نقش زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی

نقش زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی  چرا در ولتاژهای بالا، حفاظت مکانیکی با محاسبات الکتریکی گره خورده است؟

در مهندسی شبکه‌های انتقال و توزیع نیروی برق، کابل‌های فشار متوسط (Medium Voltage – رنج ولتاژی ۱ تا ۳۶ کیلوولت) و کابل‌های فشار قوی (High Voltage – رنج ولتاژی ۳۶ تا ۲۳۰ کیلوولت و بالاتر)، شریان‌های حیاتی زیرساخت‌های پتروشیمی، پالایشگاهی، صنایع معدنی، پست‌های فوق‌توزیع و نیروگاه‌ها به شمار می‌روند. اگر در کابل‌های فشار ضعیف، زره (Armour) صرفاً به عنوان یک سد فیزیکی در برابر لهیدگی، ضربه یا نفوذ دندان جوندگان ارزیابی شود، در رده‌های فشار متوسط و قوی ماهیت زره کاملاً دگرگون می‌شود.

در این سطوح ولتاژ، زره نقشی دوگانه و فوق‌العاده حساس را ایفا می‌کند: از یک سو وظیفه مهار تنش‌های مکانیکی بسیار سهمگین در حین نصب و بهره‌برداری را بر عهده دارد و از سوی دیگر، به عنوان بخشی فعال از سیستم الکتریکی شبکه، جریان‌های خطای فاز به زمین (Earth Fault Currents) و پدیده‌های القای الکترومغناطیسی متقابل را مدیریت می‌کند. هرگونه اشتباه در انتخاب جنس، ابعاد یا آرایش اتصال زمین لایه زره در کابل‌های MV و HV می‌تواند به فجایع صنعتی از قبیل شکست حرارتی عایق اصلی (XLPE/EPR)، ایجاد ولتاژهای خطرناک تماسی بر روی پوسته بیرونی، تخریب رله‌های حفاظتی و در بدترین حالت، انفجار و آتش‌سوزی در پیت‌ها و کانال‌های کابل‌کشی منجر شود. متخصصان فنی در مجموعه پارس تکین، در بررسی مشخصات فنی پروژه‌های کلان همواره تأکید دارند که زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی یک المان حفاظت مکانیکی صرف نیست، بلکه یک مسیر بازگشت زمین با امپدانس محاسبه‌شده است.

 مقایسه انواع زره در سطوح ولتاژی فشار متوسط و قوی

برای درک تفاوت‌های ساختاری، جدول مشخصات مکانیکی، الکترومغناطیسی و کاربردی انواع سیستم‌های زره‌دار در شبکه‌های MV و HV به شرح زیر تدوین شده است:

 تشریح کارکردهای اساسی زره در شبکه‌های انتقال فشار متوسط و قوی

لایه زره در کابل‌های ولتاژ بالا در میان لایه بالشتک میانی (Bedding / Inner Sheath) و روکش نهایی بیرونی (Outer Sheath) قرار می‌گیرد. در زیر به تفکیک مهندسی، سه وظیفه حیاتی زره تشریح شده است:

الف) مقاومت در برابر تنش‌های مکانیکی تحمیلی، فرونشست زمین و نیروهای کششی

در خطوط انتقال زیرزمینی ۲۰ کیلوولت یا ۶۳ کیلوولت، وزن کابل به چندین کیلوگرم در هر متر می‌رسد. در پروژه‌های صنعتی، این کابل‌ها در ترانشه‌هایی با طول صدها متر کشیده می‌شوند.

• در زمان عملیات کابل‌کشی با دستگاه‌های وینچ صنعتی، بیش از ۷۰ تا ۸۰ درصد نیروی کشش مجاز (Permissible Pulling Tension) به جای هادی مسی، مستقیماً توسط ساختار مفتول‌های زره کابل تحمل می‌شود.
• پس از اتمام نصب و بازپوشانی ترانشه با خاک، خطرات ناشی از سنگینی ترافیک سطحی، ارتعاشات مداوم ماشین‌آلات در سایت‌های تولیدی، لغزش لایه‌های رسوبی خاک و نشست ناشی از زلزله یا آب‌های زیرزمینی کابل را تهدید می‌کنند.
• زره سیمی (Wire Armour) همانند یک اسکلت فلزی سخت رفتار می‌کند و از دفرمه شدن هندسی عایق اصلی جلوگیری می‌نماید؛ زیرا هرگونه فشردگی بیضی‌وار در عایق پلی‌اتیلن کراس‌لینک (XLPE)، تقارن میدان الکتریکی یکنواخت (Radial Stress Distribution) را برهم زده و زمینه تخلیه جزئی (Partial Discharge) و شکست زودرس را رقم می‌زند.

ب) تفاوت ماهوی شیلد مسی (Metallic Screen) و زره مکانیکی (Armour)

یکی از خطاهای متداول در تحلیل ساختار کابل‌های فشار متوسط، یکی دانستن نقش شیلد مسی و زره است:

• شیلد فلزی (Screen): از نوارهای نازک یا سیم‌های هم‌مرکز مسی تشکیل شده و هدف اصلی آن خنثی‌سازی استرس دی‌الکتریک، نگه داشتن گرادیان پتانسیل الکتریکی روی سطح بیرونی عایق در سطح صفر ولت و عبور دادن جریان شارژ خازنی (Capacitive Charging Current) کابل است.
• زره کابل (Armour): لایه‌ای بسیار ضخیم‌تر از سیم یا نوار فولادی یا آلومینیومی است که هدف اولیه آن جذب شوک‌های مکانیکی خارجی و مقاومت در برابر قطع فیزیکی خط در برخورد ضربات بیل‌های مکانیکی و مته‌های حفاری است.
• با این وجود، در صورت بروز خطای بسیار سنگین اتصال کوتاه تک‌فاز به زمین، سطح مقطع شیلد مسی ممکن است به تنهایی ظرفیت حرارتی کافی برای تخلیه جریان چند ده کیلوآمپری در بازه زمانی عملکرد رله‌ها (۰.۲ تا ۱ ثانیه) را نداشته باشد. در این نقطه بحرانی، زره به عنوان مسیر موازی جریان اتصال کوتاه عمل کرده و از ذوب شدن لایه‌های پلیمری داخلی جلوگیری می‌کند.

ج) حفاظت بیولوژیکی در برابر جوندگان و حشرات چوب‌خوار

در فلات ایران و به ویژه حوزه‌های عملیاتی گرمسیری جنوب کشور و دشت‌های خشک، جونده‌هایی مانند رت‌های زیرزمینی، موش‌های صحرایی و موریانه‌ها به شدت جذب ترکیبات نرم‌کننده موجود در روکش‌های PVC و پلی‌اتیلن می‌شوند. لایه‌های نوار یا سیم فولادی و آلومینیومی زره، نفوذناپذیری بیولوژیکی کابل را تضمین کرده و مانع از رسیدن دندان جانوران به عایق اصلی و ایجاد اتصال کوتاه ناگهانی می‌شوند.

متالورژی زره و پدیده ترموالکتریک: چالش آهن‌ربا در کابل‌های تک‌رشته (Single-Core)

در مهندسی ولتاژ بالا، جریان‌های نامی از مرتبه ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ آمپر در هر هادی عبور می‌کنند. به علت قطر بالای کابل در ولتاژهای ۶۳، ۱۳۲ و ۲۳۰ کیلوولت، ساخت کابل به شکل سه‌رشته تقریباً غیرممکن و غیرعملیاتی است؛ از این رو کابل‌های فشار قوی همیشه به صورت سه کابل تک‌رشته جداگانه (Single-Core) تولید و خوابانده می‌شوند.

تحلیل فیزیکی مدار بسته مغناطیسی

قانون آمپر بیان می‌کند که عبور جریان متناوب از یک هادی، یک میدان مغناطیسی نوسانی دایره‌ای در محیط اطراف آن ایجاد می‌کند.

• اگر یک کابل تک‌رشته با زره فولادی گالوانیزه (SWA یا STA) پوشانده شود، این لایه فولادی یک مدار مغناطیسی با ضریب نفوذپذیری بسیار بالا (μr≫1\mu_r \gg 1μr​≫1) پیرامون هادی تشکیل می‌دهد.
• میدان مغناطیسی پیوسته، شارژ و دشارژهای دوقطبی‌های مغناطیسی فولاد را تحریک کرده و موجب ایجاد تلفات شدید هیسترزیس (Hysteresis Losses) در زره می‌شود.
• هم‌زمان، تغییرات شار مغناطیسی سبب القای ولتاژ طولی و گردش جریان‌های گردابی (Eddy Currents) با شدت بسیار بالا درون حجم فلز زره می‌گردد.
• این تلفات مغناطیسی مستقیماً تبدیل به گرمای فوق‌العاده بالایی می‌شوند که دمای کابل را حتی در زیر بار متوسط، به بالای دمای مجاز بهره‌برداری پیوسته (۹۰ درجه سانتی‌گراد برای XLPE) می‌رساند. گرمای بیش از حد زره به عایق منتقل شده، طول عمر حرارتی عایق (Thermal Aging) را به صورت نمایی کاهش داده و منجر به پدیده فرار حرارتی (Thermal Runaway) و فروپاشی عایق می‌گردد.

چرا کابل‌های سه‌رشته می‌توانند زره فولادی داشته باشند؟

در کابل‌های سه‌رشته فشار متوسط (مانند کابل‌های 12/20kV یا 18/30kV سه فاز مشترک درون یک غلاف)، هر سه فاز $R$ و $S$ و $T$ در زیر یک زره مشترک قرار دارند. از آنجا که جریان‌های سه فاز دارای اختلاف فاز ۱۲۰ درجه‌ای هستند، مجموع برداری بردارهای جریان عبوری در هر لحظه در صورت تعادل بار برابر با صفر خواهد بود:

I⃗R+I⃗S+I⃗T=0\vec{I}_R + \vec{I}_S + \vec{I}_T = 0IR​+IS​+IT​=0

در نتیجه، برآیند شار مغناطیسی احاطه‌کننده زره فولادی در خارج از مرکز کابل صفر است و هیچ میدان مغناطیسی موثری برای ایجاد تلفات هیسترزیس و جریان‌های گردابی در فولاد زره وجود ندارد. به همین دلیل مهندسی، زره فولادی گالوانیزه (SWA و STA) به عنوان اقتصادی‌ترین و مقاوم‌ترین زره، صرفاً مختص کابل‌های سه‌رشته است.

الزام سازش‌ناپذیر AWA و ATA در کابل‌های تک‌رشته

برای کابل‌های تک‌رشته، به منظور از بین بردن خطر گرمایش القایی، باید از فلزاتی با نفوذپذیری مغناطیسی معادل خلأ استفاده شود. آلومینیوم بهترین انتخاب صنعتی است:

• فاقد خاصیت فرومغناطیس بوده و ایجاد حلقه هیسترزیس نمی‌کند.
• چگالی پایینی دارد و اضافه وزن ناشی از زره را تا دو سوم نسبت به فولاد کاهش می‌دهد.
• هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به فولاد دارد که عملکرد آن را در بازگشت جریان‌های خطای ارت به طور چشمگیری ارتقا می‌دهد.

 انطباق ساختاری زره با استانداردهای مرجع جهانی

تولید، آزمون و صحه‌گذاری زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی بر اساس الزامات استانداردهای بین‌المللی انجام می‌پذیرد که کارشناسان پارس تکین در بررسی بازرسی‌های شخص ثالث (Third-Party Inspection) بر آن‌ها نظارت می‌کنند:

1. IEC 60502-2: استاندارد مرجع برای ساخت و آزمون کابل‌های قدرت دارای عایق اکسترود شده از ولتاژ ۶ کیلوولت تا ۳۰ کیلوولت؛ این استاندارد تلورانس قطر سیم‌های زره، درصد پوشش نوارهای محافظ، مقاومت در برابر آزمون گالوانیزاسیون (تست غوطه‌وری در سولفات مس جهت سنجش ضخامت پوشش روی) را تعریف می‌کند.
2. IEC 60840: الزامات اختصاصی و رویه‌های تست کابل‌های فشار قوی با ولتاژ نامی بالاتر از ۳۰ کیلوولت تا ۱۵۰ کیلوولت، شامل تست‌های مکانیکی زره و هماهنگی سیستم عایقی در برابر تنش‌های کششی.
3. IEC 62067: استاندارد حاکم بر کابل‌های فوق‌فشار قوی (EHV) از ولتاژ ۱۵۰ کیلوولت تا ۵۰۰ کیلوولت.
4. BS 6622 و BS 7835: استانداردهای بریتانیایی جهت الزامات ساختاری کابل‌های زره‌دار فشار متوسط با روکش‌های PVC معمولی یا روکش‌های کم‌دود و فاقد هالوژن (LSOH) مقاوم در برابر انتشار حریق.

 رفتار زره در شرایط اتصال کوتاه و محاسبات ظرفیت حرارتی (Short-Circuit Thermal Capacity)

یکی از بحرانی‌ترین وظایف زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی، تحمل جریان‌های اتصال کوتاه فاز به زمین یا دو فاز به زمین تا زمان عملکرد رله‌های حفاظتی و قطع کلیدهای قدرت (دیژنکتورها) است.

هنگام وقوع خطای زمین، جریانی در مقیاس چندین هزار آمپر (کیلوآمپر) از نقطه خطا وارد زره و شیلد فلزی شده و به سمت منبع تغذیه (پست یا ترانسفورماتور) جاری می‌شود. این جریان شدید در کسر کوچکی از ثانیه (معمولاً بین ۰.۱ تا ۱.۰ ثانیه) حرارت ژولی شدیدی تولید می‌کند. اگر سطح مقطع و جنس زره به درستی محاسبه نشده باشد، دمای لایه زره از حد مجاز فراتر رفته و موجب ذوب شدن لایه زیرین (Bedding) و سوختن عایق اصلی کابل می‌شود.

طبق استاندارد بین‌المللی IEC 60949، ظرفیت حرارتی نامی زره در برابر اتصال کوتاه با استفاده از فرمول آدیاباتیک محاسبه می‌شود:

IAD=K⋅StI_{AD} = K \cdot \frac{S}{\sqrt{t}}IAD​=K⋅t​S​

در این رابطه:

• IADI_{AD}IAD​ جریان مجاز اتصال کوتاه بر حسب آمپر است.
• $S$ سطح مقطع موثر لایه زره بر حسب میلی‌متر مربع است.
• $t$ مدت زمان تداوم خطا بر حسب ثانیه است.
• $K$ ضریب ثابت متالورژیکی ماده است که به مقاومت ویژه، ظرفیت حرارتی ویژه و دمای مجاز اولیه و نهایی زره بستگی دارد.

مقدار ضریب $K$ برای سیم‌های فولادی گالوانیزه بسیار کمتر از سیم‌ها و نوارهای آلومینیومی و مسی است. این بدان معناست که در کابل‌های فشار متوسط سه‌رشته با زره فولادی (SWA)، بخش قابل توجهی از ظرفیت حرارتی باید توسط شیلد مسی تامین شود؛ در حالی که در کابل‌های تک‌رشته با زره آلومینیومی (AWA یا ATA)، خود لایه آلومینیومی به دلیل ضریب هدایت الکتریکی بالا، سهم بسیار بزرگی در تخلیه امن جریان اتصال کوتاه بر عهده می‌گیرد.

 روش‌های اتصال به زمین (Earthing) و مدیریت ولتاژ القایی در زره کابل‌های تک‌رشته

در کابل‌های تک‌رشته فشار متوسط و فشار قوی، به دلیل جریان متناوب عبوری از هادی مرکزی، ولتاژی بر روی زره آلومینیومی و شیلد کابل القا می‌شود. این ولتاژ القایی (Induced Voltage) به صورت طولی در طول مسیر کابل‌کشی افزایش می‌یابد. اگر این پدیده به درستی کنترل نشود، منجر به خطرات برق‌گرفتگی برای پرسنل در انتهای خطوط و یا گردش جریان‌های گردشی پیوسته در زره و افت راندمان شبکه خواهد شد.

برای مهار این پدیده، سه روش مهندسی استاندارد طبق توصیه IEEE 575 و CIGRE در پروژه‌ها به کار می‌رود:

۱. سیستم زمین دوطرفه (Solidly Bonded Earthing / Both-Ends Bonding)

در این روش، زره و شیلد فلزی کابل در هر دو انتهای خط به شینه ارت پست متصل می‌شوند.

• مزیت: ولتاژ ایستایی زره در تمام نقاط نزدیک به صفر ولت باقی می‌ماند و بالاترین سطح ایمنی برای پرسنل فراهم می‌شود.
• عیب: یک مدار الکتریکی بسته میان زره و زمین شکل می‌گیرد که موجب گردش پیوسته جریان در زره (Sheath Circulating Current) می‌شود. این جریان تلفات حرارتی مضاعف ایجاد کرده و ظرفیت نامی انتقال بار کابل (Current Rating / Ampacity) را بین ۱۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهد. این روش معمولاً در مسافت‌های کوتاه یا خطوط توزیع فشار متوسط با آمپراژ متوسط استفاده می‌شود.

۲. سیستم زمین یک‌طرفه (Single-Point Bonding)

در خطوط با طول مشخص، زره کابل صرفاً در یک انتها به سیستم ارت متصل شده و در انتهای دیگر با ایزولاتور باز گذاشته می‌شود. برای ایمنی در انتهای باز، از محدودکننده‌های ولتاژ شیلد (Sheath Voltage Limiters – SVL) استفاده می‌شود تا در زمان صاعقه یا اتصال کوتاه، ولتاژ زره از سطح استاندارد (حداکثر ۶۵ ولت در شرایط عادی طبق IEC) فراتر نرود.

• مزیت: حذف کامل جریان‌های گردشی در زره و بهره‌برداری از ۱۰۰ درصد ظرفیت نامی هادی.
• عیب: ایجاد ولتاژ طولی در انتهای باز کابل که نیازمند ایزولاسیون دقیق سرکابل‌ها است.

۳. سیستم کراس باندینگ (Cross-Bonding) در خطوط فشار قوی انتقال

در مسافت‌های طولانی کابل‌های فشار قوی (۶۳، ۱۳۲ و ۲۳۰ کیلوولت)، مسیر کابل‌کشی به قطعات فرعی مساوی تقسیم می‌شود. زره و شیلدهای فلزی فازها در باکس‌های تقاطع مخصوص (Link Boxes) به فازهای مجاور جابه‌جا (Cross) می‌شوند.

• با چرخش ۱۲۰ درجه‌ای فازها در لایه زره، برآیند ولتاژهای القایی القا شده در سه مقطع متوالی دقیقاً یکدیگر را خنثی می‌کنند.
• نتیجه این روش حذف جریان‌های گردشی مضر در حین برقراری ایمنی کامل و صفر شدن ولتاژ القایی در انتهای بخش‌ها است.

ترکیب زره مکانیکی با غلاف‌های سربی (Lead Sheath) و لایه‌های ضدآب در صنایع نفت و گاز

در تأسیسات فرآیندی پتروشیمی، پالایشگاه‌های نفت، سکوهای فراساحلی و خاک‌های آلوده به مشتقات نفتی و آروماتیک‌ها، خطرات مکانیکی تنها عامل تهدیدکننده نیستند. مواد شیمیایی هیدروکربنی به مرور زمان در غلاف‌های پلیمری نفوذ کرده و به عایق XLPE آسیب می‌زنند. همچنین ورود رطوبت به داخل عایق ولتاژ بالا در حضور استرس الکتریکی منجر به پدیده تخریب درختچه‌ای ناشی از آب (Water Treeing) و فروپاشی کامل خط می‌گردد.

در این شرایط، ساختار کابل شامل یک لایه غلاف اکسترود شده سربی (Lead Alloy Sheath) به عنوان سد شیمیایی و رطوبتی مطلق در زیر لایه زره فولادی یا آلومینیومی خواهد بود. زره فولادی بیرونی علاوه بر محافظت مکانیکی، وظیفه مهار تنش‌های فیزیکی را دارد تا غلاف سربی نرم و شکل‌پذیر در حین جابه‌جایی و کشش دچار پارگی و تغییر فرم نشود.

 الزامات گلندینگ، کلمپ‌ها و اتصالات مکانیکی کابل‌های زره‌دار ولتاژ بالا

اتصال صحیح زره در محل ورود به تابلوهای فشار متوسط، ترانسفورماتورها و سوئیچ‌گیرهای عایق‌گازی (GIS) مستلزم به‌کارگیری اکسسوری‌های مهندسی با بالاترین استاندارد است:

1. گلندهای کابل ضد انفجار و زره‌گیر: در فضاهای صنعتی و زون‌های پرخطر (Zone 1 & 2)، گلندهای مورداستفاده باید دارای استاندارد ضد انفجار ATEX/IECEx بوده و زره را با رینگ‌های مکانیکی مخروطی یا لغزشی کاملاً قفل کنند تا مقاومت کششی کابل در محل اتصال حفظ شود.
2. کلمپ‌های بسته‌بندی کابل (Cable Cleats): در کابل‌های تک‌رشته فشار قوی، هنگام وقوع اتصال کوتاه، نیروهای الکترودینامیکی دافعه فوق‌العاده سهمگینی بین فازها شکل می‌گیرد که تمایل دارند کابل‌ها را با شتاب پرتاب کنند. کابل‌ها باید با کلمپ‌های صلب آلومینیومی، فولادی ضدزنگ یا کامپوزیتی مقاوم در برابر اتصال کوتاه به صورت سه برگ (Trefoil) به سینی مهار شوند تا زره کابل آسیب نبیند.
3. جلوگیری از ایجاد حلقه بسته مغناطیسی در گلندپلیت تابلوها: صفحات ورود کابل تک‌رشته به تابلوها (Gland Plates) نباید از جنس فولاد مغناطیسی باشند؛ بلکه باید از ورق آلومینیوم، برنج یا استیل نگیر (Non-magnetic Stainless Steel) ساخته شوند تا از تشکیل حلقه بسته مغناطیسی و گرمای شدید در محل ورود کابل جلوگیری شود.

آزمون‌های کنترل کیفیت و تست‌های آزمایشگاهی زره کابل

در مجموعه پارس تکین، برای حصول اطمینان از مطابقت کابل‌های فشار متوسط و قوی با استانداردهای پروژه، آزمون‌های زیر بر روی لایه زره انجام می‌گیرد:

• تست ضخامت و ابعاد هندسی: اندازه‌گیری میکرومتری قطر مفتول‌ها یا ضخامت نوارها طبق جداول مرجع IEC 60502-2.
• تست پیوستگی گالوانیزاسیون (تست Preece / Dipping Test): غوطه‌ور کردن سیم‌های فولادی در محلول سولفات مس جهت ارزیابی یکنواختی و چسبندگی لایه روی و تضمین مقاومت در برابر زنگ‌زدگی.
• تست مقاومت کششی و ازدیاد طول (Tensile Strength & Elongation): کشش مکانیکی نمونه‌های زره تا لحظه گسیختگی جهت اطمینان از مقاومت کافی در زمان کابل‌کشی.
• تست مقاومت اهمی الکتریکی: سنجش مقاومت DC لایه زره در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد جهت تایید محاسبات ظرفیت اتصال کوتاه.
• آزمون ولتاژ پوسته خارجی (Spark Test & DC Sheath Test): اعمال ولتاژ DC (معمولاً ۱۰ کیلوولت به مدت ۱ دقیقه) بین زره و زمین پس از نصب کابل در ترانشه، جهت حصول اطمینان از عدم سوراخ شدن روکش نهایی در طول عملیات خواباندن کابل.

سوالات متداول نقش زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی

۱. نقش و وظیفه اصلی لایه زره (Armour) در کابل‌های فشار متوسط و قوی چیست؟

زره در ولتاژهای بالا دو کارکرد هم‌زمان دارد:

• حفاظت مکانیکی: مقاومت در برابر ضربات سنگین فیزیکی، فشارهای له‌شدگی ناشی از خاک یا تردد ترافیکی، دفع خطرات ناشی از نفوذ جوندگان و تحمل نیروی کششی وینچ حین کابل‌کشی.
• حفاظت الکتریکی: ایجاد یک مسیر امن و کم‌امپدانس برای هدایت جریان‌های سنگین خطای فاز به زمین (Earth Fault) به سیستم ارتینگ، پیش از آن‌که حرارت شدید ناشی از اتصال کوتاه باعث ذوب عایق و انهدام کابل شود.

۲. چرا در کابل‌های تک‌رشته (Single-Core) فشار متوسط و قوی نباید از زره فولادی استفاده کرد؟

عبور جریان متناوب از هادی کابل تک‌رشته یک میدان مغناطیسی قوی پیرامون آن ایجاد می‌کند. اگر زره از جنس فلز فرومغناطیس مانند فولاد (SWA یا STA) باشد، این میدان مغناطیسی باعث پدید آمدن جریان‌های گردابی (Eddy Currents) و تلفات شدید هیسترزیس می‌شود. گرمای بالای حاصل از این تلفات می‌تواند عایق کابل را بسوزاند؛ بنابراین در کابل‌های تک‌رشته منحصراً از فلزات غیرمغناطیسی نظیر آلومینیوم (AWA یا ATA) استفاده می‌شود.

۳. تفاوت عملکرد شیلد مسی (Screen) و زره (Armour) در کابل ولتاژ بالا چیست؟

• شیلد فلزی: وظیفه یکنواخت‌سازی میدان الکتریکی اطراف عایق اصلی، حذف استرس‌های دی‌الکتریک و عبور دادن جریان‌های شارژ خازنی پیوسته کابل را بر عهده دارد.
• زره: ضخامت بالاتری دارد و اولویت اول آن مقاومت در برابر صدمات مکانیکی بیرونی است، ضمن اینکه در زمان خطاهای سنگین اتصال کوتاه به عنوان مسیر موازی شیلد برای بازگشت جریان عمل می‌کند.

۴. در چه شرایطی از زره سیمی (AWA / SWA) و چه زمانی از زره نواری (ATA / STA) استفاده می‌شود؟

• زره سیمی (Wire Armour): مقاومت کششی طولی بسیار بالایی دارد و برای کابل‌کشی در ترانشه‌های طولانی، دفن مستقیم زیر زمین، شفت‌های عمودی معادن و شیب‌های تند ضروری است.
• زره نواری (Tape Armour): انعطاف‌پذیری و مقاومت کابل در برابر له‌شدگی سطحی و نفوذ اجسام تیز را بالا می‌برد و عمدتاً در بسترهای مسطح، داکت‌های بتنی سرپوشیده و سینی‌های صنعتی با خم‌های متعدد کاربرد دارد.

۵. هدف از اجرای سیستم کراس باندینگ (Cross-Bonding) در زره کابل‌های فشار قوی چیست؟

در خطوط طولانی کابل‌های تک‌رشته فشار قوی، ولتاژ القایی روی زره افزایش می‌یابد. اگر دو طرف زره مستقیماً به زمین وصل شود، جریان‌های گردشی دائمی برقرار شده و ظرفیت انتقال بار کابل تا ۳۰ درصد افت می‌کند. در سیستم کراس‌باندینگ، با جابه‌جا کردن ضربدری زره‌های سه فاز در باکس‌های میانی، ولتاژهای القایی یکدیگر را خنثی کرده و جریان گردشی و تلفات به صفر می‌رسد، بدون اینکه ایمنی افت کند.

۶. چرا در برخی پروژه‌ها علاوه بر زره مکانیکی از غلاف سربی (Lead Sheath) استفاده می‌شود؟

در تأسیسات پتروشیمی، پالایشگاه‌های نفت، سکوهای دریایی و خاک‌های آلوده به مواد هیدروکربنی، مواد شیمیایی می‌توانند به مرور از روکش‌های پلیمری عبور کنند. غلاف سربی یک سد ۱۰۰٪ نفوذناپذیر در برابر مواد خورنده و رطوبت ایجاد می‌کند و زره روی آن وظیفه دارد تا از غلاف سربی در برابر تنش‌های مکانیکی محافظت کند.

۷. آزمون تست روکش خارجی (DC Sheath Test) پس از اتمام کابل‌کشی چه کاربردی دارد؟

این تست با اعمال ولتاژ DC (معمولاً تا ۱۰ کیلوولت به مدت ۱ دقیقه) بین لایه زره فلزی و خاک زمین انجام می‌شود. این آزمایش اثبات می‌کند که در زمان حمل‌ونقل، خواباندن کابل و خاک‌ریزی ترانشه، روکش پلیمری بیرونی دچار بریدگی یا سوراخ‌شدگی نشده و لایه زره در برابر رطوبت و خوردگی در سال‌های بهره‌برداری کاملاً ایزوله است.

 نتیجه‌گیری نقش زره در کابل‌های فشار متوسط و قوی 

در کابل‌های فشار متوسط و فشار قوی، لایه زره یک ساختار چندمنظوره الکترومکانیکی است که انتخاب آن مستلزم تحلیل دقیق محیط نصب، بارهای استاتیک و دینامیک، پیکربندی فازها، محاسبات اتصال کوتاه و مهندسی سیستم ارتینگ است. عدم دقت در انتخاب ساختار زره (اعم از فولادی یا آلومینیومی، نواری یا مفتولی) می‌تواند کل قابلیت اطمینان شبکه انتقال و توزیع نیرو را به خطر اندازد. مجموعه مهندسی و بازرگانی پارس تکین (parstakin.com) به عنوان یکی از مراجع تخصصی تأمین کابل‌های صنعتی و خطوط انتقال در کشور، آمادگی دارد تا با تکیه بر دانش فنی روز و سوابق تأمین در صنایع مادر (نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد و نیروگاه‌ها)، انواع کابل‌های فشار متوسط و فشار قوی زره‌دار تک‌رشته و سه‌رشته را مطابق با استانداردهای IEC، BS و VDE تأمین نماید.