مقدمه

از نظر رعايت شرايط ايمني، خطوط هوائي نمي توانند در شهرها يا كارخانه ها كاربرد قابل ملاحظه اي داشته باشند و اگر تغيير و تكامل ساختمانها را در شهرسازي در نظر گيريم به اجبار بايد انتقال و توزيع انرژي در شهرها، در مراحل پيشرفته خود، از طريق شبكه اي از كابل انجام گيرد. اين شبكه بر طبق شرايط معين استاندارد شده اي در داخل كانالها در زمين قرار مي گيرد.

در اين بخش كابلها، منحصراً از نقطه نظر فشار قوي مورد نظر قرار مي گيرد و تنها تكنولوژي كابلهاي فشار قوي بررسي مي شود.

كابل عبارت است از يك هادي كه در تمامي طول خود عايقبندي شده باشد و در همان حال در مقابل هر گونه تاثير مكانيكي و شيميايي پايدار و اضافه بر آن تاحد كافي قابليت خمش در آن محفوظ بماند.

كابلها براي فشار الكتريكي از يك كيلو وات تا 400 كيلو وات جريان متناوب طرح و ساخته شده است. چنانچه در آينده انتقال انرژي در محدوده وسيعتري تحت فشار الكتريكي دائم انجام گيرد، بدون شك ساختمان كابلهايي براي فشار الكتريكي تا 1200 كيلو وات مراحل پيشرفته تري را پشت سر خواهد گذارد.

طرح و تهيه كابلها تقريباً از سالهاي 1880 آغاز گرديد و ابتدا كابلهاي مخابرات ساخته شد. عايقبندي چنين كابلهايي با عايق يوته و گوتا پرشا انجام مي گرفت و آنگاه گام بعدي تكامل صنعت كابل برداشته شد كه با آن پوششي از لايه نازك سرب بر روي كابل كشيده شده و درز آن تحت فشار بسته شد.

ساختمان كابلهاي «كاغذ ـ روغن» كه در آن كاغذ كابل در روغن غوطه مي خورد، در ساختمان كابلهاي فشار قوي تنها گامي تكاملي نبود بلكه نقطه عطفي بود كه راهگشاي ساختن سريع كابلهاي فشار قوي شد.

استفاده از پوشش سربي (غلاف سربي) در كابلهاي «كاغذ ـ روغن» آن را از نفوذ رطوبت محفوظ نگاه مي دارد و اجازه مي دهد كه كابلهاي فشار قوي بقريا فشار الكتريكي بيشتر از 30 كيلو وات ساخته شود. همراه با اين پيشرفتهاي تكاملي در صنعت كابل، ساختن كابلهاي فشار قوي و جريان قوي از لاستيك نيز مرسوم بود. عايقبندي كابل به كمك لاستيك در حيني كه از قابليت خمش ونرمش خوبي برخوردار است در مقابل تخليه ناقص الكتريكي يا تشكيل ازن (Ozon) سخت آسيب پذير است. بنابراين در مقابل كابل «كاغذ ـ روغن»، بسيار كم دوامتر خواهد بود. كابلهايي از الياف لاك ساخته شد كه تا فشار 10 كيلو ولت رسيد. براي فشار الكتريكي بالاتر از 10 كيلو ولت، ضريب زاويه خطا (ضريب تلفات) اين كابل به سرعت افزايش مي يافت و تلفات عايقي نسبتاً بزرگي را باعث مي شود.

تا سال 1910 كابلهاي تهيه شده طبق استاندارد تا فشار الكتريكي 10 كيلو ولت بود، در حاليكه درهمين سالها فشار الكتريكي شبكه هاي هوايي تا حدود 1000 كيلو ولت ارتقاء يافته بود. افزايش ضخامت عايق نشان داد كه تنها قادر نيست پاسخگوي فشارهاي الكتريكي بزرگ باشد، زيرا كه افزايش بيش از حد ضخامت سبب سرعت بخشيدن به روند به اصطلاح «كهنگي» عايق مي شد. در سالهاي 1920 به بعد طي يك سلسله آزمايشها ثابت شد كه وجود حبابهاي گاز در داخل عايق و تخليه الكتريكي ناقص در آنها سبب از بين رفتن عايق مي گردد. بويژه مؤلفه افقي شدت ميدان الكتريكي بر روي سطح كاغذ اثرات بسيار نامطلوبي باقي مي گذاشت. كه در سالهاي بعد با بهتر خشك كردن كاغذ و روغن و خلاء كردن آنها توانستند كابلهاي 35 كيلو ولتي را تهيه كنند. تحقيقات و آزمايشهاي زيادي تا سالهاي 1925 در زمينه تهيه كابل براي فشار الكتريكي 110 كيلو ولت ادامه داشت و به علت وجود حبابهاي گاز در داخل كاغذ و بين لايه هاي كاغذ و سرب به نتيجه مطلوبي نمي رسيد تا از سالهاي 1930 به بعد با تهيه كابلهاي روغني تهيه كابل 110 كيلو ولت ميسر گرديد. در چنين كابلهايي كاغذ كابل كه از نوع كاغذ كابل و ترانسفورماتور بود، با روغني داراي غلظت كم آغشته گرديد و در داخل كابل كانالي براي جريان يافتن روغن تعبيه شد و در طول كابل در هر 1000 تا 1500 متر محلي بريا نصب ظروفي محتوي روغن در نظر گرفته شد كه فشار داخلي كابل را ثابت نگه مي داشت و از اين راه مانع باقي ماندن حبابهاي گاز در داخل كابل مي شد. اين فشار در حدود 3 آتمسفر بود.

بكار گرفتن روغن با غلظت كم خود سبب مشكل شدن ساخت كابل كاغذ ـ روغن مي شود در حالي كه مونتاژ و نصب كابل مشكل تر خواهد بود. موازي با آزمايشهاي تحقيقاتي براي ساخت كابل روغني، از سالهاي 1928 به بعد در راه بكار گرفتن گاز در عايقبندي كابلهاي فشار قوي نيز قدمهايي برداشته شد و تمامي عايق كابل تحت فشار گازي خنثي قرار گرفت و در سالهاي 1930 تا 1932 نمونه هايي از كابلهاي فشار قوي تحت فشار گاز ساخته فشار گاز و يا روغن واقع شده است.

درسي و پنج سال اخير تا كنون با طرح و ساختمان كابلهاي از عايق ترموپلاستيك بخش بزرگي از كابهاي فشار قوي (تا 20 كيلو ولت) از نوع اخير تهيه مي شود و با تكامل مشخصه حرارتي و الكتريكي اين عايقها، چه در نوع پلي وينيل كلريد pvc و چه در نوع پلي اتيلن آن، اميد مي رود كه در  آينده اي نه چندان دور كابلهاي ترموپلاستيك جايگزين قسمت مهمي از انواع كابلهاي ديگر شود.

هادي

از زماني كه كابلهاي بطور عملي جهت انتقال و پخش انرژي برق مورد استفاده قرار گرفت. هادي آن از فلز مس، به علت هدايت بسيار خوب آن، ساخته شد. در سالهاي اخير با توجه به مسايل اقتصادي و نيز بالا بودن وزن مخصوص مس از آلومينيوم جهت هادي كابهاي استفاده شده است.

براي دستيابي به خواص خوب الكتريكي مس يا آلومينيوم درجه خلوص آن را تا حد ممكن بالا مي بريم. اين درجه خلوص براي مس حداقل 90/99 درصد و براي آلومينيوم 5/99 درصد است.

براي اينكه هادي كابل قابليت انحناء خوبي داشته باشد، سازندگان معمولاً هادي تا 16 ميليمتر مربع مسي را، تك رشته اي و از آن به بالا را چند رشته اي انتخاب مي كنند. 20 درجه سانتيگراد در جدول 1-3،1 داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


كارخانه هاي سازنده براي توليد مقاطع بيش از 16 ميليمتر مربع رشته اي، تعداد رشته ها را از رابطه زير بدست مي آورند:

(1-3،1)

كه در آن:

N تعداد لايه ها مي باشد.

كه از اين رابطه مي توان با توجه به سطح مقطع هادي و نيز تعداد لايه هاي مورد لزوم تعداد كل رشته هاي هادي را بدست آورد. براي مثال:

بريا هاديهاي تك رشته اي تا مقطع 10 ميليمتر مربع يعني تعداد لايه ها برابر يك مقدار s=1 بدست مي آيد.

هاديهاي با مقطع 16 و 25 و 35 ميليمتر مربع را معمولاً دو لايه اي مي سازند لذا تعداد كل رشته ها از رابطه 1-1،3 برابر 7 بدست مي آيد.

براي هاديهاي سه لايه اي s=19 و چهارلايه اي s=37 و پنج لايه اي s=61 و شش لايه اي s=91 به دست مي آيد.

يكي از عواملي كه توليد كنندگان كابل در ساختمان هاديها به آن توجه دارند، ضريب قضا و نيز شكل هادي مي باشد كه نهايتاً سبب صرفه جويي در مورد مصرفي كابل و نيز ابعاد آن مي شود.

ضريب فضا كسزي از سطح مقطع هندسي است كه از فلز (مس يا آلومينيوم) تشكيل شده است. براي هاديهايي كه تعداد رشته هاي آن را از رابطه ذكر شده بدست آمده است اين ضريب برابر است با:

همانطور كه در رابطه بالا ديده مي شود براي هاديهاي تك رشته اي، n=1، اين ضريب برابر يك است زيرا سطح مقطع هندسي با فلز پر شده است. براي هاديهاي چند رشته اي مقدار اين ضريب بين 75/0 تا 78/0 تغيير مي يابد، لذا به منظور صرفه جويي در مصرف مس و مواد عايقي و به دست آوردن حداقل قطر، رشته هاي هادي را پرس مي كنيم و از اين راه هاديهاي فشرده گرد و فشرده سه گوش ساخته مي شوند، شكل 1-1،3 .

ضريب فضا در هاديهاي فشرده در حدود 82/0 است و در صورت پرس كردن هر لايه به حدود 92/0 نيز مي رسد.

پرس كردن هاديها به منظور ساختن كابل فشرده سه گوش كه حداقل فضا را اشغال خواهد كرد در كابلهاي يك كيلو ولت تا 10 كيلو ولتي مجاز است زيرا در كابلهاي تحت فشار الكتريكي بالاتر به علت بالا رفتن شدت ميدان الكتريكي مجاز در گوشه هاي گوشه هاي تيز هادي امكان شروع كرونا در اين نقاط را تشديد مي كند.

شكل 1-1،3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سطح مقطع هاديهاي چند رشته اي عادي، فشرده گرد و فشرده قطاعي شكل 2-3،1 مقطع كابل باديهاي قطاعي شكل مي دهد.

به علت امكان ريخته گري ماشيني آلومينيوم، هاديهاي چنين كابلها را تك رشته اي قطاعي نيز مي توانيم توليد كنيم كه در اين حالت ضريب فضا برابر يك است شكل 3-1،3 و جدول 2-3،1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1-1،3 تكنولوژي ساخت هادي (2) (1)

براي ساخت هادي، كارخانه هاي كابلسازي از مفتولهاي الكترونيك 8 ميليمتر و يا آلومينيوم ب قطر 5/9 ميليمتر استفاده مي كنند. اين مفتولها كه طبق روش جديدي به شكل كلافهاي استوانه اي تو خالي پيچيده شده اند توسط ماشين آلات كشش با عبور از تعدادي حديده به قطر مورد نظر رسانده مي شود. مفتول مس پس از عمل كشيدن، سخت و شكننده شده و از هدايت الكتريكي آنت نيز اندكي كاسته مي شود. براي بر طرف كردن اين دو عيب لازم است كه مفتول پس از عمل كشيده شدن در كوره الكتريكي حرارت ديده و مجدداً نرم شود. براي اين منظور از كوره هاي نوع مقاومتي استفاده مي وشد كه در خط ماشين كشش قرار گرفته و مفتول پس از كشيده شدن، حين عبور از اين دستگاه نرم شده و خواص اوليه خود را باز مي يابد، شكل 1-11،3.

شكل 1-11،3

 

 

 

 

 

 


خط كامل يك ماشين كشش به همراه كوره نرم كننده مفتول

براي هاديهاي با بيش از يك رشته، لازم است كه رشته ها در دستگاهي به نام ماشين تابنده، رشته هاي هادي را در لايه هاي مختلف به يكديگر تاباند. جهت پيچش در هر لايه عكس لايه قبلي است.

 

 

 

 

 


در صورت نياز به هادي پرس شده گرد يا سه گوش، پس از تابيدن رشته ها به يكديگر هادي را از غلطكهاي پرس كننده عبور داده و مقطع آنها را شكل مي دهيم.

شكل 2-3،11 نمونه اي ازماشين تاب رشته هاس هادي را نشان مي دهد.

3-2 كابلهاي «كاغذ ـ روغن»

عايقبندي اين كابلهاي فشار قوي به كمك نوارهاي باريك و نازك از كاغذهايي انجام مي گيرد كه در حدود 12 تا 30 ميليمتر پهنا و 02/0 تا 17/0 ميليمتر ضخامت دارد. به كمك استقامت  مكانيكي و نرمش خوب كاغذ كابل مي توان نوارهاي كاغذ را بر روي هم بطور فشرده پيچيده، بدون آنكه در موقع خم كردن كابل (در صورتي كه طبق توصيه استانداردها عمل گردد) كاغذ عايق پاره شود. استقامت كششي كاغذ در جهت طولي الياف در حدود 700 تا 1000   و در جهت عرضي 350 تا 500  مي باشد. كاغذ كابل از الياف سولفات سللولز تهيه مي شود و جرم حجمي آن (وزن مخصوص) بين 8/0 تا 25/1 گرم بر سانتيمتر مربع قرار مي گيرد. به علت وجود كانالهاي موئين درز كاغذ كه در آنها هوا وارد مي شود (5 تا 10 درصد حجم آن) طوبت فضاي اطرف در آن جمع مي گردد كه بر روي اسقامت عايقي آن تاثير سوء خواهد داشت.

كاغذ كابلهاي فشار قوي و جريان قوي در درجه حرارتي بين 110 تا 120 درجه سانتيگراد در خلاء خشك مي شود. بر اثر حرارت دادن و تخليه هواي داخل لوله ها موئين كاغذ، رطوبت آن تا حدود 1/0 درصد افزايش مي يابد و از آن پس تنزل رطوبت كاغذ در بالا بردن استقامت عايقي تاثير بسزايي نخواهد داشت. خشك كردن بيش از حد كاغذ نيز آن را شكننده مي كند .

نحوه قرار گرفتن لايه هاي كاغذي روي هم داراي ظم خاصي است، كه بايد رعايت شود. فاصله نوارهاي پيچيده شده در يك لايه در حدود 5/1 تا 5/3 ميليمتر است تا آنكه نوارها بتوانند در موقع خم كردن كابل كمي به دوسمت حركت كنند و بدين طريق از پاره شدن نوار كاغذي جلوگيري به عمل آيد. شكل 1-2،3

 

 

 

 

 


1ـ هادي، 2ـ غلاف سربي، 3ـ نوار كاغذ، 4ـ فاصله بين نوار كاغذ كه به شكل مارپيچ پيچيده شده است، 5ـ گام پيچك، 6ـ روي هم قرار گرفتن لبه نوار، 7ـ قرار گرفتن دو نوار روي هم كه اشتباه است، 8 ـ بزرگ شدن فاصله بين دولبه نوار، زاييده غلط پيچيدن آن.

تلفات عايقي در كاغذ غوطه نخورده در روغن از درجه خلوص مواد سللولز و از درجه خشك كردن كاغذ تبعيت مي كند. در درجه نخست از ميزان آب جذب شده مربوط به آنهاست، جدول 1-3،2.

جدول 1-3،2

 

 

 

 

 

 


خواص الكتريكي كاغذ خشك شده

كاغذ نازك و كاملا فشرده به علت داشتن سوراخهاي بينهايت ريز و مويين داراي استقامت الكتريكي بزرگي است، بويژه تحت فشار الكتريكي ضربه اي. براي كابلهاي تا 35 كيلو ولت از كاغذهايي با ضريب تلفات تا حدود 3-10 (10 تا 5) و در كابلهاي 110 كيلو ولتي    از كاغذهايي با ضريب تلفات  استفاده يم شود. با غوطه دادن كاغذ در روغن، تحت خلاء، تمامي سوراخها و مويين كاغذ از روغن پر مي شود. براي غوطه دادن كاغذ، از روغنهايي با غلظت (روان گرايي) مختلف استفاده مي شود. 26/0 تا  تحت صد درجه سانتي گراد حرارت، همچنين مواد عايق مصنوعي مايع نيز بكار گفته مي شود.

تلفات عايقي روغن تابعي از هدايت الكتريكي آنهاست كه خود زاينده يونهاي آزاد است و تعداد يونهاي آزاد خود تابعي از درجه رطوبت، اكسيداسيون و ناخالصي روغني است. ناخالصي و مواد ته نشين شده در روغن به وسيله صافي جدا مي شود و براي آنكه مواد قابل اكسيده شدن در روغن را كه موجد بالا رفتن ضريب تلفات مي گردد از آن جا كنيم بايد آن را پالايش كنيم. ضريب تلفات روغن بايد در مواردي كه روغن در حرارت با مس و سرب ويا هوا در تماس مي آيد باقي بماند و بعلاوه در ميدانهاي الكتريكي تجزيه نشود. براي غوطه دادن كاغذ كابل تا 35 كيلو ولت از روغني استفاده مي كنيم كه غلظت آن را با اضافه كردن كلوفنيوم افزايش مي دهيم، اضافه كردن كلوفنيوم روغن را در برابر اكسيداسيون نيز مقاوم مي سازد. اين روغن در درجه حرارت   داراي ضريب تلفاتي در حدود 3-10 (100 تا 20) مي باشد. مقاومت ويژه روغني در حدود  است و استقامت  الكتريكي آن حداقل 16 كيلو ولت بر يك ميليمتر، با همين روغن، كاغذ كابلهاي تحت فشار گاز غوطه داده مي شوند.   

روغن براي غوطه دادن كاغذ كابلهاي 110 كيلوولتي به بالا بايد پالايش اضافي ببيند وغلظت آن نيز كمتر باشد. اين روغن براي ترانسفورماتورهاي اندازه گيري فشار قوي نيز مناسب است، يخ زدن و از حركت ايستادن آن بايد در درجه حرارتي برابر500c – انجام گيرد، ضريب تلفات آن در 100 درجه سانتي گراد كوچكتر از  باشد و استقامت الكتريكي آن 18 تا 200 كيلو ولت بر ميليمتر. كابلهاي روغني تحت فشار كه در لوله هاي فولادي قرار مي گيرند در  عايق مايع مصنوعي و يا در روغنهايي كه كاملاً پالايش يافته و از هر گونه مواد خارجي پاك شده اند غوطه داده مي شوند. خواص عايقي اين مواد مايع نظير خواص عايقي روغن است.

غلظت مواد عايق مايع و موارد كاربر آن در جدول 2-2،3 داده شده است.

 

 

 

 

 

 


يكي ديگر از واحدهاي انتخابي براي روان گرايي، زمان سيلان به ثانيه است كه آن را با R نشان مي دهند و واحد آن  براي مقاديري از  بزرگتر از 7: مي باشد.

كاغذ غوطه خورده در روغن، يك عايق مركب داراي اعداد عايقي متفاوت و هدايت الكتريكي مختلف اند. بعلاوه ضريب تلفات آنها نيز يكي نيست. زماني كه كاغذ در روغن كاملاً تصفيه شده غوطه داده شود ضريب تلفات را كاغذ تعيين مي كند و بالاعكس روغن معمولي تعيين كننده ضريب تلفات كاغذ ـ روغن خواهد بود. جدول 3-3،2 تاثيرغوطه دادن كاغذ رد روغن را بر روي اعداد اعداد عايقي و اعداد مشخصه ديگر آن نشان مي دهد.

 

جدول 3-3،2

 

 

مشخصات الكتريكي كاغذ ـ روغن و كاغذ غوطه خورده در روغن

هر چه كاغذ متراكم تر باشد به همان نسبت استقامت الكتريكي عدد عايقي و ضريب تلفات كاغذ بزرگتر خواهد بود. معمولاً   هر چه كاغذ كابل نازكتر است متراكم تر (فشرده تر) نيز مي باشد. هر چه كاغذ نازكتر باشد استقامت الكتريكي آن بيشتر خواهد بود. خواص عايقي كاغذ كابل در جدول 4-3،2 نشان داده شده است. ضريب تلفات در كابل هاي فشار قوي اهميت زيادي دارد. با آنكه در اين كابل ها بهترين عايقها به كار گرفته مي شوند، تلفات عايقي در عايق بزرگ و با تلفات پديد آمده در هادي قابل مقايسه است در جدول 5-2،3 تلفات عايقي در كابل و تلفات حرارتي در هادي را براي چند كابل تك رشته داده ايم.

با رعايت تلفات  عايقي بايد بار الكتريكي نامي كابل تنزل داده شود. شكل 2-3،2.

 

در حالي كه ضريب تلفات در يك كابل 220 و يا 400 كيلو ولتي به حدود  برسد بايد بار الكتريكي كابل به حدود 93 درصد بار نامي، در كابل 220 كيلو ولتي و 70 درصد در كابل 400 كيلو ولتي پايين آورده شود. در حالي كه ضريب تلفات در يك كابل 400 كيلو  ولتي به مقدار  برسد ديگر مجاز نيست كه كابل مذبور را در حال كار نگاه داريم.

 

 

 ضريب تلفات با حرارت افزايش مي يابد. از درجه حرارت معييني به بالا، حرارت به خارج هدايت شده از حرارت ايجاد شده كوچكتر است. حرارت كابل از درجه حرارتي به بالا بدون انقطاع افزايش مي يابد تا فروپاشي حرارت پديد آيد. فرو پاشي در يك مسير با قطر 3 تا 10 ميليمتر انجام مي گيرد كه عايق را در اين مسير به زغال تبديل مي سازد. در كابلهاي 35 كيلو ولتي در حالت بار نامي وقوع يك فروپاشي حرارتي عملاً ممكن نيست براي كابلهاي 110 كيلو ولت به بالا ليكن بايد حرارت را در كابل ثابت نگاه  داشت تا فورپاشي حرارتي پديد نيايد. به ويژه اين خطر براي كابلهايي كه زمان طولاني زير بار قرار گرفته اند جدي است زيرا عايق اين كابلها به علت كهنه شدن و افزايش ضريب تلفات پيوسته در خطر يك فروپاشي حرارتي قرار گرفته اند.

 

 

 

 استقامت الكتريكي در يك برگ كاغذ كابل كه به نحو صحيحي درروغن غوطه خورده است، كمتر از مدت زمان قرار گرفتن آن تحت فشار الكتريكي تبعيت مي كند اما در عايق كاغذي كابل كه داراي نسبتاً قابل توجهي است استقامت لايه كاغذي از زمان تحت فشار الكتريكي قرار گرفتن آن نيز تبعيت مي كند اين تابعيت در جدول 6-2،3 نمايش  داده شده است.

 

 هر چه حبابهاي گاز ياروغن در فضاي بين لايه ها كوچكتر باشد به همان نسبت فشار الكتريكي شروع يونيزاسيون(كورونا) و فشار الكتريكي فرو پاشي كابل بزرگتر خواهد بود. ابعاد چنين حبابهاي گاز خود تابعي از ضخامت كاغذ و نحوه قرار گرفتن نوارهاي آن بر روي هم است چنانچه لبه نوارهاي كاغذ برروي هم قرار نگرفته باشد و يا نوارها كاملاً يكديگر را بپوشانند، ابعاد حبابهاي گاز و يا روغن بزرگتر مي شود (شكل 1-3،2) و طبعاً‌فشار فورپاشي الكتريكي كوچكتر مي گردد و بويژه بايد از روي هم قرار گرفتن نوارهاي كاغذ كه در مجاورت هادي قرار گرفته اند پرهيز كرد به منظور بالا بردن فشار الكتريكي فروپاشي عايق كابل در استانداردها توصيه مي شود كه از نوارهاي كاملاً نازك كاغذ استفاده شود بديهي است در چنين حالتي مقدار كاغذ لازم براي عايق بندي بيشتر مي شود و شرايط فني عايقبندي نيز تا حدود قابل توجهي مشكل تر مي گردد. در اين كابلها نوارهاي كاغذ با ضخامت كم و استقامت الكتريكي بزرگ در قسمتهايي از لايه عايقي به كار برده مي شود كه تحت شدت ميدان بزرگتري قرارگيرند و در ساير نقاط لايه عايقي از نوار ضخيم تر استفاده مي شود.

معمولاً نوارهاي نازك كاغذ بلافاصل بر روي هادي و نوارهاي ضخيم در جوار غلاف سربي پيچيده مي شوند و بدين قسم در مجموع تعداد لايه هاي كاغذ در حداقل ممكن قرار مي گيرند و از ضخامت باند كاغذي كاسته مي گردد.

كابلهاي فشار قوي تا 35 كيلوولتي معمولاً با نوارهاي كاغذ به ضخامت 12/0 تا 17/0 ميليمتر عايقبندي ميشوند و در كابلهاي با فشار الكتريكي بالاتر از نوارهاي كاغذ با ضخامت و تراكم مختلف استفاده مي شود. مثلاً در كابل 110 كيلو ولتي از 2 تا 3 قسم نوار كاغذ با ضخامت 08/0 تا 17/0 ميليمتر و در كابلهاي 220 كيلو ولتي از 3 تا 4 قسم با ضخامت 05/0 ميليمتر به بالا و بالاخره در كابل 400 .كيلو ولتي 5 تا 6 قسم نوار كاغذي با ضخامت 02/ 0 ميليمتر به بالا استفاده مي شود.

درشكل 3-3،2 شدت ميدان الكتريكي در عايق يك كابل 110 كيلو ولتي با نوارهاي كاغذ به ضخامت هاي مختلف را نشان مي دهد. سطح مقطع هادي 400 ميليمتر مربع اگر عايق بندي با نوار كاغذي به ضخامت 06/0 ميليمتر انجام شود و تمامي آن با همين نوار كاغذي به پايان برسد ضخامت ديواره نوارپيچ 8/16 ميلميتر خواهد شد تعداد لايه هاي كاغذ 280 عدد در حالي كه اگر همين عايق بندي با سه قسم نوار كاغذ با تراكم هاي خوب، متوسط و كم عملي شود تعداد 100 لايه نوار كاغذ با ضخامت ديواره 6/12 ميليمتر كافي است.

 

 

اگر در عايق بندي كابل از نوارهاي كاغذي نازك با تراكم زياد استفاده شود و كاغذ با عدد عايقي بزرگ انتخاب شود، شدت ميدان الكتريكي در لايه هاي روغن (كخه كاغذ را در غوطه داده ايم) بالا ميرود. اگر ضخامت لايه روغن و لايه كاغذ مشخص باشد مي توان مقدار اين شدت ميدان را محاسبه كرد.

هادي كابل از سيمهاي مسي يا آلومينيومي پيچيده به هم تشكيل يافته است. براي آنكه نقاط خالي بين عايق و سيمهاي خارجي هادي پر شود، هادي را نوا پيچ ويا به وسيله عايقي نسبتاً نرم اين همواريهاي روي طح جانبي هادي را پر مي كنيم. شكل 4-3،2.

در كابلهاي 10 كيلو ولت چون شدت ميدان الكتريكي كوجك است، هادي را از ميان غلطكهاي مخصوصي عبور مي دهيم تا ناهمواريهاي سطح خارجي هادي با كم شدن قطر آن يكسان شود.

در كابلهاي 110 كيلو ولت كه شدت ميدان الكتريكي در حال كار آن زياد است، هادي را از قطعات شكل گرفته مي سازيم (شكل 5-3،2) و يا در نظر گرفتن پوششي نيمه هادي به دور هادي مانع از آن مي گرديم كه  شدت ميدان الكتريكي در لايه هاي روغني و يا گاز بين سيمهاي هادي مقادير قابل توجهي بپذيرد .

نوار پيچيده شده دورهاي از نوار كاغذ نيمه هادي و يا كاغذ با يك سطح هادي تشكيل يافته است. اين كاغذها معمولا مقداري مواد زغالي مثلاً دوده در خود دارند در حالي كه از نوارهاي كاغذي با سطح هادي شده استفاده شود (سطح متاليزه شده) معمولاً اين پوشش از سه لايه تشكيل مي گردد، شكل 6-3،2 اولين لايه باسطح هادي شده به سمت خارج (شكل 6-3،2 شماره 3  پنج تا هفت ميلي متر) و دومين لايه با سطح هادي شده به سمت داخل (شكل 6-3،2 شماره 5 پنج تا هفت ميليمتر) و بالاخره سومين لايه با سطح هادي به سطح داخل (شكل 6-3،2 شماره هفت نيم تا 2 ميليمتر) به دور سيم هادي پيچيده مي شود. چنان كه در شكل ديده مي شود لايه اول و دوم در حدود  عرض نوار بر روي هم پچيده شده اند و كليه سطوح هادي شده به يكديگر اتصال مي يابند.

 

 در پاره اي از موارد چند هادي كابل را با دو تا سه لايه كاغذ نيمه هادي مي پوشانيم در اين موارد ضريب تلفات (ضريب زاويه خطا) در عايق تابعيت كمتري از حرارت نشان مي دهد و فشار الكتريكي فروپاشي بزرگتر مي شود زيرا كه حبابهاي يونيزاسيون كننده بين هادي و عايق از ميان برداشته شده است كوچك باقي ماندن ضريب تلفات و بزرگ شدن استقامت الكتريكي در كابلهايي كه هادي آن با نوار كاغذي نيمه هادي پوشانده مي شوند بدين علت است كه مواد اكسيد شده ناشي از كورونابه وسيله دوده موجود در كاغذ نيمه هادي جذب مي گردد.

امروزه پوشش هادي با كاغذهاي نيمه هادي در كابلهاي كاغذ ـ روغن بيست تا سي پنج كيلو ولتي انجام مي گيرد و در كابلهاي 110 كيلو ولتي از كاغذهاي متاليزه شده (يك سطح آن هادي شده) استفاده مي شود.

در مواردي كه مسير كابلهاي عمودي و يا با شيب تند نسبت به سطح افق باشد از عايق مايع با غلظت زياد براي غوطه دادن كاغذ استفاده مي شود تا به پايين كابل جريان نيابد. اين عايق مايع به علت غلظت زياد به كاغذ چسبيده و به سمت پايين نمي ريزد نحوه ساخت اين كابل مانند كابلهاي كاغذ ـ روغن است. با اين تفاوت كه اين نوع كابل كاغذي را يك بار در ديگ هاي خلاء شده تا 130 درجه حرارت مي دهيم. بر اثر حرارت، 70 درصد از عايق مايع غلظ از سطح خارجي و 30درصد از لايه هاي داخلي كاغذ خارج مي شود و بقيه عايق مايع باقيمانده در كاغذ بر اثر نيروي چسبندگي بين ملكولهاي كاغذ و مايع غليظ حتي در حال عمودي قرار گرفتن كابل نيز به سمت پايين جريان نمي يابد.

به علت تعداد زياد حبابهاي گاز در عايق مايع غليظ استقامت الكتريكي و عدد عايقي آن تنزل مي يابد ـ حبابهاي گاز در كابلهاي با عايق مايع غليظ در مواقع قرار گرفتن زير بار الكتريكي در محل خود باقي مي مانند و ابعاد آنها تغيير نمي يابد. فشار الكتريكي شروع يونيزاسيون در اين نوع كابلها كمي بالاتر از فشار الكتريكي كار كابل قرار گرفته است. در جدول 7-3.2 مشخصات عايق كابلهاي كاغذي با عايق غليظ را نشان داده ايم. در حالي كه شدت ميدان لازم براي شروع يونيزاسيون را بشناسيم مي توانيم فشار الكتريكي يونيزاسيون را بدست آوريم. اين فشار الكتريكي تابعي از حرارت است و به ازاي هر ده درجه اضافه شدن حرارت 4/2 درصد از فشار الكتريكي يونيزاسيون در 20 درجه حرارت كاسته مي شود.

جدول 7-3.2

 

 

مشخصات كابلهاي كاغذ ـ عايق مايع غليظ

1-3،2 يونيزاسيون و فروپاشي در عايق كابل

عدد عايقي و ضريب تلفات در كاغذهاي غوطه خورده در روغن بدون حبابهاي گاز از فشار الكتريكي تبعيت نمي كنند (شكل 1-21،3 منحني 1)

تلفات  الكتريكي بطور مجذور با افزايش فشار الكتريكي ترقي مي يابد.

در حالي كه عايق صاحب حبابهاي گاز باشد از فشار الكتريكي معيني به بعد، تلفات يونيزاسيون نيز بر تلفات الكتريكي افزوده مي شود. (شكل 1-21،3-UA)

منحني ضريب تلفات با شدت يافتن يونياسيون در حبابهاي گاز موجود در عايق به سمت حداكثري ميل مي كند و سپس به علت تغيير ظرفيت الكتريكي عايق مسير آن نزولي مي گردد. يونيزاسيون ابتدا در چند تا از حبابهاي گاز بين دو لايه همسايه مجاور هادي شروع مي شود. بر اثر آن مقداري كف از روغن و گاز تشكيل مي شود كه تحت تاثير نيروي الكتروستاتيكي از نقاط داراي شدت ميدان الكتريكي قوي به سمت نقاطي با شدت ميدان الكتريكي ضعيف جريان مي يابد. عدد عايقي اين روغن كف كرده كوچكتر است از عدد عايقي كاغذ غوطه خورده در روغن. در مسير حركت مايع از لايه اي به لايه ديگر رسوبي از مواد كربني پديد مي آيد (تجزيه روغن تحت حرارت وميدان الكتريكي) كه در حقيقت هدايت الكتريكي بيشتري را موجب مي شود. مؤلفه اي از شدت ميدان الكتريكي در طول سطح كاغذ (مؤلفه افقي)، كانال هادي شده را كاغذ وسيعتري و عميقتري ميسازد و در همان حال يونيزاسيون بر اثر افزايش هدايت الكتريكي در مسير كانال شديدتر شده و ميتواند به سمت فروپاشي ميل كند. در لحظه پديد آمدن فروپاشي درجه حرارت در نزديكي هادي در حدود 200 درجه سانتيگراد است.

براي پديد آمدن فروپاشي حرارتي در هر مرحله از يونيزاسيون، ضريب تلفات الكتريكي، حرارت و فشار الكتريكي گذرانده شده بر روي عايق تاثير بسزايي خواهند داشت. در مواردي كه يك فروپاشي حرارتي سريع نبايد شاخه هاي يونيزاسيون در لايه هاي كاغذ گسترش يافته و از لايه اي به لايه ديگر در جهت غلاف سربي كابل وسعت مي يابد. فروپاشي حرارتي در چنين حالي در فاصله اي تا حدود يك متر از نقطه شروع يونيزاسيون پديد مي آيد.

در مواردي كه فشار الكتريكي دائم بر روي كابل قرار گرفته است، يونيزاسيون در عايق كابل بر اثر تشكيل بار الكتريكي فضايي و ناهمگني ميدان ناشي از آن، پديد آمده و تحت تاثير شدت ميدان الكتريكي موضعي، گسترش مي يابد. بار الكتريكي فضايي بر اثر قرار گرفتن يونها در ديواره حباب گاز بوجود مي آيد. بديهي است كه اين يونها خود بر اثر شروع يونيزاسيون ايجاد شده اند. بار الكتريكي فضايي، شدت ميدان الكتريكي اي را در حباب گاز پديد مي آورد كه شدت ميدان الكتريكي اصلي را در اين نقاط (محل حبابهاي گاز) تضعيف مي كند و در اين حال موقتاٌ يونيزاسيون در حبابهاي قطع مي شود.

آنگاه تحت تاثير هدايت الكتريكي كاغذ، بار الكتريكي فضايي، با سرعت كمي به سمت الكترودها حركت مي كند و با آن شدت ميدان الكتريكي مجدداً در حبابهاي گاز افزايش مي يابد و يونيزاسيون دوباره شروع مي شود. با تجديد يونيزاسيون بار الكتريكي فضايي جديدي در اين نقاط تشكيل مي گردد. يونيزاسيون بار دوم داراي شدت كمتري از بار نخست است. اكسيداسيون پديد آمده از يونيزاسيون در عايق باقي مي ماند و عايق را به سمت فروپاشي سوق مي دهد. در اين حال تقسيم پتانسيل بر روي عايق به ميزان قابل توجهي از حرارت نقاط مختلف عايق تبعيت مي كند. براي حرارتهاي بين 20 تا 60 درجه در داخل عايق كابل مي توانيم استقامت الكتريكي عايق (كاغذ ـ روغن) را از رابطه ساده زير بدست آوريم:

چنانچه از اصول مهندسي فشار قوي مي دانيم استقامت الكتريكي عايق تحت فشار الكتريكي دائم بزرگتر است از استقامت الكتريكي همان عايق، زماني كه تحت فشار الكتريكي متناوب قرار گيرد.

بنابراين شدت ميدان در حال كار را مي توانيم تا 25 الي 35 كيلو ولت بر هر ميليمتر افزايش دهيم.

استقامت الكتريكي كابل «كاغذ ـ روغن» را براي فشار الكتريكي دائم در  جدول 1-12،3 نشان داده ايم.

به علت امكان بالا بردن شدت ميدان الكتريكي كابل در حال كار براي فشار الكتريكي دائم مي توان كابل تك رشته 220 كيلو ولتي را با عايقي به ضخامت 10 تا 12 ميليمتر ساخت.

 

 

جدول 1-21،3

استقامت الكتريكي (شدت ميدان الكتريكي لازم براي فروپاشي) عايقهاي مختلف كابل «كاغذ ـ روغن» تحت فشار الكتريكي دائم. در تابعيت از زمان قرارگرفتن بار الكتريكي بر روي كابل. در درجه حرارت 0C20.

2-2،3 استقامت الكتريكي كابل در مقابل فشار الكتريكي ضربه اي

اتصال مستقيم كابل به خطوط هوايي و همچنين پايين آوردن ضخامت عايق كابل به كمك بالا بردن فشار داخلي كابل، آزمايش عايقي آن را در مقابل فشار ضربه اي ضرور مي سازد. استقامت الكتريكي كابل در مقابل فشار ضربه اي بزرگتر است از استقامت آن در مقابل فشار الكتريكي متناوب براي زمان بسيار كوتاه، اما همين استقامت الكتريكي ضربه اي كوچكتر از استقامت الكتريكي كابل درمقابل فشار الكتريكي دائم است.

اگر استقامت الكتريكي فشار متناوب را صد درصد فرض كنيم، استقامت ضربه اي 125 درصد و استقامت در مقابل فشار الكتريكي دائم 190 درصد خواهد بود. اين مقادير با تغيير ضخامت نوار كاغذ، تراكم آن و غلظت عايق مايع كه كاغذ در آن غوطه داده مي شود و همچنين ضخامت باند پيچ تغيير مي كند.

استقامت ضربه اي كابل از تعداد ضربه هاي الكتريكي پشت سر هم بر عايق گذارده مي شود نيز تبعيت مي كند. هر چه تعداد ضربه هاي الكتريكي بيشتر شود (تعداد امپولسها) به همان نسبت استقامت الكتريكي عايق كابل كوچكتر مي شود. در ميانگين، استقامت الكتريكي كابل در برابر تعدادي ضربه الكتريكي 10 تا 15 درصد كمتر است تا در مقابل يك بار ضربه الكتريكي.

استقامت الكتريكي عايق كابل «كاغذ ـ روغن» را در تابعيت از ضخامت عايق در شكل 1-22،3 نشان داده ايم.

شكل 1-22،3

استقامت الكتريكي عايق كابل «كاغذ ـ روغن» از ضخامت عايق

0 : غوطه خورده در روغن روان

M : غوطه خورده در عايق مايع غليظ

هنچنين تاثير علامت قطبها برروي استقامت الكتريكي كابل در شكل 2-22،3 نشان داده شده است. چنانكه در شكل مزبوط ديده مي شود استقامت الكتريكي درمقابل ضربه الكتريكي با علامت  منفي (امپولس منفي) در حدود 8 تا 12 درصد كوچكتر از ضربه مثبت است.

براي بيان علل پديد آمدن يونيزاسيون و يا حتي فروپاشي در عايق كابل، زماني كه تحت فشار الكتريكي ضربه اي قرار گرفته است، مي توان فرض كرد كه فروپاشي با يونيزاسيون درحبابهاي ميكروسكوپي گاز شروع مي گردد. اين حبابها اكثراً دركنار سطح جانبي هادي قرار مي گيرند زيرا روغن تحت تاثير نيروي الكتروستاتيكي از نواحي با شدت ميدان الكتريكي بزرگ به نواحي صاحب شدت ميدان ضعيفتر سوق مي شود. بنابراين در آغاز روغن از فواصل نوارهاي كاغذ نزديك سطح جانبي هادي خارج مي شود. سپس همين روغن از لايه هاي باند پيچ به سمت غلاف سربي خارجي كابل جريان يافته دور آخر حتي از لوله هاي مويين كاغذ تا حدود ممكن خارج مي شود. بنابراين استقامت الكتريكي عايق كابل از غلظت روغن نيز تبعيت مي كند.

3-2،3 تابعيت استقامت الكتريكي عايق «كاغذ ـ روغن» از فشار «P»

به منظور بالا بردن استقامت الكتريكي عايق كابل اغلب در كابل هاي 30 كيلو ولتي به بالا فشار داخلي كابل را بالا مي بريم. در كابلهاي 220 و 400 كيلو ولتي تنها از كابل هاي تحت فشار استفاده مي كنيم.

با افزايش فشار داخلي كابل (تا 16 كيلو پوند بر سانتيمتر مربع) به خوبي مي توان با كابل «كاغذ ـ روغن» تحت شدت ميدان الكتريكي 12 تا 16 كيلو ولت بر هر ميليمتر مربع كار كرد. در كابل «كاغذ ـ روغن غليظ» و ساير عايقهاي مايع غليظ شدت ميدان الكتريكي در حدود 6 تا 5/7 كيلو ولت برميليمتر قرار مي گيرد.

كابلهاي تحت فشار به دو دسته تقسيم مي شوند؛ كابل تحت فشار روغن وكابل تحت فشار گاز. اين كابلها يا در داخل لوله فولادي ويژه اي قرار مي گيرند تا درآن گاز يا روغن را با فشار  وارد كرده ايم و يا روغن را مستقيماً در كانال داخلي كاغذ غوطه خورده در روغن وارد مي كنيم و تمامي عايق داخلي كابل تحت فشار بالاي گاز يا روغن قرار مي گيرد (مانند كابلهاي با كانال داخلي و يا شيارهايي كه در داخل عايق براي اين منظور تعبيه شده است).

شدت ميدان اوليه در عايق كابل در تابعيت از فشار و ضخامت نوار كاغذ در شكل 1-23،3 نشان داده شده است. فشار الكتريكي قرار گرفته بر رو يكابل متناوب و داراي فركانس HZ50 است. استقامت الكتريكي يا فشار الكتريكي فروپاشي عايق كابل نيز در تابعيت از زمان و فشار گاز در شكل 2-23،3 نمايش داده شده است. در اين بار نيز فشار الكتريكي متناوب با فركانس 50 هرتس برروي كابل قرارگرفته است.

 

بديهي است كه افزايش استقامت الكتريكي عايق كابل با بالا بردن فشار تا حدود معيني امكان پذير است.

در حالي كه استقامت الكتريكي عايق، تحت فشار الكتريكي متناوب با افزايش فشار داخلي كابل تا حدود قابل ملاحظه اي بالا مي رود براي فشار الكتريكي ضربه اي تغيير محسوسي نمي يابد. بنابراين افزايش فشار داخلي و به همراه آن در محدود نگاه داشتن ضخامت عايق داراي حدود معين و مرزهاي مشخصي است.

در حالي كه فروپاشي در كابلهاي روغني تحت فشار براي فشار كم و روغن روان اغلب فروپاشي الكتريكي است با افزايش فشار داخلي كابل از حدود 4 تا 6 كيلو پوند بر سانتيمتر مربع به بالا فروپاشي حرارتي پديد خواهد آمد. فشار داخلي بحراني كه تحت آن فروپاشي الكتريكي به فورپاشي حرارتي تغيير مي يابد خود تابعي از درجه مرغوبيت عايق و نحوه ساختمان كابل و دقت بكار گرفته شده در آن است.

جدول 1-23،3 استقامت الكتريكي كابل را تحت فشار الكتريكي متناوب با فركانس HZ50 براي زمانهاي مختلف نشان مي دهد.

چنانچه از جدول فوق مشهود است استقامت الكتريكي كابل روغني تحت فشار بمراتب بزرگتر از كابل تحت فشار گاز است.

استفاده از گاز براي تحت قرار دادن كابل كاغذ يا مايع عايقي  غليظ اجازه مي دهد كه شدت ميدان الكتريكي را تا حدود قابل ملاحظه اي افزايش داد. به همين مناسبت در كابلهاي 10 تا 35 كيلو ولت اكثراً از كابلهاي تحت فشار گاز استفاده مي شود.

در كابلهاي 110 كيلو ولتي براي تامين فشار داخلي از گاز و يا روغن استفاده مي شود.

جدول 1-23،3

 

استقامت الكتريكي كابل تحت فشار در تابعيت از زمان قرار گرفتن زير فشار الكتريكي (بار الكتريكي). فشار الكتريكي متناوب بافركانس HZ50 مي باشد.

در كابل روغني تحت فشار بايد فشار روغن بين 4 تا 2 قرار گيرد و در كابلهاي تحت فشار گاز ين مقدار به 13 مي رسد.

فشار روغن در كابلهاي «روغن ـ روغن» تحت فشار، براي 220 تا 400 كيلوولت به حدود 16 تا 6 مي رسد.

براي تعيين فشار روغن و يا گاز از ضرايب قابل اطميناني سود مي بريم. ضريب اطمينان براي فشار الكتريكي ضربه اي 10 تا=8  و براي فشار الكتريكي متناوب 4 تا 3= اختيار مي شود. براي سهولت از دياگرام نشان داده شده در شكل 3-3،23 استفاده مي كنيم.

محور افقي اين دياگرام ضخامت نوار كاغذ را نشان مي دهد، و محور عمودي شدت ميدان مجاز براي فشارهاي مختلف را يعني  براي فشارهاي مختلف داخل كابل شكل هاي 1-3،22 و 1-3،23. نقاط مقطع منحنيها، فشار داخلي، ضخامت كاغذ و شدت ميدان الكتريكي كابل در حال كار را نشان مي دهد به عنوان مثال اگر بخواهيم كه ضريب اطمينان كابل در حال كاري را ملحوظ داريم اگر فشار داخلي P2 باشد شدت ميدان الكتريكي E2  و ضخامت كاغذ  است.

ساختمان كابل هاي فشار قوي «كاغذ ـ روغن»

براي غوطه دادن كاغذ كابل از روغن و يا مايع عايقي ديگر مثل «روغن ـ كلوفنيوم» استفاده مي شود. عايق مايع «روغن ـ كلوفنيوم»‌ داراي غلظت بيشتري از هر گونه روغن مايع است.

معمولاً روغن و يا روغن ـ كلوفنيوم در زمان كار كابل تحت تاثير حرارت كمتر غلظت بيشتري را داراست در حالي كه در زمان غطه دادن كاغاذ در آن از غلظت كمتري برخوردار است. (جدول 2-3،2) بدين نحوه روغن در موقع نصب سر كابل يا اتصال دو سر كابل به يكديگر به خارج جريان نخواهد يافت.

كابلهاي «‌كاغذ ـ روغن» با تكيه بر بجربيات چندين ده ساله نسبتاً آسان ساخته مي شوند و معمولاً براي كابلهاي با فشار الكتريكي 35 كيلو ولت از عايق مايع غليظ مثلاً روغن ـ كلوفنيوم استفاده مي شود. اين كابل شامل كابلهاي تك رشته و چند رشته مي شود كه در مورد كابلهاي چند رشته اي سطح مقاطع هاديها دايره و يا قطاعي است. كابلهاي با عايق «كاغذ ـ روغن»‌ تا 10 كيلو ولت به شكل كابلها سه رشته اي كمربندي ساخته مي شود. يك نمونه از كابل سه رشته كمربندي براي كيلو ولت را در شكل 1-3،24 نمايش داده ايم.

براي كابلهايي كه در آب قرار مي گيرد بجاي نوار تسمه فولادي از لوله فولادي استفاده مي شود.

عايقبندي چنين كابلهايي به عايق هر رشته و عايق مشترك سه رشته تقسيم مي شود، در مواردي كه ضخامت عايق هر رشته برابر ضخامت پوشش عايق مشترك مي باشد، فشار الكتريكي فورپاشي بين هادي هاي كوچكتر است از فشار الكتريكي بين هادي و پوشش خارجي، زيرا مؤلفه افقي شدت ميدان الكتريكي بزرگ است. بنابراين در بسياري از موارد به عايق هر رشته هادي افزوده شده و از ضخامت پوشش عايقي مشترك كاسته مي شود.

همچنين كابلهاي 20 تا 35 كيلوولتي «كاغذ ـ روغن» را به طريق زير نيز ميسازند.

 

 

 

 

هر سه هادي داراي پوششي از سرب و كابل تك رشته به شكل كابلي سه رشته به هم پيچيده مي شوند شكل 2-3،24.

هر رشته هادي عايقبنيدي شده در اين حال غلافي از مس مشبك مي پذيرد. در چنين كابلي (شكل 3-3،24) شدت ميدان الكتريكي شعاعي است و مؤلفه افقي براي شدت ميدان پديد نمي آيد. ضخامت عايق هر رشته ازسطح مقطع هادي تبعيت مي كندو براي سطح مقطع كوچك، ضخامت عايق بزرگ تا شدت ميدان الكتريكي بزرگ روي سطح جانبي هادي را جوابگو باشد جدول 1-3،24. پوشش فلزي نه تنها مشخصات الكتريكي عايق را بهتر مي كند، بلكه دايت حرارتي كابل را نيز افزايش مي دهد، بويژه در كابل سه غلافي با غلاف نسبتاً ضخيم سربي. كابل سه غلفي مشخصات الكتريكي بهتري نسبت كابل با غلاف سربي مشترك دار است.

در كابلهاي «كاغذ ـ روغن غليظ» مايع غوطه دهنده كاغذ بر اثر حرارت و تحت تاثير نيروي ثقل در جهات شعاعي و طول كابل جريان مي يابد و دوباره بازگشت كمتري خواهد داشت.

به همين علت در عايق ركابل حبابهاي مجوف و يا حبابهاي گاز پديد مي آيد.

روغن غليظ يا «روغن ـ كلوفنيوم» كه كاغذ را در آن غوطه مي دهيم داراي ضريب انبساط حرارتي برابر  است ابتدا روغن مجاور سطح هادي گرم مي شود و بر غلاف سربي كابل فشاري وارد مي سازد. غلاف سرب داراي ضريب انبساط   است بنابراين محيط غلاف سربي در حدود 2/0 تا 5/0 درصد مقدار اوليه خود بزرگ مي شود.

پس ازسرد شدن كابل، روغن جدا شده از لايه هاي كاغذ تحت نيروي چسبندگي و موئينگي ديواره لوله هاي مويين مجدداً كمي جذب مي شود. بر اثر جذب و جدا شدن روغن از كاغذ (تحت تاثير حرارتي كابل) اگر روغن حاوي گاز باشد حبابهاي گاز در عايق كابل پديد مي آيد.  و اگر ورغن فاقد گاز باشد اين حبابها مجوف خواهد بود.

يونيزاسيون در حبابها، روغن ويا عايق مايع ديگر كابل را تجزيه مي كند كه حاصل آن تشكيل گاز بيشتري در عايق است.

به اين دليل، در كابهاي فشار قوي الكتريكي، مجبوريم از تشكيل حبابهاي مجوف در عايق كابل حتي الامكان جلوگيري كنيم. براي اين منظور تمامي عايق كابل را تحت فشار روغن و يا گاز مي گذاريم. در كابلهاي تحت فشار روغن، ساخته پاره اي از كشورها، از روغن روان كه تحت يك اتمسفر فشار قرار گرفته، استفاده شده است. انبساط روغن تحت حرارت و به همراه آن افزيش حجم را، به وسيله ظروف انبساطي كه در فوصل مختلف كابل نصب شده است، متعادل م يكنند. در اين موارد پوشش خارجي كابل را نيز كمي ضخيم تر انتخاب مي كنند.

براي جريان دادن روغن در طول كابل از هادي توخالي لوله شكل و يا لوله هاي ويژه روغن كه در عايق كابل قرار داده ايم استفاده ميجوئيم شكل 4-3،24 و شكل 5-3،24 در پاره اي از موارد نيز كابل سه راه پهن، شكل 6-3،24 ساخته شده است كه پوشش خارجي فلزي آن با فشار داخل و خارج ـ پس از گرم و سرد شدن ـ بازي كرده و مانع تشكيل حبابهاي مجوف مي گردد. نوار برنزي پوشش خارجي كابل اين حالت نرمش را تقويت مي كند. در كابل نوع اخير مي توان از روغن و يا مايع غلظ تر استفاده كرد.

كابلهاي 6 كيلو ولتي شبكه هاي صنعتي كارخانه ها معمولاً كابل سه رشته كمربندي مي باشند در حالي كه براي كابهاي 10 كيلو ولت از كابل سه رشته كمربندي استفاده نمي شود.

ضخامت عايق كابلهاي غوطه خورده در مايع (مثلاً صمغ) را در جدول 2-3،24 داده ايم.

مشخصات الكتريكي يك كابل 10 كيلو ولتي «كاغذ ـ مايع غليظ عايقي» عبارتند از:

ـ فشار الكتريكي شروع يونيزاسيون  

ـ شدت ميدان الكتريكي جريان متناوب پس از يك ساعت قرار گرفتن زير بار:

ـ و شدت ميدان الكتريكي جريان و فشار الكتريكي دائم:

 

به منظور آشنايي بيشتر با طريقه ساختمان كابلهاي «كاغذ ـ مايع غليظ عايق» يك نمونه از كابلهاي 10 كيلو ولتي را در شكل 7-24،3 نشان مي دهيم. اين كابل مي تواند به طور عمودي نيز قرار گيرد (در ساختمانها). هر رشته هادي با سطح مقطع 35 ميليمتر مربع از يك رشته مس ساخته شده است. عايقبندي هر هادي ابتدا با نوار كاغذ به ضخامت 08/0 ميليمتر به كلفتي 5/2 ميليمتر انجام گرفته است. بر روي آن نوار عايقي به ضخامت 5 ميليمتر از لايه هاي 12/0 ميليمتري كشيده شده است. هر رشته هادي داراي يك پوشش سربي است. آخرين پوشش مشترك كشيده شده است. اين رشته كنف قبلاً با مواد ويژه اي آماده شده است.

به منظور سهولت در ساخت و حمل اين كابل معمولاً وزن يك قرقره كابل كيلو ولتي را به حدود 5/7 تا 10 تن محدد مي سازند. وزن همين قرقره كابل راي كابل 35 كيلو ولتي 10 تن و براي 110 كيلو ولتي بيست تن مي باشد. طول كابل پيچيده شده روي هر قرقره بر حسب سطح مقطع كابل و فشار الكتريكي نامي كابل بين 200 تا 1000 متر است.

به منظور اتصال قطعات كابل از مفصلهاي ويژه اي استفاده مي شود كه يك نمونه از آن براي كابل 35 كيلو ولت تك رشته سه پوششي را در شكل 8-3،24 نشان داده ايم.

همچنين انتهاي كابل «كاغذ ـ روغن» و يا كاغذ غوطه خورده در مايعات عايق ديگر بايد صاحب ير كابلي (فطعه انتهاي كابل) باشد. براي نمونه يكي از اين سر كابل ها را براي كابل 35 كيلو ولتي «كاغذ ـ مايع غليظ» در شكل 9-24،3 نشان داده ايم. از آنجا كه مفصل و يا قطعه انتهايي در محل بايد با دست عايقبنيد شود، نمي توان انتظار داشت كه مانند كابل تهيه شده در كارخانه كاملاً همگن و كاملاً خشك و بدون حباب گاز باشد. بنابراين بايد در موقع نصب اين قطعات چه در نوع پيچ كردن و چه در موقع نصب اين قطعات چ در نوار پيچ و چه  در موقع ريختن مايع عايق در ظرف اتصالي شرايط استانداردها را كاملاً رعايت كرد. بويژه مسئله تخليه هوا در مفصل از شرايط اصلي است. هر چه فشار الكتريكي نامي كابل بزرگتر باشد به همان نسبت دقت در نوار پيچ كردن كاغذ باقي بماند تا با توجه به استقامت الكتريكي نسبتاً كم روغن نقاط ضعيفي در قطعات اتصالي پديد آيد.

عايقبندي و نوار پيچ كاغذي در قطعات مفصل و انتهايي به هر حال باد با دقتي زياد انجام گيرد به نحوي كه مولفه شعاعي شدت ميدان در حدود 45 تا 55 افقي درحدود 6 تا 10 دصد آن باشد.

در موقع قطع كابل و اتصال دو قطعه با هم و يا نصب سر كابل عايق مايع كابل به خارج جريان نخواهد يافت. بعلاوه عايقبنيد كابل در شرايط متعارفي رطوبت قابل ملاحضه اي به خود جذب نخواهد كرد.

5-3،2 ساختمان كابلهاي فشار قوي تحت فشار گاز

انواعي از كابلهاي تحت فشار گاز ساخته شده است كه تمامي آنها داراي غلاف سربي و در سالهاي اخير آلومينيومي مي باشند. عايق ايم كابل ها از نوار پيچ كاغذي و عايق مايع با فشار تشكيل يافته است. مايع و گاز تمام خلل و فرج و فضاي بين لايه هاي كاغذ را پر مي كند از به كار گرفته شده بايد داراي خواص الكتريكي خوب و هدايت حرارتي نسبتاً زياد بوده و از لحاظ شيميايي خنثي باشد. گاز در اين كابل ها از ازت و دي اكسيد كربن تشكيل مي شود. بديهي است كه كابلهاي فشار قوي مثلاً 220 كيلو ولتي گاز SF6 نيز به ازت اضافه مي گردد.

استفاده از گاز ازت به علت ناخالصي آن كه عملاً با كمي اكسيژن و رطوبت همراه است سبب كهنگي بل از موقع كابل مي شود. پس از دوبار تخليه كامل از هوا و گاز غلافي سربي بر روي آن كشيده مي شود و در دو سر آن سر كابل مي بندند تا رطوبت به داخل آن نفوذ نكند و عايق مايع به خارج جريان نيابد. كابلهاي تحت فشار گاز به دو دسته اصلي تقسيم مي شوند: كابل گازي تحت فشار داخلي و كابل گازي تحت فشار خارجي.

از كابل تحت فشار داخلي بيشتر در مواردي استفاده مي شود كه ارتفاع مسير كابل متغير بوده و نتوان از كابل روغني استفاده كرد  و همچنين در موقع عبور كابل از يك درياچه كه نتوانيم در نقاط مختلف كابل ظروف تبادل فشار نصب كنيم اين كابل ظروف تبادل فشار نصب كنيم اين كابل بكار گرفته مي شود. اين نوع كابل به شكل تك رشته و سه رشته ساخته مي شود. فشار گاز در كابلهاي 10 كيلو ولتي 5/2 و در 35 كيلو ولتي 13-4 و در كابلهاي 110 كيلوولتي 16 مي باشد. فشار داخلي كابل پيوسته به وسيله فشار سنج نصب شده كابل اندازه گيري مي شود.

در كابلهاي سه رشته تحت فشار گاز از نوارهاي فولاد زنگ نزن به ضخامت 1/0 تا 4/0 ميليمتر استفاده مي شده است. اين كابل ها تا 35 كيلو ولتي سه رشته اي و براي 110 كيلو ولت تك رشته است.

براي فشار الكتريكي بزرگتر از 110 كيلو ولت در  بيشتر موارد از كابل روغني استفاده مي شود.

جدول 1-3،25 شدت ميدان كابل در حال كار و شدت ميدان شروع يونيزاسيون كابل تحت فشار گاز را نشان مي دهد.

در شكل 1-3،25 كابل تحت فشار گاز 35 كيلو ولتي ديده مي شود. فشار گاز 5/3 كيلو پوند بر سانتيمتر مربع است. هادي كابل قطاعي است و روي آن پوششي از كاغذ نيمه هادي (2) كشيده شده است نوار كاغذي غوطه خورده در عايق مايع داراي ضخامت 08/0 تا 12/0 ميليمتر مي باشد. بر روي عايق هر هادي (3) كاغذ نيمه هادي سوراخ دار كشيده شده است.

 

در فضاي خالي بين هاديهاي لوله هاي فلزي قابل خم شدن، گاز را در ط.ل كابل جريان مي دهد. بر روي عايق هاديها و لوله هاي گاز سيم مسي سفيد شده اي كشيده شده است (5). اين سيم مسي پوشش لزي كابل و لوله هاي گاز غلاف سربي را به يكديگر متصل مي كند. دو لوله گاز قابل خم شدن هستند و كانال سوم از لوله نازك و يك پارچه است.

ضريب تلفات يك كابل تحت فشار گاز 35 كيلو ولتي در تابيعت فشار الكتريكي و براي فشارهاي مختلف گاز در شكل 2-3،25 نمايش داده شده است.

خواص الكتريكي كابلهاي تحت فشار گاز و شدت ميدان الكتريكي شروع يونيزاسيون و تلفات ناشي از آن بالاخره استقامت الكتريكي كابل از فشار و حرارت گاز تبعيت مي كند.

مفصل كابل تحت فشار گاز و قطعه انتهايي كابل با گاز تحت فشار پر مي شوند و با لوله هاي گاز كابلهاي ارتباط مي يابند به نحوي كه يك گاز در طول كابل بدون اشكال از يك مفصل به مفصل ديگر جريان مي يابد. براي جلوگيري از نفوذ رطوبت له عايق كابل در جعبه اتصالي. لوله هاي متخلخل، ازت كاملا خشك و فاق رطوبت ر ا به داخل عايق جريان مي دهند.

در مفصل يك كابل 35 كيلو ولتي تحت فشار گاز كه در شكل 3-3،25 نشان داده شده است دو زائده براي اتصال به دستگاه فشار سنج و محفظه پيش بيني شده است.

پيچ اتصالي زير جعبه به منظور كنترل اضافه عايقي مايعي است كه كاغذ در آن غوطه مي خورد.

نقطه انتهايي كابل تحت فشار گاز كه در شكل 4-3،25 نشان داده شده است از سه محل اتصال هادي تشكيل يافته است.(6)

بر روي قطعه انتهايي پوششي از چيني گذارده مي شود. براي آنكه فشار گاز در كابل ثابت نگاه داشته شود، شير خودكاري براي اضافه كردن ازت در كنار قطعه انتهايي كابل پيش بيني مي شود.

در كابلهاي تحت فشار خارجي گاز، هر رشته هادي با كاغذ عايقبندي شده است. اين كاغذ در عايق مايع با غلظت زياد غوطه خورده است و بر روي اين عايق پوشش سرب قرار گرفته است.

در سالهاي اخير در مواردي اين پوشش سربي به عايق پلي اتيلن تبديل شده است. روي اين لايه عايقي 2 لايه باند مسي نوار پيچ مي شود وبر روي سه رشته كابل نوار فولادي قرار مي گيرد.

پس از مونتاژ كابل و قرار گرفتن آن در يك لوله فولادي و نصب سر كابلها، گاز ازت با فشار  16-15 به داخل لوله فرستاده مي شود فشار گاز ازت ازت مايع عايق را كه تحت تثير حرارت به خارج كاغذ جريان يافته است پس از پايين آمدن درجه حرارت دوباره به داخل مي فرستد. در شكل 5-3،25 يك كابل 110 كيلو ولتي گازي تحت فشار خارجي نشان داده شده است.

 

 

 

 

6-3،2 ساختمان كابلهاي فشار قوي تحت فشار روغن (10) (9) (8)

در كابلهاي روغني تحت فشار هرگز در طول كار حبابهاي گاز نمي توانند پديد آيد. زيرا براي غوطه دادن كاغذ از روغن روان استفاده مي شود و در هر 1000 تا 1500 متر طول كابل ظروف متعادل كننده فشار نصب مي گردند كه روغن را در حر ارت بالا در خود مي گيرد و با پايين آمدن درجه حرارت پايين به داخل كابل مي فرستد از آنجا كه با پيش بيني هاي چند در اين كابل ها از پديد آمدن حبابهاي گاز جلوگيري شد، شدت ميدان در حال كار كابل تا حدود 6 كيلو ولت بر ميليمتر افزايش داده شد و بدين طريق كابلهاي روغني 110 كيلو ولت ساخته شد. بعدا با بهتر كردن نوع كاغذ و بالا بردن تراكم آن از سوء ي و استفاده از روغن هاي روان از سوي ديگر اين شدت ميدان تا 15 كيلو ولت بر ميليمتر بالا برده شد و كابلهاي 220 تا 400 كيلو ولتي ساخته و آماده كار گرديد.

كابلهاي جددي 400 كيلو ولتي داراي دو لوله داخلي براي عبور روغن مي باشد، در حالي كه تعداد كانال هاي روغن در كابل هاي 110 كيلو ولتي تنها يكي است. يكي از اين لوله ها در داخل هادي تعبيه شده است و ديگر در زير پوشش سربي (در كابل 400 كيلو ولتي) در كابلهاي روغني تحت فشار 220 كيلوولتي يك يا دو ميله روغن در نظر گرفته مي شود.

در اين كابلها پس از مونتاژ كابل و نسب پوشش خارجي كابل آنگاه عايق آن خشك و از هوا تخليه مي شود و در روغن غوطه مي خورند زيرا از اين راه مانع مي شويم كه روغن كاملا پالايش و خشك شده با هوا در ارتباط واقع شود.

روغن رواني كه امروزه براي غوطه دادن كاغذ كابل مورد  استفاده قرار مي دهيم داراي نقطه انجماد 50- درجه سانتي گراد و استقامت الكتريكي بالاي در حدود 250 كيلو ولت بر سانتيمتر ميباشد. خواص الكتريكي آن در مجاورت هوا و سرب تغيير نمي يابد و تحت تاثير ميدان الكتريكي نيز تجزيه نمي شود. ضريب تلفات آن كوچكتر از 3-10×10 درصد درجه سانتي گراد حرارت است.

در كابلهاي 400 كيلو ولتي روغن زير فشار 16 كيلو پوند بر هر سانتيمتر مربع قرار  مي گيرد كه در اين حال نصب مفصل كابل و بستن نوار كاغذ در نقطه اتصال مشكلتر خواهد شد. اين فشار در كابلهاي 220-110 كيلو ولتي كم تر و تا حدود  6 مي تواند تنزل يبد.

مقطع يك كابل 110 كيلوولتي تحت فشار روغن در شكل 1-26، 3 نمايش داده شده است. فشار روغن در اين كابل 6-4 است. كانال عبور روغن در وسط هادي تعبيه شده است(1). عايق روي هادي به ضخامت 12 ميليمتر از وار كاغذي به كلفتي 08/0 تا 12/0 ميليمتر تشكيل يافته است(3) و غلاف سربي(5) با دو باند برنزي كه دور آن پيچيده مي شود تقويت شده است.

همچنين شكل 2- 26، 3 كابل تحت فشار روغني 380 كيلوولتي را نشان مي دهد كه تحت فشار كيلو پوند بر سانتيمتر مربع قرار گرفته است.

هادي(2) از لوله مسي(شامل قطعات شكل گرفته) سفيد شده ساخته شده است. عايق هادي كه از نوارهاي كاغذ با ضخامت و تراكم مختلف تشكيل يافته است داراي كلفتي برابر 28 ميليمتر است. كمترين ضخامت نوار كاغذ 02/0 ميليمتر مي باشد.

براي عبور روغن تحت فشار دو كانال در نظر گرفته شده است، يكي در داخل هادي و ديگري در غلاف سربي.

كانال تعبيه شده در هادي داراي قطري برابر 16 ميليمتر است. كانال دوم از مجموعه سوراخهايي تشكيل يافته شده است كه جدار داخلي غلاف سربي ايجاد شده است. تعداد اين سوراخها 24 و قطر آنها 3/3 ميليمتر است (5). غلاف سربي خود داراي جداره اي به ضخامت 5/5 ميليمتر است (6). بر روي غلاف سربي خارجي كه داراي قطري برابر 109 ميليمتر است پوششي از عايق كشيده و سه بار روي آن را نوار پيچ كرده ايم. بر روي اين لايه عايق سه رشته نوار مسي پيچيده شده است كه نوار داخلي (9) و نوار خارجي (11) آن را س حرارت ديده نرمي تشكيل يافته است و نوار پيچ مياني (10) از نوار مس سخت مي باشد.

كابل به مدت 24 ساعت تحت فشار 30 كيلو پوند بر سانتيمتر مربع آزمايش مي شود.

قطر كابل خارجي كابل 118 ميليمتر و وزن يك متر آن 52 كيلو گرم است. حداكثر شدت ميدان اين كابل در حال كار 6/13 است. امروزه در كابل هاي روغني تحت فشار شدت ميدان تا حدود 60 كيلو ولت بر ميليمتر افزايش يافته است. در كابل نشان داده شده در شكل 2-3،26 فشار الكتريكي متناوب را مرحله به مرحله بالا بردند (25 تا 50 كيلو ولت در دقيقه) تا تحت فشار الكتريكي 782 كيلو ولت دچار فروپاشي شد. با ضريب تلفاتي برابر  تلفات عايقي در حدود 10 كيلو وات روي يك كيلو متر سنجيده شده، تلفات هادي 16 كيلو وات بر هر كيلو متر و تلفات در غلاف سربي 8 كيلو وات روي يك كيلو متر بود.

قطعه انتهايي كابل تحت فشار روغني بايد داراي استقامت الكتريكي و مكانيكي قابل  توجهي باشد. تا بتواند تحمل فشار زياد روغني را بنمايد. بعلاوه بايد كاملا ب بندي شده باشد تا بهيچوجه رطوبت و هوا در آن داخل نشود.

تقسيم پتانسيل در اين سر كابل ها خود مسائل نظري چند را به همراه دارد كه ما آنرا در محاسبه بوشينگها در همين كتاب ديده ايم.

مؤلفه هاي افقي و شعاعي شدت ميدان در قطعه انتهايي يك كابل 400 كيلو ولتي به ترتيب 15/0-1/0 و 5-4/3 است، در شكل 3-3،26 شان داده شده است قطعه انتها يك كابل روغن را براي 110 تا 220 كيلو ولت نشان داده ايم.

پيچ خازني مخروطي از كغاغذ، در كارخانه كابلسازي ساخته مي شود و يا دا لوله اي به وسيله دست پيچيده  و نصب مي ردد در كارخانه پيچك خازني از كاغذ را بر روي لو اي ازمقواي سخت كه داراي قطري برابر قطر كل مي باشد، مي پيچد.

 شكل 4-،26 قطعه انتهايي يك كابل 400 كيلو ولتي تحت فشار روغن نمايش داده شده است.

اين قطعه بر روي كابل مونتاژ مي گردد و با لوله روغن در هادي ارتباط داده مي شود در اين دستگاه شيري تعبيه مي شود تا در موقع لزوم بسته شود. مثلا در مواردي كه بخواهيم نوار پيچ كاغذي قطعه انتهايي را خشك و يا در روغن غوطه دهيم.

ارتباط قطعات كابل تحت فشار روغن به هم و همچنين ارتباط لوله هاي روغن در كابل به وسيله مفصل كه در شكل 5-26-3 نمايش داده شده است انجام مي گيرد.

به كمك قطعهارتباطي لوله اي شكل (8 )مي تواينم جريان روغن را در تمامي كابل پايدار نگاه داريم. دو سر هادي دو قطعه  كابل نبايد به ديگر لحيم و يا جوش دو بلكه قطعه لوله اي كه در شكل با شمه 8 نشان داده شده است به يكديگر اتصال الكتريكي و مكانيكي مي شود. در دو طرف محل اتصال هادي ها عايق كابل به شكل مخروطي تنظيم مي شود.

و اضافه بر اين تنظيم، نوار پيچي از كاغذ نيز بر آن اضافه مي شود. نوار پيچ كاغذي مخروطي شكل كه قاعده آن از لبه غلاف سربي شروع شده است و پوششي فلزي نيز بر روي آن كشيده شده است وظيفه دارد كه مولفه افقي شدت ميدان را در لبه غف سربي تاد مجاز خود پايين بياوريد سطح خارجي تمامي عايق اضافي كه با نوار كاغذ است به وسيله لايه اي مسي كه نيكل آب داده شده است پوشانده مي رود جعبه اتصالي كابل داراي محفظه اي برنجي است كه دو روزنه براي خلاء كردن و با روغن پر كردن در آن تعبيه شده است. جعبه اتصالي كابل به وسيله سيم مسي به لبه غلاف سربي لحيم مي شود تا از تاثير هر گونه ميدان خارجي بر روي هاديها مصون ماند. پس از نصب جعبه اتصالي و پايان اتصال هاديها و نوار پيچ عايقي، آن را خلاء كرده و تحت خلاء روغن را به داخل آن هدايت مي كنيم.

 

 

 

7-3،2 كابلهاي فشار قوي و روغني در لوله هاي فولادي (2)

در بخش 6-3،2 از كابلهاي «كاغذ ـ روغن» تحت فشار خارجي گاز سخني كوتاه از قرار دادن كابل سه رشته در  داخل لوله اي فولادي داشتيم. داخل لوله را با گاز ازت تحت فشاري در حدود 16 پر مي كنيم. و از اين راه مانع يونيزاسيون در عايق كابل مي شويم .

در كابلهاي «كاغذ ـروغن» تحت فشار 110 تا 220 كيلو ولتي اغلب رشته هاي كابل را داخل لوله اي فوي قرار مي دهيم. و چنانچه بيان شد لاين مجموعه را تحت فشار گاز مي ذاريم سه شته كابل قرار گرفته در لوله فاقد غلاف سربي مي باشند هادي ساخته شداسيمهاي مسي و يا آلومينيوم با نواري از كاغذ متاليزه شده پوشانده مي شود.

لوله فولادي خود تلفاتي اضافي را موجب مي شود كه در كابلهاي تحتشار الكترسيكي 110 ا 20 كيلو ولت حداكثر 20 تا 30 درصد تلفات الكتريكي هادي خواهد بود. اين تلفات الكتريكي كمتر از تلفات است كه در كابلهاي تك رشته با غلاف سربي در پوشش سرب پديد مي آيد.

 

 

 

 

 

 

 

1-3،27 كابل تحت فشار  روغني در داخل لوله فولادي

كابل روغني تحت فشار در داخل لوله معمولا داراي سطح مقطع هادي در حدود 120 تا 800 ميليمتر مربع مي باشد. با قرار دادن اين كابل در زمين و حرارت مجازي در حدود 70 درجه سانتيگراد توان طبيعي كابل در حدود 60 تا 140 ميليون ولت آمپر خواهد بود. با قرار گرفتن كابل در هوا توان طبيعي كابل افزايش مي يابد، زيرا با بهتر خنك شدن كابل مي توان قطر لوله هادي را بزرگتر كرد (mm2500 تا 175ضخامت عايق كابل در حدود 10 تا 12 ميليمتر مي شود، شكل 1-7،32

براي غوطه دادن كاغذ كابل و پر كردن لوله

و انتهايي آن مانند قطعات مشابه در كابلهاي تحت فشار روغمن مي باشد. فشار روغن در داخل لوله به وسيله پمپ هاي الكتريكي با قدرت 1 تا 2 ليتر در دقيقه و در طول 1 كيلو متر كابل ثابت نگاه داشته مي شود.

كابل هاي تحت فشار روغن وقرار گرفته در لوله فولادي داراي استقامت الكتريكي خوبي مي باشند و چون فاقد غلاف سربي مي باشند بهاي تمام شده آنها نيز در حدود 70 تا 85 درصد كابل روغني تحت فشار داخلي مي باشد.

 

 

 

 

 

2-3،27 كابل تحت فشار گاز در داخل لوله فولادي

در طول تكامل صنعت كابلسازي از غلاف سربي در كابل تحت فشار گاز خودداري شد و رشته هاي عايقبندي شده كابل در لوله هاي فولادي قرار گرفت كه در آن فشار گاز تا حدود 18 كيلو پوند بر سانتي متر مربع خواهد بود.

ليكن پوند بر سانتي متر مربع حاكم بود. ليكن چنين كابلي به علت معايبي كه مي تواند بر لوله هاي فولادي پديد آيد رطوبت به  خود جذب كرده و استقامت الكتريكي آنها به شدت با اين مي آمد، به همين دليل در صنعت مدرن كابلسازي، غلافهاي سربي جاي خود را به غلاف هاي پلي اتيلن دادند كه در مقابل تغييرات فشار حالت فنري خود را حفظ كرده و مانع پديد آمدن حبابهاي گاز در داخل عايق كابل مي شوند.

غلاف پلي اتيلن به وسيله دونوار برنجي به ضخامت 1/0 تا 125/0 ميليمتر تقويت شده و در مقابل فشار داخلي تا حدود 40 كيلو پوند بر سانتي متر مربع مقاوم مي گردند. به دور نوار هاي برنجي سيمهاي نيم گرد را مي گيرد كه از اصطكاك كابل با جدار داخلي لوله، در موقع حرارت كابل در داخل لوله، پرهيز شود، شكل 1-3،272 .

مشخمصات الكتريكي كابلهاي تحت فشار گاز در لوله فولادي را در جدول 1-3،272 نشان داده ايم.

چنانكه كابلي از خارج تحت فشار 16 قرار گيرد، عايق «كاغذ ‌ـ روغن» دور هادي تراكم بيشتري يافته و اين تراكم را ساعتها پس از برداشتن فشار از روي آن نگاه مي دارد. به همين علت ضريب تلفات اين نوع كابل در زمان كابل بسيار خوب و قابل توجه است. كابلهاي تحت فشار گاز و در لوله فولادي داراي مزايايي چند نسبت به كابل هاي تحت فشار روغن و قرار گرفته در لوله فولادي مي باشند. از آن جمله است نصب ظروف گاز با فشار زياد به جاي پست هاي پمپ روغن و همچنين داخل لوله نيز نيازي به دقت زياد در زنگ زدن ندارد. ليكن بايد لوله ها بتوانند فشار زيادي را با آب بندي كامل تحمل كنند.

شكلهاي 2-3،272 و 3-3،272 و 4-3،272 سه نمونه از كابل تحت فشار گاز را كه در لوله فولادي قرار گرفته اند نشان مي دهند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-3،27آزمايش كابل (13)

نمونه هايي از توليد كابل در كارخانه آزمايش مي شود. اين آزمايش شامل اندازه گيري مقاومت هادي، مقاومت عايق، ظرفيت الكتريكي و تلفات عايقي است همچني ظريب تلفات TGS كابل اندازه گيري مي شود. اين ظريب تلفات در تاتبعيت از فشار الكتريكي از 03/0 فشار الكتريكي نامي تا فشار نامي اندازه گيري مي شود. در اندازه گيري ظريب تلفات بويژه شيب منحني به ازاي افزايش فشار الكتريكي مورد نظر است هر چه فشار الكتريك نامي كابل بيشتر باشد تغييرات ظريب تلفات بايد در قبال تغييرات فشار الكتريكي ملايم تر باشد.

در كابلهاي روغني علاوه بر آزمايشهاي الكتريك از پنجمين روز تا دهمين روز پس از ساختن كابل، روغن آن نيز مورد آزمايش قرار مي گيرد.

كابلهاي تحت فشار گاز نيز بايد از نظر آب بندي مورد آزمايش قرار گيرند. نحوه آزمايش روغن و گاز اين كابلها طبق استانداردهاي هر كشور و استاندارد بين المللي تعيين شده است. استقامت الكتريك ه ركابل بايد اندازه گيري و تعيين شود. تعداد زيادي تنونه به طول 5 تا 15 متر تهيه مي شود و هر فطعه تحت فشار الكتريكي زياد تر از فشار الكتريكي نامي، طبق استاندارد، قرار مي گيرد تا فروپاشي در آن پديد آيد. از منحني فشار الكتريكي فروپاشي در تابعيت از زمان تحت فشار الكتريكي مي توان حداكثر استقامت الكتريكي را تعيين كرد. نسبت حداكثر استقامت الكتريكي به فشار الكتريكي نامي ظريب اطميناني را به دست مي دهد كه بر شناخت كيفيت كابل بخش مهمي را بازي مي كند.

همچنين كابل بايد در قبال «كهنه شدن» و تشكيل ارتباطات صمغي در آن كه موجب بالا رفتن ظريب تلفات در آن خواهد شد نيز آزمايش شود.

استانداردهاي بين المللي و استانداردهاي كشورها آزمايش كنترل كيفيت را در حين توليد كابل نيز توصيه مي كنند. در اين آزمايش ها كابل تحت فشار الكتريكي اي بين 4 تا 6 برابر فشار الكتريكي نامي براي 4 تا 5 دقيقه آزمايش مي گردد.

از آنجا كه ظرفيت الكتريكي چنين كابلهايي بزرگ است بايد پس از آزمايش، تخليه الكتريكي كابل بر روي مقاومتي بزرگ انجام گيرد تا از شدت ميرا جلوگيري بعمل آيد چنين تشديدي براي عايق كابل مضر است.

2-3،3 پلي وينيل كلريد

 اين ماده در صنعت كابلسازي در سالهاي اخير كاربرد فراواني يافته است. ماده PVC كه جهت عايق و غلاف كابل مورد مصرف است از جانشين ساختن  كلر بجاي هيدروژن در پيوند اتيلن به دست مي آيد. اين ماده در شرايط متعارفي بدون اضافه كردن نرم كننده ها، سخت و شكننده مي باشد. بعلاوه از لحاظ حرارتي نيز پايدار نيست. به همين دليل از PVC بصورت خام نمي توان در كابلسازي استفاده كرد.

پلي ونيل كلريد (PVC) بعلت استخلاف كلري صاحب نيروي نسبتاً بزرگ بين مولكولي است. با اضافه كردن مواد نرم كننده بدان سبب مي شويم كه مولكولهاي اين ماده به داخل شبكه مولكولي  نفوذ يافته و نيروي بين مولكولي آن را كاهش دهد و بالنتيجه لغزش آسانتر مولكولها بر روي هم امكان پذير سازد. اضافه كردن مواد نرم كننده به پلي وينيل كلريد شبب افزايش قابليت نرمش اين ماده شده و شكل پذيري آن را در ماشين تزريقي سهلتر مي سازد، ليكن در عين حال موجب كاهش خواص الكتريكي ـ حرارتي و استقامت آن در برابر مواد شيمايي خواهد شد.

ماده PVC، براي جانشيني كلر بجاي هيدروژن در پيوند اتيلن يك تركيب دو قطبي است.

مواد پر كننده كه در تركيبات PVCمصرف مي شود جهت پر كردن حجم و ارزان تمام شدن قيمت ماده بكار مي رود، اغلب از كربنات كلسيم بدين منظور استفاده مي شود.

در درجه حرارتهاي بالاتر از 140 درجه سانتيگراد ماده PVC تجزيه شده و اتم كلر از باند مولكول جدا مي شود. براي جلوگيري از اين تجزيه از پايدارسازها استفاده مي كنند. اين ماده كه معمولا تركيبات سربي است به PVC اضافه مي شود و مقاومت آن را در برابر حرارت افزايش مي دهد.

تركيبات مختلف PVCرا هم اكنون براي عايق كابلهاي تحت فشار الكتريكي تا 10 كيلو ولت بكار مي برند. همچنين PVC مصرف بسيار زياد جهت ساخت غلاف كابلهاي مختنلف يافته است.

جدول 1-3،32 خواص مكانيكي ـ الكتريكي و حرارتي انواع تركيبات پلي وينيل كلرايد 3-3،3 پلي اتيلن (PE) n(- CH2 – CH2 –) يكي از انواع ترموپلاستيك است كه در صنمعت كابلسازي كاربرد فرواني دارد. پلي اتيلن را بر حسب وزن مخصوص كم، متوسط و زياد طبقه بندي كرده اند.پلي اتيلن با وزن مخصوص كم از پلي مريزاسيون اتيلن در فشار زياد (حدود 1500 تا 2000 اتمسفر) و در كنار كتاليزور تشكيل مي شود.

در جدول 1-3،33 خواص انواع پلي اتيلن نشان داده شده است.

ماده پلي اتيلن داراي ساختار مولكولي كريستال خطي است و به لحاظ اينكه گروه (- CH2-) در اين زنجيره قطبي نيست لذا نيروي بين مولكولي اين ماده ضعيف بوده نقطه ذوب آن نسبتا پايين و سختي آن نيز كم است.

پلي اتيلن داراي خواص عايقي الكتريكي بسيار عالي است كه با تغيير فركانس و درجه حرارت خواص آن به مقدار بسيار كمي تغيير مي يابد. شكل هاي 1-3،33 و 2-3،33 .

در عين حل استقامت آن در برابر مواد شيمايي و رطوبت نيز قابل توجه است.

اين عايق به علت خود در صنعت كابلسازي كاربرد فراواني يافه است و در كابل هاي فشار قوي تا 30 كيلو ولت به علت تلفات كم خود جانشين كابلهاي «كاغذ ـ روغن» شده است و همچنين در كابلهاي تلفني و كابلهاي كو آكسيال ارتباطي بين فرستنده و آنتن مصرف فراواني يافته مي شود.

به علت پايين بودن نقطه ذوب اين عايق و نرمي آن، در سالهاي اخير كابرد پلي اتيلن در ساخت كابلهاي فشار قوي كاهش يافته است.

اخيراً قدمهاي بزرگي براي بالا بودن نقطه ذوب وسخت تر كردن عايق پلي اتيلن برداشته شده است و از راههاي مختلف موفق به تهيه پلي اتيلن داراي نقطه ذوب بالا و سختي بيشتر شده اند. چنين ماده پلي اتيلن كراس لينك شده مي نامند.

«كراي لينك پلي اتيلن» در عين داشتن خواص الكتريكي پلي اتيلن، از خواص مكانيكي و حرارتي بهتري نيز برخوردار است كه در بخشهاي بعدي به تفصيل از آن سخن به ميان خواهد آمد.

4-3،3 كابلهاي پلي وينيل كلرايد و پلي اتيلن

تهيه پوشش عايقي براي كابلها از مواد پلي اتيلن و پلي وينيل كلرايد به كمك ماشين و بطور خودكار انجام مي گيرد، بنابراين مصرف آنها در صنايع كابلسازي زياد بوده و بطور مستمر جانشين عايقهاي كلاسيك مانند كاغذ ـ روغن مي شود. در سالهاي اخير اغلب اوقات از عايق پلي اتيلن در كابلهاي فشار قوي براي پوشش هاديها و غلاف مشترك استفاده مي شود

عايق پلي وينيل كلرايد چنانكه مي دانيم عايقي دو  قطبي است و با توجه به تلفات عايقي در پاره اي جهات داراي خواص الكتريكي ضعيفي است و به همين دليل تاكنون براي ساخت كابلهاي بيش از 10 كيلوولت بكار گرفته نشده است. كابلهايي كه از اين عايق براي فشارهاي الكتريكي بالاترساخته مي شود اغلب بدون برگ تأييديه استاندارد است.

ليكن از عايق پلي وينيل كلرايد در ساختمان كابلهاي فشار ضعيف(تا 1 كيلو وات)به ميزان زيادي استفاده مي شود.

بطور كلي تهيه پوشش عايقي از مواد ترموپلاستيك به كمك دستگاه اكسترودر (دستگاه تزريقي) و ماشين گردان براي پيچاندن  هاديها به دور هم انجام مي گيرد. در دستگاه اكسترودر به كمك حرارت و فشار، مستقيماً عايق را به دور هادي ذوب كرده و پوششي از آن تشكيل مي دهيم. اكنون هادي با پوشش عايقي كه داراي رنگهاي متفاوت است(طبق توصيه استاندارد) به كمك ماشين گردان دور هم پيچيده شده و دراكسترودر دومي فضاي خالي بين رشته ها با ماده عايقي ديگري تحت فشار و حرارت پر مي شود و بالاخره در دستگاه چهارمي نواري مسي بعنوان پوشش حفاظتي به دور آن پيچيده شده و در دستگاه بعدي غلاف يا پوشش حفاظي آخر بر روي كابل كشيده شده و سپس بر روي قرقره اي پيچيده مي شود. شكل 1-34، 3 از 1 تا 5 نحوه عايقبندي كابل را آنطور كه بيان شد نشان مي دهد.

1ـ پوشش عايقي تحت حرارت و فشار روي هر رشته از هادي قرار مي گيرد.

2ـ هاديهاي با پوشش عايقي، به وسيله ماشين گردان به دور هم پيچيده مي شوند.

3ـ فضاي خالي بين رشته هاي به دور هم پيچيده با عايق پر مي شود.

4ـ بر روي چند رشته بدور هم پيچيده شده غلاف هادي از نوار مسي قرار مي گيرد.

5ـ بالاخره بر روي كار، آخرين پوشش عايقي مشترك را به كمك اكسترودري قرار داده و كابل را به دور قرقره مي پيچانيم. اين پوشش از ماده PVC است.

براي روشني بيشتر در طرز تهيه كابلهاي ترموپلاستيك فشار ضعيف دو نمونه از اين كابلها را بررسي مي كنيم:

كابل چهار رشته مسي افشان با عايق روي هر هادي و نوار دور رشته ها و بالاخره پوشش خارجي كابل در شكل 2-34، 3 نمايش داده شده است. اين كابل براي تعبيه در كانالها و يا قرار گرفتن در فضاي سر پوشيده و بطور كلي براي نقاطي كه وارد شدن ضربه مكانيكي بر كابل پيش بيني نمي شود، در نظر گرفته شده است.

براي انتقال انرژي در شبكه محلي و قرار دادن آن در زير زمين و يا در كانالها از كابل سه رشته آلومينيومي با پوشش اضافي مسي به عنوان پوشش حفاظتي الكتريكي و يا سيم خنثي استفاده مي شود. اين نمونه از اين كابل در شكل 3-34، 3 نمايش داده شده است.

 

 

در مواردي كه كابل در معرض ضربات مكانيكي است و  يا در حال نصب، امكان چنين حوادثي پيش بيني مي شود، از كابل ترموپلاستيكي با پوشش داخلي فولادي استفاده مي شود. اين كابل در شكل 4-34، 3 نمايش داده شده است. چنن كابلي در كليه نقاط اهم از فضاي سرپوشيده، كانالها و يا در فضاي آزاد مي تواند قرار گيرد.

در جدول 1-34، 3 ضخامت عايق كابل هاي PVC طبق يكي از استانداردها براي كابلهاي تا 10 كيلوولت داده شده است.

5-3، 3 تكنولوژي ساخت كابلهاي PVC و PE(20)(19)(18)(17)

همانطور كه قبلاً شرح داده شد با استفاده از سيال شدن ترموپلاستيك ها در درجه حرارت بالا از  آن در پوشش  هاديها بعنوان عايق به كمك دستگاههاي تزريقي  استفاده مي نمايند. با استفاده از اين دستگاه قادريم كه مواد ترموپلاستيكي مانند: پلي اتيلن، پي وي سي، پلي پروپلين و همچنين لاستيك را به شكل پوششي بر روي هادي بكشيم. مهم ترين مزيت استفاده از اين نوع دستگاهها، بالا بودن سرعت توليدي، يكنواختي توليد و امكان ساخت پوشش عايق يكنواخت و فاقد حفره هاي محتوي گاز مي باشد. بويژه مزيت اخير از مسائل اصولي ساخت كابلهاي فشار قوي است.

در توليد ماده كراس لينك پلي اتيلن(كه شرح آن جداگانه خواهد آمد) از روشي مشابه خط توليد عايق پي وي سي و پلي اتيلن استفاده مي شود با اين تفاوت كه ماده پس از خارج شدن از دستگاه تزريقي وارد لوله و لكانيزه شده و كراس لينك مي گردد.

شكل 1-35، 3 طريقه ساخت پوشش عايقي هادي را نشان مي دهد،(به شكل 1-34، 3 نيز مراجعه شود).

كار ماشين تزريقي نشان داده شده در شكل بر اين اساس است كه با افزايش درجه حرارت، توسط گرم كنهاي الكتريكي(اين گرم كنها در طول استوانه نصب شده اند) درجه حرارت ماده را بالاتر از درجه حرارت سياليت آن(Tf) مي بريم. بدين طريق نيروي بين مولكولي عايق كاهش يافته و بر اثر اعمال نيروي خارجي توسط گردش مارپيچ ماشين مولكولهاي ماده ترموپلاستيك نسبت به يكديگر جابجا مي شوند و ماده به حالت سيال در مي آيد. ضمن حركت ماده در داخل شيارهاي مارپيچ خمير عايق تحت فشار همگن شده و از اين راه كيفيت عايق بهتر مي شود. براي پديد آوردن اين فشار از مارپيچي استفاده مي كنيم كه ارتفاع شيارهاي آن به سمت خروجي كم مي شود، شكل2-35، 3.

اين خمير عايق به كمك گردش مارپيچ به سمت انتهايي دستگاه(كله گي) حمل شده و در آنجا در حول هادي پوششي عايقي مي سازد.

1-35، 3 كابلهاي پلي اتيلن(PE) براي فشار الكتريكي بيش از يك كيلووات

براي كابلهاي ده و بيست كيلوولتي از عايق پلي ايتلين و مواد اضافي ديگر عايقي تهيه مي كنند كه استقامت الكتريكي آن براي تهيه كابل فشار قوي افزايش مي يابد .

علي رغم اضافه كردن موادي به پلي اتيلن، بالا بردن استقامت حرارتي و الكتريكي پلي اتيلن، در اين كابل دردرجه نخست به علت انتخاب تكنولوژي ويژه اي است كه به كمك سه كله گي در ماشين تزريقي، پوشش عايقي دور هادي را يكنواخت تشكيل داهده و اجازه داده نمي شود كه حبابها ي گاز در داخل عايق پديد آيد، بعلاوه با انتخاب اين روش لايه هاي عايقي داخلي و پوشش هادي هر رشته تقريباً يكپارچه تهيه شده و ارتبا ط استواري بين آنها برقرار مي شود.

پوشش خارجي اين كابل از عايق PVC انتخاب مي گردد. نمونه اي از اين كابل براي فشار الكتريكي kv10/ 8/5 در شكل 1-351، 3 نشان داده شده است .

جدول 1-351، 3 مشخصات عايقي الكتريكي اين كابل را نشان مي دهد.

اين كابلها طبق توصيه استاندارد IEC تحت فشار الكتريكي متناوب 15 كيلوولتي با فركانس 50 هرتس به مدت 5 دقيقه آزمايش مي شود.

همچنين بايد بر روي اين كابلها آزمايش و اندازه گيري ظرفيت الكتريكي، مقاومت هادي و تخليه ناقص الكتريكي بعمل آيد.

چنين كابلهايي براي 6 تا 10 كيلوولت ساخته شده و در عمل نتايج خوبي از آنها گرفته شده است، ليكن تاكنون به علت پاره اي از مشخصات ضعيف داراي تأييد استانداردها نمي باشد.

كابلهاي فشار قوي(10 تا 20 كيلوولت) پلي اتيلني مي تواند جانشين كابل«كاغذ ـ روغن» شود.

     

 

+ نوشته شده در  پنجشنبه هجدهم آبان 1391ساعت 21:43  توسط اصغر منصوری خسروی  |