورقهاي نازك فلزي در تماس باشد.
بابه كار بستن اين پيشنهاد كاغذهاي اطراف رشته سيمها فقط تحت تاثير حوزه هاي شعاعي يعني عمودبرسطوح كاغذ قرارمي گيرند ومؤلفه هاي سطحي ازبين مي رود ، درضمن تمام موادپركننده اطراف سيم هاي كابل بخصوص درمنطقه Z فاقدحوزه الكتريكي مي شود وديگراحتياج نيست باعايق خوب وباارزش پرشود.
پيشنهاد هوخسنت باعث پيشرفت سريع صنعت كابل سازي وساختن كابل هاي فشارقوي شد. كابل هايي كه به اين طريق ساخته مي شوند كابل H معروفند.
شكل زيرشدت حوزه رادريك كابل سه فاز ويك كابل H نشان مي دهد بعدها بخاطراينكه كابل هاي ضخيم باداشتن يك غلاف سربي داراي قابليت انحناي بسياركم است و
فرم دادن وخم كردن آن مشكل است ، لذا كابل هائي باسه غلاف سربي ساخته شدوبنام «كابل سه غلافه»معروف گرديد.شكل بعد يك چنين كابلي رادرمقطع نشان مي دهد . كابل سه غلافه تاولتاژ 60هزارولت ساخته مي شود .دركابل سه غلافه نيز بخصوص درولتاژهاي بالا ازكاغذ متاليزه H استفاده مي شود. دراينجا وظيفه كاغذH ارتباط برقراركردن بين كاغذ H وغلاف سربي است .درموقعي كه درجه حرارت كابل دراثرزياد بالا مي رود، حجم روغن داخل كابل زيادشده وبطور راديال (شعاعي) به غلاف سربي فشاروارد مي سازدوباعث انبساط آن مي شود. درموقع كم باري وسردشدن كابل حجم روغن كم شده ومجددا بطرف داخل فشرده مي شود. ولي چون غلاف سربي نمي تواند مجددا جمع شود ، بين عايق كابل درصورتيكه فاقد كاغذ H باشد وغلاف سربي فاصله هوائي (جدائي) بوجودمي آيد كه به علت
نداشتن استقامت الكتريكي كافي باعث تخليه الكتريكي درزيرپوشش غلاف سربي مي شود،درصورتيكه ورقه نازك H بعلت تماس باغلاف سربي ، باآن هم پتانسيل است وفاصله هوائي كوچكي كه دراثرانبساط وانقباض روغن بدست مي آيد، نمي تواندباعث تخليه الكتريكي درآن مكان كه فاقداختلاف پتانسيل گردد.
براي تعييين ضخامت عايق كابل كم روغن ، شدت حوزه دراطراف سيم KV/mm 5-2 درنظرگرفته مي شود. درصورتيكه استقامت الكتريكي حقيقي چنين كابلي درموقعي كه ازآن بارگرفته مي شود درحدود KV/mm 16 است ودرموقعي كه كابل را تادرجه حرارتي گرم كنيم كه درموقع بارنامي گرم شود، استقامت الكتريكي آن تغييرمحسوسي نمي كندوحتي چندين بارگرم وسردكردن متوالي كابل ،تأثيري روي استقامت الكتريكي كابل نمي گذاردبطوري كه اگرشدت حوزه الكتريكي KV/mm5-2 انتخاب شود ، مي توان گفت كه كابل باضریب اطميناني معادل با 5-3 كارمي كند ،شكل 6 استقامت الكتريكي كابل درزمان كوتاه مدت خيلي زيادودرحدود KV/mm60-50است كه به تدريج باازديادزمان اثراختلاف سطح،اين استقامت كم شده ودرحدود 100-50 ساعت به مقدار ثابت وپايدارKV/mm 116مي رسد.لذامي توان گفت كه استقامت كم شده ومي توان گفت كه استقامت دائمي كابل كم روغن KV/mm 16 ثابت است.
بيش از 90% كابلهاي جريان زياد داراي عايقي از كاغذ آغشته به روغن مي باشند .
بدین معني كه سيمها با نوارهاي كاغذي باند پيچي شده و سپس به نوعي از روغن معدني غليظ اغشته مي شوند.
چنين كابلي را كه ما در اين كتاب " كابل كم روغن " 1 مي ناميم از 1 تا 60 هزار ولت ساخت و نرم شده اند
2 . سيم كابل از مس المينيوم است و مي تواند يك لا يا چند لا ( طنابي ) باشد .سيم هاي چندلا نرم تراست وقابليت انحناي آن نيزنسبت به كابل باسيم يك لابيشتراست.
سيم هاي طنابي به مقطع گردوبخصوص دركابل هاي سه سيمه وچهارسيمه از 1تا 10 هزارولت بشكل سكتوروبيضي نيزساخته مي شوند.
كاغذ بصورت نوارباريك به ضخامت 1/0تا 15/0 ميليمتر به شكل مارپيچي روي سيم پيچيده مي شود پيچيده مي شود وقبل ازاينكه كاغذآغشته به روغن شود ، سيم عايق شده رادرخلاء وحرارت زيادبا دقت خشك مي كنند ودرهمين حالت سيم عايق شده ازداخل منبع روغن بادرجه حرارت C 120-110 عبورداده مي شود. درنتيجه روغن كه دراين درجه حرارت بسيار سيال است درداخل كاغذنفوذكرده وتمام خلل وفرج كاغذراپرمي كند .
دردرجه حرارت معمولي روغن كابل تقريبا سفت است
ونمي تواند درداخل كابل مثلا بعلت پستي وبلندي مسير كابل جريان پيداكند. براي جلوگيري ازنفوذ رطوبت بداخل كابل ،سيم عايق شده بايك غلاف فلزي پوشانده مي شود وبه همين جهت دوانتهاي كابل نيز باسركابل مخصوصي مقداركمي آنتيمون وروي مخلوط دارد. اين اضافات باعث مي شوندكه سرب قدري سخت ترشده وپايداري واستقامت آن درمقابل خورندگي وكروزيون بيشترشود.دربعضي از كابل ها بجاي سرب از غلاف آلومينيومي بدون درز استفاده مي شود. مشكل ساختماني اين نوع كابل دردرجه حرارت زياد ذوب آلومينيوم است .
كابل هاي باغلاف آلومينيومي بخوبي كابل هاي سربي خم نمي شوندوانعطاف پذيرنيستند ولي درعوض به مراتب سبكترازكابل هاي سربي هستند. غلاف آلومينيومي بايددرمقابل كروزيون وخورندگي بخوبي حفاظت شود. اين موضوع براي غلاف سربي نيز نيزصادق است، مگراينكه كابل درمكان كاملا خشك (لوله هاي بتوني خشك) ويادرداخل ساختمان كشيده شود. غلاف كابل علاوه براينكه تحت تأثيرعوامل شيميايي قرارمي گيرد، به علت جريان هائي كه اززمين عبورمي كند ،تحت تأثيرعوامل الكتروليتي نيزواقع مي شوند.لذا بايدكابل از نظرالكتريكي نيزعايق باشد به همين جهت غلاف سربي توسط كاغذ قير اندودشده بانداژ مي شودوروي آن راباموادي شبيه قيروگوني مي پوشانند.
كابلهائي كه به طورآزاد درزيرزمين كشيده مي شوند همگي تحت تأثيرنيروي مكانيكي سطحي نيز قرارمي گيرندكه باعث فرورفتگي هائي دركابل استقامت الكتريكي كابل در اين نقاط تنزل مي كند . لذا اينگونه كابلها كه بايد فشارهاي خارجي را نيز تحمل كنند شامل زرهي از تسمه هاي فولا دي مي شود و بهمين جهت بنام كابلهاي زرهي معروف هستند زره فولادي نيز براي جلوگيري از زنگ زدگي و خورندگي با قشري ازقيروگوني ويا مواد مصنوعي p v c پوشانده مي شود كابلهايي كه تحت كشش زياد نيز قرار ميگيرند 0(مثل كابل هايي كه در معادن زيرزميني به كار برده مي شوند و يا كابل هايي كه از رودخانه و يا درياچه ميگذرند )بازره فولادي از تسمه هاي.باريك –مفتول هاي گرد و يا پروفيل پوشانده مي شوند .شكل 1 مقطع يك كابل سه فاز را باسيم گرد و سيم سكتوري نشان مي دهد .
سه رشته سيم پس از عايق شدن در ضمن اينكه اطراف خالي ان با الياف كنفي يا پنبهاي پر مي شود بصورت طناب بهم پيچيده مي شود و مقطع دايره اي شكل پيدا مي كند . براي جلوگيري از باز شدن وريختن اليافها ودر ضمن آماده كردن كابل دور آن را با چند لا نوار كاغذ بصورت كمربند باند پيچي مي كند و بخاطر همين باند كاغذي كمربندي اين نوع كابل بنام"كابل كمربندي"معروف است.
كابل هاي كمربندي با رشته سيم هاي سكتوري داراي قطر كمتري نسبت به كابل هاي با رشته سيم دايره اي شكل هستند بهمين جهت سبكتر و قابليت انحناي انها نيز بيشتر است.ولي به خاطر اينكه حوزه الكتريكي اطراف ان غيريكنواخت است نمي توان در اختلاف سطح هاي زياد نيز از ان استفاده كرد و بهمين جهت فقط در كابلهاي تاولتاژ KV10 از مقطع سكتوري استفاده ميشود .
در گذشته كه هنوز كابل هاي با عايق مصنوعي (PVC)رواج پيدا نكرده بود از كابلهاي كمر بندي چها رسيمه براي توز يع برق شهري با اختلاف سطح 220-380 ولت نيز استفاده مي شد.
شكل 2 چنين كابلي را در مقطع نشان مي دهد .
در ضمن بهتر است از غلاف الومينيومي كابلها به عنوان سيم چهارم يا سيم صفر بخصو ص در شبكهاي شهري كه هميشه از سيم صفر جريان مي گذرد استفاده نشود زيرا مشخص نيست كه ارتباط غلاف با موف هاي موجود در مسير كابل به نحو كاملا"مطمففئني انجام گرفته شده باشد .شكل 3 طرز تقسيم حوزه الكتريكي كابل كمر بندي را در لحظه اي كه ولتاژ سيم Tصفر است و ولتاژ R,وSبرابر مختلف الجهت هستند نشان مي دهد .
چنان چه ديده مي شود حوزه الكتريكي سيمها اولا" از عايق اصلي سيمها خارج شدهو تا غلاف سربي ادامه پيدا مي كند . لذا مواد پر كننده كابل كه از استقامت الكتريكي خوبي بر خوردار نيستند نيز تحت تاثير فشار الكتريكي قرار ميگيرند .
بخصوصي منطقه ما بين سيمها كه در شكل با Zمشخص شده است و نمي تواند از مواد عايق خوب پر شود داراي شدت حوزه بسيار قوي مي باشد .
در ثاني خطوط حوزه در عايق كاغذي سيمها نيز از حالت شعاعي كه عمود بر سطح ورقهاي كاغذ است خارج شده ودر بعضي از قسمتها حتي اين خطوط مماس بر سطح كاغذ عبور مي كند ودر قسمتهاي ديگر نيز داراي يك مولفه در سطح كاغذ خواهند بود.در نتيجه تفاوت پتانسيل در سطح لايه كاغذها نيز پيدا مي شود وچون استقامت الكتريكي در سطح كاغذ به مراتب كمتر از استقامت الكتنريكي ضخامت كاغذ است در نتيجه بين لايها ودر منطقه Zاين كابل در فشارهاي زياد تخلهء الكتريكي كه مقدمهء جرقه زدن وسوختن كابل است ايجاد مي شود.
بدين جهت كابل كمربندي را نمي توان براي فشار هاي زياد ساخت ودر نتيجه ساختمان اين كابلها به فشارماكسيموم تا KV20محدود مي شود.در سال 1913 باآشنايئ به شدت حوزه در كابل كمربندي و استقامت الكتريكي كاغذ در سطح و در عمق شخصي به نام هو خست پيشنهاد كرد كه هر يك از رشته سيمها پس از عايق شدن با ورقهء نازك فلزي پوشانده شود و سپس غلاف سربي به طريقي رويه سه كلاف كشيده شود كه با ورقهاي نازك فلزي در تماس باشد.
بابه كار بستن اين پيشنهاد كاغذهاي اطراف رشته سيمها فقط تحت تاثير حوزه هاي شعاعي يعني عمودبرسطوح كاغذ قرارمي گيرند ومؤلفه هاي سطحي ازبين مي رود ، درضمن تمام موادپركننده اطراف سيم هاي كابل بخصوص درمنطقه Z فاقدحوزه الكتريكي مي شود وديگراحتياج نيست باعايق خوب وباارزش پرشود.
پيشنهاد هوخسنت باعث پيشرفت سريع صنعت كابل سازي وساختن كابل هاي فشارقوي شد. كابل هايي كه به اين طريق ساخته مي شوند كابل H معروفند.
شكل زيرشدت حوزه رادريك كابل سه فاز ويك كابل H نشان مي دهد بعدها بخاطراينكه كابل هاي ضخيم باداشتن يك غلاف سربي داراي قابليت انحناي بسياركم است و
فرم دادن وخم كردن آن مشكل است ، لذا كابل هائي باسه غلاف سربي ساخته شدوبنام «كابل سه غلافه»معروف گرديد.شكل بعد يك چنين كابلي رادرمقطع نشان مي دهد . كابل سه غلافه تاولتاژ 60هزارولت ساخته مي شود .دركابل سه غلافه نيز بخصوص درولتاژهاي بالا ازكاغذ متاليزه H استفاده مي شود. دراينجا وظيفه كاغذH ارتباط برقراركردن بين كاغذ H وغلاف سربي است .درموقعي كه درجه حرارت كابل دراثرزياد بالا مي رود، حجم روغن داخل كابل زيادشده وبطور راديال (شعاعي) به غلاف سربي فشاروارد مي سازدوباعث انبساط آن مي شود. درموقع كم باري وسردشدن كابل حجم روغن كم شده ومجددا بطرف داخل فشرده مي شود. ولي چون غلاف سربي نمي تواند مجددا جمع شود ، بين عايق كابل درصورتيكه فاقد كاغذ H باشد وغلاف سربي فاصله هوائي (جدائي) بوجودمي آيد كه به علت
نداشتن استقامت الكتريكي كافي باعث تخليه الكتريكي درزيرپوشش غلاف سربي مي شود،درصورتيكه ورقه نازك H بعلت تماس باغلاف سربي ، باآن هم پتانسيل است وفاصله هوائي كوچكي كه دراثرانبساط وانقباض روغن بدست مي آيد، نمي تواندباعث تخليه الكتريكي درآن مكان كه فاقداختلاف پتانسيل گردد.
براي تعييين ضخامت عايق كابل كم روغن ، شدت حوزه دراطراف سيم KV/mm 5-2 درنظرگرفته مي شود. درصورتيكه استقامت الكتريكي حقيقي چنين كابلي درموقعي كه ازآن بارگرفته مي شود درحدود KV/mm 16 است ودرموقعي كه كابل را تادرجه حرارتي گرم كنيم كه درموقع بارنامي گرم شود، استقامت الكتريكي آن تغييرمحسوسي نمي كندوحتي چندين بارگرم وسردكردن متوالي كابل ،تأثيري روي استقامت الكتريكي كابل نمي گذاردبطوري كه اگرشدت حوزه الكتريكي KV/mm5-2 انتخاب شود ، مي توان گفت كه كابل باضریب اطميناني معادل با 5-3 كارمي كند ،شكل 6 استقامت الكتريكي كابل درزمان كوتاه مدت خيلي زيادودرحدود KV/mm60-50است كه به تدريج باازديادزمان اثراختلاف سطح،اين استقامت كم شده ودرحدود 100-50 ساعت به مقدار ثابت وپايدارKV/mm 116مي رسد.لذامي توان گفت كه استقامت كم شده ومي توان گفت كه استقامت دائمي كابل كم روغن KV/mm 16 ثابت است.
