راهنمای جامع مفصل کابل های قدرت؛ طبقه بندی، ساختار، روش های نصب، عایق بندی و الزامات فنی
راهنمای جامع مفصل کابل های قدرت؛ طبقه بندی، ساختار، روش های نصب، عایق بندی و الزامات فنی
اگر بخواهیم موضوع را به صورت تخصصی و از دید طراحی، انتخاب و اجرای سیستم کابل قدرت بررسی کنیم، «مفصل کابل» فقط یک اتصال مکانیکی دو کابل نیست؛ در کابل های فشار متوسط و فشارقوی باید هادی، عایق، شیلد، لایه کنترل میدان الکتریکی، غلاف و در صورت نیاز زره به صورت مهندسی شده به یکدیگر متصل شوند.
۱. مفصل کابل چیست؟
Cable Joint / Cable Jointing Kit مجموعه ای است که برای اتصال دو کابل به گونه ای استفاده می شود که پس از اتصال، ویژگی های الکتریکی و مکانیکی کابل تا حد امکان حفظ شود.
در یک مفصل صحیح باید این موارد برقرار باشد:
- اتصال مطمئن هادی ها
- بازسازی عایق اصلی
- کنترل تنش الکتریکی در محل اتصال
- اتصال یا بازسازی شیلد و اسکرین
- تامین آب بندی و جلوگیری از نفوذ رطوبت
- تامین حفاظت مکانیکی
- حفظ مسیر جریان خطا و اتصال زمین
- تحمل جریان اتصال کوتاه
- تحمل ولتاژ و تنش های الکتریکی سیستم
بنابراین در کابل های MV و HV، مفصل یکی از حساس ترین نقاط کل شبکه کابل است.
۲. انواع مفصل کابل بر اساس کاربرد
الف) مفصل مستقیم — Straight-Through Joint
رایج ترین نوع مفصل است و برای اتصال دو کابل مشابه استفاده می شود.
مثلا:
کابل 20kV → مفصل مستقیم → کابل 20kV
کاربرد
- افزایش طول کابل
- تعمیر کابل آسیب دیده
- اتصال دو حلقه کابل
- توسعه شبکه
مزایا
- ساختار نسبتا ساده
- قابلیت استفاده در شبکه های توزیع و انتقال
- امکان استفاده در کابل های مختلف با کیت مناسب
ب) مفصل انتقالی — Transition Joint
برای اتصال دو کابل با ساختار متفاوت استفاده می شود.
مثلا:
کابل XLPE → مفصل انتقالی → کابل کاغذی روغنی PILC
یا کابل هایی با:
- سطح ولتاژ متفاوت
- سطح مقطع متفاوت
- نوع هادی متفاوت
- سیستم عایقی متفاوت
- ساختار شیلد یا غلاف متفاوت
مزیت اصلی
امکان اتصال کابل های قدیمی و جدید بدون تعویض کامل مسیر کابل.
ج) مفصل شاخه ای — Branch / T-Joint
برای گرفتن انشعاب از یک کابل اصلی استفاده می شود.
ساختار کلی:
کابل اصلی ─────┬──── کابل انشعاب
کاربرد
- شبکه های توزیع
- انشعاب تجهیزات
- برخی سیستم های صنعتی
در ولتاژهای بالا، طراحی این نوع مفصل بسیار حساس تر است و باید کنترل میدان الکتریکی به صورت ویژه انجام شود.
د) مفصل کاهنده یا تبدیلی سطح مقطع
برای اتصال کابل هایی با سطح مقطع متفاوت استفاده می شود.
مثلا:
240 mm² → 400 mm²
البته صرف تفاوت سطح مقطع به معنی امکان اتصال مستقیم نیست؛ جریان مجاز، قطر هادی، قطر عایق و هندسه کابل باید با کیت مفصل سازگار باشد.
۳. انواع مفصل بر اساس روش نصب و عایق بندی
این قسمت برای انتخاب کیت مفصل بسیار مهم است.
۳-۱. مفصل حرارتی — Heat Shrink Joint
در این روش از قطعات پلیمری حرارتی استفاده می شود که با حرارت جمع شده و روی کابل قرار می گیرند.
اجزای معمول
- هادی کانکتور
- لایه عایق حرارتی
- لایه کنترل میدان
- قطعه اتصال شیلد
- لایه آب بندی
- روکش خارجی
مزایا
- تکنولوژی شناخته شده
- قیمت مناسب تر در بسیاری از پروژه ها
- تنوع زیاد
- مناسب برای بسیاری از کابل های LV و MV
محدودیت
اجرای صحیح به حرارت دهی مناسب و یکنواخت نیاز دارد.
شعله مستقیم نامناسب یا حرارت بیش از حد می تواند به کابل آسیب بزند.
۴. مفصل سرد — Cold Shrink Joint
در مفصل Cold Shrink قطعات از قبل منبسط شده اند و با خارج کردن هسته نگهدارنده، روی کابل جمع می شوند.
یعنی:
بدون شعله و بدون حرارت مستقیم
مزایا
- نصب سریع
- عدم نیاز به مشعل
- مناسب برای محیط هایی که استفاده از شعله مشکل ساز است
- فشار یکنواخت روی کابل
- عملکرد مناسب در برابر تغییرات دمایی
نکته مهم
Cold Shrink به آماده سازی دقیق کابل بسیار حساس است.
کوچک ترین خراش یا برش روی عایق XLPE می تواند در بلندمدت موجب تخلیه جزئی و شکست عایقی شود.
۵. مفصل پیش ساخته — Premoulded Joint
در این نوع مفصل، بخش اصلی عایق و کنترل میدان در کارخانه تولید و تست شده است.
نصب کننده قطعه را روی کابل آماده شده قرار می دهد.
مزایا
- کیفیت تولید کارخانه ای
- کنترل دقیق ابعاد
- کنترل بهتر میدان الکتریکی
- مناسب برای MV و HV
- کاهش وابستگی به عملیات دستی
این نوع مفصل در پروژه های حساس بسیار مورد توجه است.
۶. مفصل رزینی — Resin Joint
در این روش پس از اتصال کابل، محفظه مفصل با رزین مخصوص پر می شود.
رزین پس از عمل آوری، یک محیط عایق و محافظ ایجاد می کند.
کاربرد
خصوصا در:
- کابل های فشار ضعیف
- برخی کابل های فشار متوسط
- محیط های مرطوب
- محل هایی که حفاظت مکانیکی و آب بندی اهمیت زیادی دارد
مزایا
- آب بندی خوب
- حفاظت مکانیکی
- مقاومت مناسب در برابر رطوبت
- مناسب برای برخی نصب های دفنی
محدودیت
فرآیند اختلاط، ریختن و عمل آوری رزین باید دقیق انجام شود.
۷. مفصل نواری — Taped Joint
در این روش بخش های مختلف مفصل با نوارهای مخصوص ساخته می شوند.
ممکن است از ترکیب:
- نوار نیمه رسانا
- نوار عایق
- نوار کنترل میدان
- نوار الاستومری
- نوار آب بندی
استفاده شود.
مزیت
انعطاف پذیری بالا در اجرا.
عیب
کیفیت نهایی تا حد زیادی به مهارت و دقت تکنسین وابسته است.
در سیستم های MV/HV حساس، معمولا راهکارهای پیش ساخته ترجیح داده می شوند.
۸. مفصل مکانیکی
در این نوع مفصل، اتصال هادی با کانکتور مکانیکی انجام می شود.
مثلا کانکتورهای پیچی یا shear-bolt.
مزایا
- عدم نیاز به پرس هیدرولیکی در برخی مدل ها
- سرعت نصب
- امکان نصب با ابزار ساده تر
- مناسب برای برخی سایزهای مختلف هادی
اما باید گشتاور، تعداد پیچ ها و دستورالعمل سازنده دقیقا رعایت شود.
۹. طبقه بندی مفصل از نظر سطح ولتاژ
در MV و HV، صرفا «عایق کردن اتصال» کافی نیست؛ کنترل میدان الکتریکی بخش اساسی طراحی مفصل است.
۱۰. چرا کنترل میدان الکتریکی در مفصل مهم است؟
در محل بریدن لایه نیمه رسانای کابل، میدان الکتریکی می تواند به شدت افزایش پیدا کند.
اگر این میدان کنترل نشود، ممکن است ایجاد شود:
تمرکز میدان → تخلیه جزئی (PD) → تخریب تدریجی عایق → شکست کابل
به همین دلیل در مفصل های MV/HV از سیستم هایی مانند:
- Stress Cone
- Stress Control Tube
- Stress Grading Layer
- Deflector / Geometric Stress Control
استفاده می شود.
این بخش یکی از مهم ترین تفاوت های یک مفصل حرفه ای فشار متوسط/قوی با یک اتصال ساده کابل است.
۱۱. اجزای اصلی یک مفصل کابل MV
به صورت ساده می توان ساختار یک مفصل را این گونه دید:
هادی کابل ۱
⬇
کانکتور هادی
⬇
بازسازی عایق
⬇
کنترل میدان الکتریکی
⬇
اتصال شیلد/اسکرین
⬇
آب بندی
⬇
حفاظت مکانیکی
⬇
کابل ۲
در کابل های زره دار، اتصال و تداوم زره نیز باید مطابق طراحی سیستم انجام شود.
۱۲. مفصل باید چه آزمون هایی را پشت سر بگذارد؟
بسته به سطح ولتاژ و استاندارد، آزمون های مهم می توانند شامل موارد زیر باشند:
- آزمون ولتاژ
- آزمون عایقی
- آزمون تخلیه جزئی (PD)
- آزمون حرارتی
- آزمون جریان اتصال کوتاه
- آزمون آب بندی
- آزمون های مکانیکی
- آزمون غلاف
- آزمون های مربوط به شیلد و سیستم زمین
برای سیستم های MV/HV، آزمون PD و کنترل کیفیت اجرای مفصل اهمیت بسیار زیادی دارد.
۱۳. جمع بندی انتخاب نوع مفصل
اگر بخواهم به عنوان متخصص سیستم کابل یک انتخاب اولیه بدهم:
یک نکته بسیار مهم برای کار شما در نیرو ایستا
اگر قصد دارید این موضوع را برای محصولات و فعالیت شرکت مهندسی نیرو ایستا به شکل حرفه ای دنبال کنید، پیشنهاد می کنم مرحله بعد را روی «مفصل کابل فشار متوسط 20kV و 33kV برای کابل XLPE» ببریم و یک ساختار کامل تهیه کنیم که شامل:
انتخاب مفصل → اجزای کیت → کانکتور → Stress Control → شیلد → ارت و Bonding → نصب مرحله به مرحله → خطاهای رایج → تست بعد از نصب → استانداردهای IEC
باشد.
وب سایت رسمی شرکت مهندسی نیرو ایستا