کابل فشار قوی چیست؟ انواع، استاندارد و ساختمان کابل فشار قوی

کابل فشار قوی چیست؟

کابل فشار قوی یا کابل قدرت قادر به انتقال جریان در ولتاژ کاری بالا، یعنی بیشتر از ۳۰ کیلوولت می باشد، این کابل ها به دلیل اینکه باید میزان ولتاژ بالایی را انتقال دهند، از جنس هادی های فولادی با روکش آلومینیومی ساخته می شوند. استفاده از هادی فولادی در این نوع کابل برای ثابت نگهداشتن شکل هادی در بلند مدت می باشد. البته لازم به ذکر است که در ایران استاندارد این نوع کابل ها ۶۳ و ۱۳۲ کیلوولت می باشد. همچنین علاوه بر کابل های فشار قوی، کابل های فوق فشار قوی را داریم که در رنج ۲۳۰ کیلوولت الی ۵۰۰ کیلوولت قادر به انتقال جریان می باشد که استاندارد این نوع کابل در ایران متفاوت بوده و در خطوط انتقال در دو سطح ۲۳۰ کیلوولت و ۴۰۰ کیلوولت استفاده می شود.

با گذشت چندین دهه از توسعه خطوط انتقال برق فشار قوی و فوق فشار قوی، امروزه استفاده از کابل فشار قوی زیر زمینی در مناطق پر جمعیت شهری توجیه پذیر است. کابل فشار قوی انواع زیر تولید می شود:

• کابل فشار قوی گازی (گاز SF6)
• کابل فشار قوی روغنی
• کابل فشار قوی معمولی
• کابل فشار قوی زره دار
• کابل فشار قوی سربدار و زره دار
• کابل فشار قوی با عایق XLPE

انواع کابل فشار قوی

کابل فشار قوی را علاوه بر دو دسته کلی گازی و روغنی، می توان براساس زره و نوع عایق نیز دسته بندی کرد که در ادامه به معرفی انواع کابل فشار قوی می پردازیم.

کابل فشار قوی روغنی

کابل فشار قوی روغنی

استفاده از کابل های کاغذی روغنی مشکلات زیادی به همراه داشته است، از این رو با بهره گیری از مواد پلیمری به ویژهXLPE ، بسیاری از این مشکلات برطرف گردیده است، به گونه ای که ادامه استفاده از کابل های روغنی فشار قوی دیگر توجیه پذیر نیست اما با این حال این نوع کابل فشار قوی خود به دو دسته کابل فشار قوی روغنی با فشار کم و زیاد تقسیم می شود که در ادامه هر یک را بررسی می کنیم.

کابل فشار قوی روغنی با فشار کم

در کابل های روغنی با فشار کم از عایق کاغذی آغشته به روغن رقیق استفاده می شود. عملکرد کابل روغنی با فشار کم به این صورت است که در زمان افزایش حرارت کابل، روغن اضافی از طریق گذرگاه طولی کابل وارد ظرف انبساطی که در انتهای کابل قرار دارد می شود. در این نوع کابل برای کنترل مکانیزم ورود و خروج روغن از بالشتک های هوایی استفاده می شود که با افزایش فشار، دریچه فشار سنج باز شده و روغن به داخل منبع انبساط وارد می شود با ورود روغن به داخل ظرف، بالشتک ها جمع شده و باعث بالا رفتن فشار روغن در داخل ظرف انبساط می شود و پس از خنک شدن و کاهش فشار داخلی کابل به دلیل اینکه روغن داخل ظرف نسبت به داخل کابل دارای فشار بیشتری می باشد به داخل کابل وارد می شود.

همچنین رفت و آمد دائمی روغن در اثر افزایش و کاهش دمای کابل مانع از به وجود آمدن فضای خالی در داخل کابل می شود. در واقع در کابل های روغنی مجاری روغن در هسته ها یا مجاور آن ها قرار می گیرند و روغن تحت فشار در این مجاری گردش می یابد با اتصال کانال های روغن به مخازنی که در فواصل مناسب در طول مسیر کابل قرار می گیرند فشار روغن در کابل حفظ می شود.

تعداد ظرف انبساط روغن در این نوع کابل به عواملی همچون سطح مقطع کانال روغنی، طول کابل و همچنین درجه غلظت روغن بستگی دارد ولی به طور معمول برای هر ۲۰۰۰ متر کابل روغنی یک ظرف انبساط در نظر گرفته می شود، و همچنین برای آنکه فشار روغن داخل کابل در تمامی طول کابل ثابت بماند از مفصل یا موف های مخصوص فشار شکن بهره گرفته می شود. در این نوع کابل به دلیل اینکه فشار روغن، عایق کاغذی را فشرده می کند و احتمال تشکیل حفره را کاملا از بین می برد، مقاومت دی الکتریک عایق کابل بسیار بالا می رود، در واقع یکی از مزایای اصلی کابل های روغنی، استقامت الکتریکی بالا می باشد. نقاط ضعف کابل روغنی فشار کم شامل نشت روغن، محدودیت در طول کابل به دلیل الزام وجود مخازن روغن و پیچیدگی و هزینه بالای اولیه به دلیل استفاده از واحد سیگنالینگ (جهت نشان دادن افت فشار هر هسته کابل) می باشد.

کابل فشار قوی روغنی با فشار زیاد

در ﮐﺎﺑﻞ روﻏﻨﯽ ﺑﺎ ﻓﺸﺎر بالا، با کمک کاغذ آمیخته با روغنی غلیظ هر تعداد رشته سیم موجود را به روغن آغشته می کنیم و برای جلوگیری از نشت روغن و ورود رطوبت و هوا هر کلاف را با نوار مسی و پلاستیکی ایزوله می کنیم. کابل های روﻏﻨﯽ ﺑﺎ ﻓﺸﺎر بالا را در لوله های فولادی جهت محافظ قرار داده و سپس هوای موجود در لوله را تخلیه می کنند و داخل آن را با روغن رقیقی (با فشار ۱۶ kPA/ cm2) پر می کنند همچنین برای جلوگیری از آسیب به هنگام ورود کابل در این لوله ها می توان آنها را با نوار فلزی (ﻏﯿﺮﻣﻐﻨﺎﻃﯿﺴﯽ) ایزوله کرد. عموما از این نوع کابل در مکان های تحت کشش، فشار و دارای زمین لغزنده هستند، استفاده می شود.

کابل های فشار قوی گازی

در کابل فشار قوی گازی، ولتاژ مورد نیاز برای تنظیم یونیزاسیون در داخل کابل با افزایش فشار، افزایش می یابد. بنابراین اگر کابل معمولی، تحت فشار کافی قرار داشته باشد، می توان یونیزاسیون را از بین برد. فشار گاز باعث ایجاد فشرده سازی شعاعی و بسته شدن حفره هایی می شود که ممکن است بین لایه های عایق کاغذ ایجاد شده باشند، این اصل اساسی کابل های گازی می باشد.

ضخامت غلاف سربی کابل گازی ۷۵ درصد کابل می باشد که. مقطع مثلثی باعث کاهش وزن و کم شدن مقاومت حرارتی می شود اما دلیل اصلی شکل مثلثی این است که غلاف سربی به عنوان غشایی تحت فشار عمل می کند. که توسط یک نوار فلزی نازک محافظت می شود و کابل در یک لوله فولادی گاز قرار می گیرد، چنین کابل هایی می توانند جریان بیشتری را حمل کرده و در ولتاژهای بالاتر نسبت به یک کابل معمولی کار می کنند. این نوع کابل هزینه کلی زیادی دارد اما هزینه نگهداری آن بسیار کم می باشد. از مهم ترین مزیت این خطوط می توان به پیچیدگی کمتر عایق بندی و اتصالات آنها اشاره کرد. کابل قدرت گازی خود به چهار دسته زیر تقسیم می شود که در ادامه به شرح هر یک می پردازیم.

کابل گازی با فشار داخلی و غلاف آلومینیومی

ساختار این کابل شبیه کابل روغنی می باشد به این صورت که عایق کاغذی با مواد روغنی غلیظ آغشته شده و روی آن یک غلاف آلومینیومی کشیده می شود و پس از مونتاژ، فضای خالی بین غلاف و رشته سیم ها با گاز پر می شود، این ساختار در جایی که اختلاف سطح زیاد باشد کاربرد دارد، همچنین می توان این نوع کابل را و به صورت یک رشته و چند رشته در ولتاژهای مختلف ساخت.

کابل گازی با فشار داخلی و لوله فولادی

در تولید کابل گازی با فشار داخلی و لوله فولادی، عایق کاغذی به مواد روغنی آغشته می شود و آخرین لایه عایق کاغذی به وسیله کاغذ متالیزه و نوار نازک مسی پیچیده می شود. بعد از عایق نمودن سه رشته کابل، رشته ها به یکدیگر تابیده شده و بعد با زره فولادی نازک و باریک عایق شده و سپس در داخل لوله فولادی قرار گرفته و در انتها لوله فولادی با گاز پر می شود.

کابل گازی با فشار خارجی و لوله فولادی

در این نوع کابل عایق کاغذی به مواد روغنی بسیار غلیظ آغشته می شود و روی آن را با پلی اتیلن یا سرب می پوشانند و بعد سه رشته سیم عایق شده را به هم تابیده و فضای داخلی آن ها را با مواد پر کننده، پر کرده و با یک زره فولادی از آن محافظت می کنند. در آخر کابل را داخل یک لوله فولادی قرار داده و پس از مونتاژ، فضای داخل لوله را توسط گاز با فشار زیاد پر می کنند.

کابل گازی کپسولی پر شده با گاز

کابل های گازی در انواع معمولی و کپسولی تولید می گردند. در این نوع کابل تمامی سیم ها از جنس آلومینیوم ساخته شده است به همین دلیل توسط مقره هایی در وسط کپسول نگه داشته شده است. فشار گاز داخل کابل توسط فشار سنج کنترل می شود تا با کاهش فشار گاز، ابتدا آلارم فعال شده و سپس کابل را از مدار خارج کند. از این کابل در انتقال جریان و قدرت بالا از ژنراتور تا ترانسفورماتور در نیروگاه استفاده می شود.

کابل فشار قوی معمولی

این کابل جز پرکاربردترین کابل فشار قوی بوده که عموما در شبکه انتقال و در برخی موارد در شبکه های توزیع و کاربرد دارند. از این نوع کابل می توان به صورت دفنی و یا داخل کانال استفاده کرد. این کابل ها امکان تولید به صورت تک رشته و تا سطح مقطع ۱۶۰۰ میلیمتر مربع را دارند.

کابل فشار قوی زره دار

هادی موجود در این نوع کابل از جنس آلومینیومی بوده و به دلیل داشتن زره در برابر نیروهای مکانیکی بسیار مقاوم هستند. این کابل ها یکی از بهترین انتخاب ها برای انتقال انرژی الکتریکی از زیر زمین می باشد زیرا به دلیل داشتن زره می توانند از ضربات احتمالی جلوگیری کنند.

کابل فشار قوی سربدار و زره دار

این مدل از کابل فشار قوی که برای انتقال ولتاژ بالاتر از ۳۰ کیلوولت کاربرد دارد با داشتن آرمور می تواند در برابر آسیب های مکانیکی دوام بیاورد و به دلیل داشتن سرب می توان از آن در مکان هایی که حاوی مواد خورنده و هیدروکربن ها است استفاده کرد.

کابل فشار قوی با عایق XLPE

در حال حاضر به دلیل مقاومت بالایی که عایق XLPE ایجاد می کنند، می توان از آنها جهت عایق کابل فشار قوی استفاده کرد این نوع کابل ها می توانند تا ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت به راحتی کار کنند، معمولا از این نوع کابل به صورت دفنی و در مناطق شهری یا فضای محدود استفاده می شود که می تواند راندمان کاری را بالا برده و مفید باشد.

ساختمان کابل فشار قوی

در طراحی و ساخت کابل فشار قوی از استانداردهای IEC62067، IEC60502 و IEC60840 استفاده می شود در همین راستا شایان ذکر است در ساخت آن ها از چندین لایه، بـا مـواد عایقی متفاوت استفاده می گردد که در شکل زیر لایه های مختلف کابل فشار قوی نشان داده شده است و در ادامه نقش هر یک از لایه ها در ساختار کابل مورد بررسی قرار می گیرد.

• هادی: ساختار کابل هادی که معمولا از جنس مس، آلومینیوم یا فولاد می باشد، هدایت جریان الکتریکی را بر عهده دارد.
• عایق هادی: عایق هادی یک نوار نیمه هادی ضد آب است که با هدف ایجاد یک میدان الکتریکی یکنواخت و به حداقل رساندن تنش های الکترواستاتیک از طریق ایجاد فضای صاف و مسطح بین هادی و عایق بر روی هادی کابل کشیده می شود. همان طور که در ساختار کابل مشاهده می شود کنترل میدان الکتریکی در کابل های قدرت به صورت مرحلـه بـه مرحلـه و از طریق لایه های مختلف انجام می گیرد.
• مواد پر کننده:جهت عایق شدن هادی کابل و عدم نشتی جریان، از مواد عایقی نظیر XLPE استفاده می گردد.
• اسکرین عایق: در لایه چهارم کابل اسکرین عایق با ساختار و عملکرد مشابه اسکرین هادی قرار می گیرد.
• کاغذ گرافیتی: نیمه هادی ضد آب یا کاغذ گرافیتی با ساختاری نوار مانند از جنس کاغذ موج دار یا الیاف بافته شده با هدف ایجاد اتصال الکتریکی هادی های شیلد به لایه اسکرین عایق در ساختار کابل قرار داده شده است همچنین از این نیمه هادی جهت حفاظت لایه اسکرین عایق از تماس مستقیم با رشته‌ های شیلد و جلوگیری از صدمه زدن این رشته ها به لایه اسکرین عایق به ویژه در زمان وقوع اتصال کوتاه استفاده می شود.
• شیلد: شیلد یا همان غلاف کابل به صورت نواری از مس یا آلیاژ سرب با اهدافی همچون جلوگیری از اثرات میدان مغناطیسی محیط بر کابل و همچنین کابل بر روی کابل های مجاور، حفاظت الکتریکال از افراد و تجهیزات نزدیک به کابل و همچنین محافظت از کابل در برابر نفوذ آب در ساختار کابل استفاده می شود.
• غلاف آلومینیومی: بدینگ جهت جلوگیری از عدم یکنواختی غلاف و فراهم کردن بستری مناسب برای قرارگیری زره ها روی غلاف یک نوار از جنس پوشش نهایی پیچیده می شود.
• روکش نهایی: در لایه هشتم زره آلومینیومی با هدف حفاظت مکانیکی از کابل قرار گرفته و در نهایت پوشش نهایی کابل تمام لایه های کابل را در بر می گیرد.

کاربردهای کابل فشار قوی

توان فوق‌العاده کابل فشار قوی سبب شده در عرصه‌های متفاوت حضوری پر قدرت را از خود به نمایش بگذارد، از این‌ رو نمی‌توان کاربرد آن را فقط به انتقال ولتاژهای بالا به‌ صورت زیرزمینی، اتصال فیبر نوری و کاربری‌های صنعتی خلاصه نمود.

اگر چه همین عرصه‌ها نیز توانسته‌اند به‌ خوبی بازو کننده مقاومت بالای این کابل‌ها باشند، اما استفاده وسیع از آنها بر روی دکل‌های بزرگ بین‌ شهری به‌ منظور انتقال نیرو، استفاده از نمونه‌های کوتاه‌تر در دستگاه‌های صنعتی و بهره‌گیری در توزیع برق شهری و کارخانه‌های صنعتی به‌راستی ثابت نموده، هیچ عرصه‌ای را نمی‌توان خالی از حضور این کابل‌ها تصور نمود.

کاربرد کابل‌های فشار قوی در انتقال برق از نیروگاه‌ها به شبکه‌های توزیع، کابل‌کشی در پست‌های هوایی و استفاده در کابل‌های وارده شده به ترانس و پست‌های برق نیز سال‌ها مورد توجه است و توانسته به طرزی کامل توان مهندسی بالای به‌ کار رفته در این کابل‌ها را نشان دهد.

انتقال نیرو توسط کابل‌های فشار قوی به منازل

کابل‌های فشار قوی ۳۳ کیلو ولت وظیفه انتقال نیرو را از نیروگاه‌ها به پست‌های برق‌ دارند. این پست‌ها به مدد ترانسفورماتورهای خود این فشار را به ۲۰ کیلو ولت تبدیل نموده و به پست‌های کوچک‌تر انتقال می‌دهند.

در پست‌های بعدی ولتاژ کاهش‌ یافته به ۱۲ کیلو ولت می‌رسد و در نهایت به ۱ کیلو ولت و سپس ۲۲۰ ولت شهری تبدیل می‌شود.

در تمامی این مسیر انتقال نیرو بر عهده کابل‌های فشار قوی با توان‌های متفاوت است. در آخر نیز کابل فشار ضعیف وارد عمل شده و برق را به منازل به‌ منظور استفاده در روشنایی و راه‌اندازی ابزار الکتریکی می‌رسانند.