اتصال و ارت آرمور کابل ۲۰ کیلوولت؛ تفاوت با شیلد و پیامدهای قطع آرمور در مفصل
۵ آبان ۱۴۰۵
واحد فنی و مهندسی پارس مفصل آسیا
در کابل‌های زره‌دار فشار متوسط، اتصال صحیح شیلد فلزی و آرمور به سیستم زمین، دو وظیفه مرتبط اما متفاوت دارد. شیلد در عملکرد الکتریکی کابل و عبور جریان‌های مربوط به زمین نقش دارد؛ آرمور نیز علاوه بر حفاظت مکانیکی باید در طرح هم‌بندی و حفاظت الکتریکی لحاظ شود. اتصال شیلد به‌تنهایی، دلیل کافی برای حذف اتصال آرمور در مفصل نیست.
دامنه این مقاله، کابل‌های زره‌دار با عایق پلیمری در شبکه متناوب ۲۰ کیلوولت و مفصل‌های مستقیم معمول آنهاست. کابل تک‌رشته، اتصال تک‌نقطه‌ای و مفصل جداساز به نقشه هم‌بندی اختصاصی نیاز دارند. منابع شماره‌گذاری‌شده در انتهای مقاله، راهنماهای فنی سازندگان هستند.
۱. تفاوت آرمور، شیلد فلزی و لایه نیمه‌هادی
لایه نیمه‌هادی، شیلد فلزی و آرمور یک جزء واحد نیستند. نیمه‌هادی مجاور عایق، سطح الکتریکی صاف ایجاد می‌کند؛ شیلد فلزی ارتباط اسکرین با مرجع زمین و مسیر جریان‌های مربوط را فراهم می‌سازد؛ آرمور عمدتاً حفاظت مکانیکی ایجاد می‌کند و نقش حفاظتی الکتریکی آن تابع طراحی است. [۳، ۴]
در کابل‌های سه‌رشته معمولاً آرمور فولادی و در کابل‌های تک‌رشته جریان متناوب معمولاً آرمور غیرمغناطیسی مانند آلومینیوم به کار می‌رود. جنس و آرایش آرمور باید با ساختار واقعی کابل و ملاحظات تلفات سازگار باشد. [۴]
| جزء کابل | نقش اصلی | نکته در مفصل |
|---|---|---|
| لایه نیمه‌هادی | کاهش تمرکز موضعی میدان در مرز عایق | آماده‌سازی دقیق محل برش و اجرای کنترل تنش |
| شیلد فلزی | اتصال اسکرین به زمین و عبور جریان‌های مربوط | بازسازی پیوستگی و بررسی ظرفیت جریان خطا |
| آرمور | حفاظت مکانیکی و مشارکت در طرح هم‌بندی | بازسازی اتصال الکتریکی طبق نقشه و ظرفیت خطا |
۲. آیا ارت آرمور میدان را یکنواخت می‌کند؟
کنترل اصلی میدان داخل عایق بر عهده هندسه کابل، لایه‌های نیمه‌هادی و اسکرین متصل به مرجع زمین است. آرمور جایگزین اسکرین و اجزای کنترل تنش نیست. تعبیر دقیق‌تر از «یکنواخت شدن میدان»، توزیع کنترل‌شده میدان و جلوگیری از تمرکز موضعی تنش است. حتی در کابل استوانه‌ای ایده‌آل، مقدار میدان در ضخامت عایق ثابت نیست.
در محل مفصل، برداشتن اسکرین برای آماده‌سازی کابل، توزیع میدان را تغییر می‌دهد. محل پایان نیمه‌هادی باید با اجزای کنترل تنش همان کیت پوشش داده شود. راهنمای Nexans این تغییر میدان و ضرورت کنترل تنش را توضیح می‌دهد. ارت کامل آرمور، اجرای ناقص کنترل تنش را جبران نمی‌کند. [۲، صفحه ۸]
۳. تفاوت برش فیزیکی آرمور با قطع پیوستگی الکتریکی
هنگام ساخت مفصل، قسمتی از آرمور برداشته می‌شود؛ این برش با رها کردن دو انتهای آرمور بدون اتصال الکتریکی تفاوت دارد. در مفصل مستقیم معمول، پیوستگی موردنیاز آرمور باید با تجهیزات مناسب و طبق دستورالعمل سازنده بازسازی شود.
راهنمای Bahra Cables برای اتصال عبوری مفصل، رسانایی مناسب و ظرفیت حرارتی کافی در اتصال کوتاه را مطرح می‌کند. وجود یک سیم نازک یا تماس ظاهری، به‌تنهایی کفایت اتصال را اثبات نمی‌کند. [۱، صفحه ۱۱۸]
۴. پیامدهای ارت نکردن یا قطع آرمور
تحلیل مهندسی ـ ولتاژ روی بخش شناور: اگر قطعه‌ای از آرمور هیچ ارتباط مؤثری با زمین نداشته باشد، کوپل خازنی یا القایی می‌تواند روی آن اختلاف پتانسیل ایجاد کند. مقدار ولتاژ به طول کابل، آرایش، جریان و شرایط اتصال بستگی دارد و برای همه موارد یکسان نیست.
تحلیل مهندسی ـ تغییر مسیر خطا: حذف یک مسیر فلزی، تقسیم جریان میان آرمور، شیلد و سایر مسیرهای زمین را تغییر می‌دهد. ممکن است سهم جریان شیلد و اتصالات آن افزایش یابد. اثر بر زمان عملکرد حفاظت باید با امپدانس مسیر و تنظیم رله بررسی شود؛ تأخیر در قطع، پیامد قطعی همه موارد نیست.
تحلیل مهندسی ـ گرمایش و تخلیه: اتصال شل، خورده‌شده یا کم‌ظرفیت می‌تواند هنگام عبور جریان خطا شدیداً گرم شود. ایجاد اختلاف پتانسیل کافی میان بخش‌های جداشده نیز احتمال تخلیه را مطرح می‌کند. انتساب خرابی یک مفصل مشخص به این عوامل نیازمند بررسی آثار و اندازه‌گیری است.
قطع آرمور در یک مفصل الزاماً هر دو سمت را شناور نمی‌کند؛ ممکن است هر سمت از انتهای دیگر زمین شده باشد. بااین‌حال، وضعیت پیوستگی طولی و مسیر خطا همچنان باید مستقلاً ارزیابی شود.
۵. آیا فقط اتصال شیلد کافی است؟
در مفصل مستقیم معمول کابل زره‌دار، اتصال شیلد به‌تنهایی برای تأیید هم‌بندی کافی نیست. سالم بودن مسیر شیلد، وضعیت آرمور را مشخص نمی‌کند. همچنین نباید فرض کرد هر شیلد مسی ظرفیت عبور تمام جریان خطای شبکه را دارد.
Eland Cables تأکید می‌کند که در صورت استفاده از شیلد به‌عنوان مسیر جریان خطا، سطح مقطع باید با توجه به جریان و مدت خطا انتخاب شود؛ حداقل سطح مقطع متداول لزوماً کافی نیست. [۳]
اتصال تک‌نقطه‌ای و مفصل جداساز، طرح‌های مهندسی‌شده‌اند. قطع عمدی اتصال باید در نقشه مصوب پیش‌بینی شده باشد و با حذف خودسرانه پل آرمور تفاوت دارد. برقراری پیوستگی آرمور نیز الزاماً به معنی نصب الکترود زمین مستقل کنار هر مفصل نیست؛ محل اتصال به زمین تابع طرح شبکه است. [۱، صفحه ۱۱۹]
۶. الزامات اجرایی و کنترل کیفیت
برای پذیرش مفصل باید بازسازی اسکرین و کنترل تنش طبق کیت، پیوستگی آرمور و شیلد طبق نقشه، ظرفیت تحمل خطای پل‌ها و بست‌ها، کیفیت تماس، سازگاری فلزات، حفاظت خوردگی و آب‌بندی کنترل شوند. Bahra Cables به کیفیت تماس و ظرفیت اتصالات اجزای فلزی نیز توجه می‌دهد. [۱، صفحات ۱۱۸ تا ۱۲۰]
تست بوق مولتی‌متر فقط وجود مسیر را نشان می‌دهد و اثبات‌کننده ظرفیت اتصال کوتاه نیست. اندازه‌گیری مقاومت پایین اتصال باید با روش مناسب و با درنظرگرفتن مسیرهای موازی انجام شود تا اتصال معیوب پشت یک مسیر جایگزین پنهان نماند.
عبارت دقیق در گزارش چنین وضعیتی این است: «پیوستگی شیلد برقرار شده، اما کفایت هم‌بندی و مسیر خطای آرمور باید مستقلاً تأیید شود.» ادعای اینکه قطع آرمور حتماً میدان داخل عایق را به هم می‌زند یا الزاماً موجب انفجار مفصل می‌شود، بدون بررسی ساختار و شواهد خرابی قابل دفاع نیست.
منابع و استانداردهای مرجع
- [۱] Bahra Cables — Medium Voltage Power Cables؛ صفحات چاپی ۱۱۸ تا ۱۲۰: اتصالات مفصل، Earthing of armour and screen(s) و ظرفیت جریان خطا.
- [۲] Nexans — Accessories for Medium Voltage Power Cables, Technical Information Catalogue، ۲۰۲۲؛ صفحه چاپی ۸، Electrical Stress.
- [۳] Eland Cables — What’s the purpose of a screen in MV cables? نقش شیلد، اتصال زمین و تعیین ظرفیت عبور خطا.
- [۴] Eland Cables — MV Cables: The Lowdown؛ ساختار لایه‌های نیمه‌هادی، شیلد فلزی و آرمور.