راهنمای کابل عایق شده با هسته آلیاژ آلومینیوم

چرا هسته آلیاژ آلومینیوم در خطوط هوایی از آلومینیوم ساده بهتر عمل می کند؟

انتخاب ماده هادی یکی از مهم ترین تصمیمات در مهندسی کابل عایق بالای سر است. آلومینیوم ساده (گرید EC یا سری 1350) به دلیل هزینه کم و رسانایی کافی برای چندین دهه به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است، اما دارای یک ضعف شناخته شده است: استحکام کششی محدود. تحت بارگذاری مکانیکی پایدار - پوشا، باد و یخ - هادی‌های آلومینیومی ساده برای همیشه تغییر شکل می‌دهند و باعث افتادگی پیشرونده می‌شوند که در نهایت محدودیت‌های فاصله از زمین را نقض می‌کند و باعث تعمیرات اضطراری پرهزینه می‌شود.

هسته آلیاژ آلومینیوم هادی ها که از ترکیبات آلیاژی سری 6000 یا سری 8000 ساخته می شوند، این کمبود را بدون از بین بردن مزیت وزنی که باعث می شود آلومینیوم در کاربردهای سربار به مس ترجیح داده شود، برطرف می کنند. افزودن منیزیم، سیلیکون، آهن و سایر عناصر کمیاب کنترل شده، استحکام کششی را 30 تا 50 درصد نسبت به آلومینیوم خالص افزایش می‌دهد در حالی که تقریباً 88 تا 92 درصد رسانایی الکتریکی آن را حفظ می‌کند. این بدان معنی است که یک هادی هسته آلیاژ آلومینیوم را می توان در دهانه قطب های وسیع تری قرار داد، بارهای جریانی معادل را حمل کرد و فاصله های افت طراحی شده را در طول عمر مفیدی که در دهه ها اندازه گیری می شود، حفظ کرد.

مقاومت در برابر خزش یکی دیگر از تمایزهای مهم است. خزش به طول آهسته و غیرقابل برگشت یک رسانای فلزی تحت تنش کششی ثابت اشاره دارد. حتی در دمای محیط بسیار کمتر از نقطه تسلیم مواد رخ می دهد و به طور مداوم در طول عمر کابل جمع می شود. مهندسی آلیاژ این میزان خزش را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد: برای مثال، آلیاژ آلومینیوم سری 8000 رفتار خزشی را به مس نزدیک‌تر از آلومینیوم خالص نشان می‌دهد، و آن را به‌ویژه برای نصب سیم‌های برق سربار دائمی مناسب می‌سازد که در آن‌ها چرخش مجدد در اواسط عمر غیرعملی یا بسیار گران است.

سیستم های عایق مورد استفاده در کابل های عایق سقفی

عایق اعمال شده روی یک هادی هسته آلیاژ آلومینیوم، درجه ولتاژ کابل، دوام محیطی و محدوده دمای کارکرد ایمن را تعیین می کند. کابل عایق سقفی مدرن از دو فناوری عایق اولیه استفاده می کند که هر کدام برای کلاس های ولتاژ خاص و شرایط استقرار مناسب هستند.

پلی اتیلن متقاطع (XLPE)

XLPE عایق استاندارد برای کابل های عایق ولتاژ متوسط (معمولاً 10 کیلو ولت تا 35 کیلو ولت) است و به طور فزاینده ای در ولتاژ پایین نیز استفاده می شود. فرآیند اتصال متقابل زنجیره های پلی اتیلن خطی را به یک شبکه ترموست سه بعدی تبدیل می کند و عایق تولید می کند که در برابر دمای عملیاتی مداوم 90 درجه سانتیگراد، پیک اتصال کوتاه 250 درجه سانتیگراد و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض رطوبت بدون تورم یا خرابی مقاومت می کند. XLPE همچنین قدرت دی الکتریک عالی را نشان می دهد - معمولاً بیش از 20 کیلو ولت بر میلی متر - و آن را در تمام محدوده ولتاژ متوسط ​​قابل اعتماد می کند.

پلی اتیلن (PE) و ترکیبات تثبیت شده در برابر اشعه ماوراء بنفش

در ولتاژ پایین (0.6/1 کیلوولت)، پلی اتیلن با چگالی بالا یا ترکیبات پلی اتیلن سیاه تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش به طور گسترده برای تعادل هزینه، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر هوا استفاده می شود. به طور خاص برای سیم برق بالای سر، تثبیت UV اختیاری نیست - این یک نیاز ساختاری است. عایق ناپایدار که در معرض نور مستقیم خورشید قرار می گیرد، در عرض دو تا سه سال شروع به گچ زدن و ریزترک زدن سطح می کند، یک حالت شکست که به سمت داخل پیش می رود تا زمانی که مقاومت عایق به سطوح ناایمن کاهش یابد. بارگیری کربن سیاه در 2 تا 3 درصد وزنی غربالگری موثر UV را با هزینه کم ارائه می دهد و استاندارد صنعتی برای همه انواع کابل های عایق شده در فضای باز است.

رتبه بندی ولتاژ و سناریوهای استقرار معمولی

کابل های عایق بالای سر با هادی های هسته آلیاژ آلومینیوم در طیف وسیعی از ولتاژ تولید می شوند. جدول زیر دسته‌های اصلی، رتبه‌بندی ولتاژ، انواع عایق‌ها و رایج‌ترین زمینه‌های استقرار را خلاصه می‌کند:

در سطح ولتاژ پایین، پیکربندی‌های کابل هوایی (ABC) رساناهای فاز و خنثی - همه با هسته آلیاژ آلومینیوم - را در یک مجموعه خود نگهدار که در اطراف یک سیم پیام‌رسان لخت پیچیده شده است، گروه‌بندی می‌کنند. این فرمت راه حل غالب برای توزیع روستایی آخرین مایل در بازارهای در حال توسعه و شبکه‌های پرکننده شهری است که در آن خطوط رسانا معمولی مستلزم پاکسازی حق تقدم گران قیمت و مخرب است. کابل عایق بندی شده بالای سر به شدت زمان نصب را کاهش می دهد، خطاهای تماس فاز به فاز را حذف می کند و اجازه می دهد خطوط بدون خطر عملیاتی از میان یا مجاور پوشش گیاهی عبور کنند.

در ولتاژ متوسط، کابل عایق بالای سر امکان استقرار در محیط‌هایی را فراهم می‌کند که خطوط رسانای خالی با قطعی مکرر مواجه می‌شوند: مناطق جنگلی با تماس غیرقابل اجتناب با پوشش گیاهی، مناطق ساحلی با خوردگی اسپری نمک، و مناطق کوهستانی در معرض تجمع برف مرطوب. ساختار عایق شده مکانیسمی را که توسط این عوامل محیطی باعث ایجاد خطا در خطوط خالی می شود حذف می کند و هسته آلیاژ آلومینیوم استحکام مکانیکی را برای مقاومت در برابر بارهای اضافی که این محیط ها تحمیل می کنند فراهم می کند.

مزایای عملیاتی قابل اندازه گیری نسبت به رساناهای سربار لخت

تغییر از هادی های سقفی خالی به سیم های الکتریکی عایق بندی شده با هسته آلیاژ آلومینیوم، پیشرفت های مستندی را در چندین معیار عملیاتی ارائه می دهد. شرکت‌هایی که برنامه‌های تبدیل سیستماتیک را انجام داده‌اند، نتایج ثابتی را گزارش می‌کنند:

• کاهش نرخ خطا 60-80٪: اکثر قطعی های سطح توزیع از تماس هادی با درختان، پرندگان، حیوانات، یا اشیاء وزش باد ناشی می شود. عایق کاری این مسیر خطا را به طور کامل حذف می‌کند و SAIFI (شاخص میانگین فرکانس وقفه سیستم) و SAIDI (شاخص میانگین مدت زمان وقفه سیستم) را به کسری از ارقام بدون خط کاهش می‌دهد.
• تلفات فنی کمتر: تخلیه کرونا در هادی‌های خالی - به‌ویژه در محیط‌های مرطوب، آلوده یا در ارتفاعات بالا - باعث تلفات انرژی قابل اندازه‌گیری می‌شود. کابل عایق شده با محصور کردن میدان الکتریکی درون لایه عایق، کرونا را سرکوب می‌کند و تلفات بدون بار روی فیدرهای ولتاژ متوسط ​​را با حاشیه قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• کاهش هزینه های مدیریت پوشش گیاهی: خطوط هادی لخت نیاز به پیرایش تهاجمی و مکرر درختان برای حفظ فاصله های اجباری دارند. کابل عایق بالای سر، تماس تصادفی انشعابات را بدون گسل تحمل می کند و چرخه مدیریت پوشش گیاهی را از سالانه تا چندین سال یکبار در بسیاری از مدارها کاهش می دهد.
• بهبود امنیت عمومی: سیم برق بالای سر عایق شده خطر برق گرفتگی ناشی از تماس تصادفی را حذف می کند - یک عامل مهم در مناطق پرجمعیت، مناطق کشاورزی، و بازارهایی با فعالیت ساخت و ساز غیررسمی در نزدیکی خطوط برق.
• عمر طولانی تر: کابل های عایق شده با هسته آلیاژ آلومینیوم با کیفیت برای 40 سال عمر مفید در شرایط عملیاتی معمولی طراحی شده اند، در مقایسه با 20 تا 25 سال برای هادی های لخت محافظت نشده در معرض خوردگی اتمسفر و سایش مکانیکی.

الزامات نصب ویژه کابل سربار هسته آلیاژ آلومینیوم

هسته آلیاژ آلومینیوم کابل عایق بالای سر روش های نصب را با سایر انواع هادی های سقفی مشترک است، اما چندین الزام خاص دارد که برای حفظ یکپارچگی هادی و دستیابی به عمر مفید نامی باید رعایت شود.

محدودیت های کشش رشته

هر آلیاژ هادی آلیاژ آلومینیوم و سطح مقطع دارای استحکام کششی نامی (RTS) و حداکثر کشش رشته ای است که معمولاً به صورت درصدی از RTS بیان می شود. فراتر رفتن از حد کشش رشته‌ای - حتی به‌طور لحظه‌ای، در حین کشیدن نقطه انحراف - می‌تواند به‌طور دائم رشته‌های بیرونی را کشیده و ویژگی‌های مکانیکی هادی را تغییر دهد و باعث ایجاد ترک‌های خستگی در متمرکزکننده‌های تنش شود. خدمه رشته سیم کشی باید از دینامومترهای کالیبره شده استفاده کنند و از جداول کاهش تنش سازنده پیروی کنند، که مخصوص درجه آلیاژ است، نه مقادیر آلومینیوم عمومی.

سازگاری رابط

تمام اتصالات دهانه میانی، مجموعه های بن بست و اتصال دهنده های ضربه ای باید به طور خاص برای ترکیب آلیاژ آلومینیوم و سطح مقطع هادی در حال استفاده انتخاب شوند. کانکتورهای استاندارد درجه بندی شده برای آلومینیوم خالص (سری 1350) سازگار نیستند - آنها از اندازه های قالب مختلف، نیروهای فشاری مختلف و سطوح مختلف تماس استفاده می کنند. کانکتورهای نادرست اتصالات با مقاومت بالا ایجاد می کنند که گرمای موضعی ایجاد می کنند، تخریب عایق را در مجاورت اتصالات تسریع می کنند و در نهایت می توانند باعث شکست حرارتی اتصال شوند. برای کانکتورهای سوراخ‌کننده عایق (IPC) که در سیستم‌های ABC استفاده می‌شوند، گواهی سازگاری باید به نام آلیاژ خاص اشاره کند، نه فقط به اندازه اسمی هادی.

طراحی گیره پشتیبانی

گیره های تکیه گاه و تعلیق برای کابل عایق بالای سر باید به گونه ای طراحی شوند که بار را در سراسر روکش عایق بدون تمرکز تنش در لبه های گیره توزیع کنند. مجموعه های بالشتکی یا میله زرهی در نقاط تعلیق استاندارد هستند. در قطب‌های بن‌بست و سازه‌های زاویه‌دار، باید از اتصالات بن‌بست نوع فشاری به جای انواع دستگیره‌های از پیش ساخته شده استفاده شود، که می‌توانند تحت بارگذاری پایدار با تنش بالا بلغزند - به‌ویژه در دهانه‌های طولانی‌تر که توسط نسبت استحکام به وزن برتر هسته آلیاژ آلومینیوم فعال می‌شود.

استانداردها و تأیید کیفیت برای تدارکات

تعیین و تهیه کابل عایق بالای سر با هسته آلیاژ آلومینیوم برای زیرساخت شبکه مستلزم تأیید انطباق با استانداردهای محصول قابل اجرا است. استانداردهای بین المللی و منطقه ای که بیشترین ارجاع را دارند عبارتند از:

• IEC 60502-1 / IEC 60502-2: کابل های برق را با عایق اکسترود شده، از جمله الزامات ساخت و ساز، جداول ضخامت عایق، و روش های آزمایش الکتریکی برای درجه بندی ولتاژ از 1 کیلو ولت تا 30 کیلو ولت پوشش می دهد.
• IEC 60889: خواص مکانیکی و الکتریکی سیم آلومینیومی سخت کشیده را مشخص می کند، از جمله گریدهای آلیاژی مورد استفاده در ساخت هادی های سقفی.
• ASTM B399 / ASTM B400: استانداردهای آمریکای شمالی برای هادی‌های آلیاژ آلومینیوم سری 6201 و 8000 با رشته هم‌مرکز، استحکام کششی، ازدیاد طول و رسانایی الزامات را با تعیین آلیاژ تعریف می‌کنند.
• GB/T 14049: استاندارد ملی چین برای کابل های عایق ولتاژ نامی با عایق اکسترود شده، مرجع خرید در بازارهای آسیایی.

فراتر از انطباق استاندارد، مشخصات تدارکاتی برای زیرساخت‌های حیاتی باید به گزارش‌های کامل آزمایش نوع شخص ثالث نیاز داشته باشد - نه گواهی‌های خود سازنده - که پوشش مقاومت هادی، ضخامت عایق، مقاومت در برابر ولتاژ، تخلیه جزئی (برای ولتاژ متوسط)، پیری UV و خمش مکانیکی را پوشش می‌دهد. سازندگان با قابلیت ثابت در طیف وسیعی از کابل‌های برق تا 110 کیلو ولت، از کابل‌های متقاطع ولتاژ بالا و پایین گرفته تا کابل‌های کنترل، کابل‌های استخراج، و کابل‌های آلیاژ آلومینیوم تخصصی، موقعیت بهتری برای حفظ ثبات تولید و زیرساخت‌های آزمایشی دارند که کابل‌های عایق بالای سر قابل اعتماد را تامین می‌کنند..