การป้องกันได้รับการออกแบบในสายไฟแรงสูงอย่างไร

สายไฟแรงสูง เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ ส่งไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยในระยะทางไกล ลักษณะที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของสายเคเบิลเหล่านี้ก็คือ การออกแบบป้องกัน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการรับรองทั้งความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานและความปลอดภัย

การทำความเข้าใจบทบาทของการป้องกัน

การป้องกันสายไฟแรงสูงมีจุดประสงค์หลายประการ:

1. การควบคุมสนามไฟฟ้า: ตัวนำไฟฟ้าแรงสูงสร้างสนามไฟฟ้าแรงสูง การป้องกันช่วยให้มั่นใจได้ว่าช่องข้อมูลเหล่านี้มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน ป้องกันความเครียดเฉพาะที่ซึ่งอาจทำให้ฉนวนเสื่อมคุณภาพหรือทำให้เกิดการแตกหักได้
2. ความปลอดภัย: ด้วยการบรรจุสนามไฟฟ้า การป้องกันจะช่วยลดความเสี่ยงของการสัมผัสโดยไม่ตั้งใจ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับพนักงานและอุปกรณ์ในบริเวณใกล้เคียง
3. การลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI): กระแสไฟฟ้าแรงสูงสามารถเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนในบริเวณใกล้เคียง การป้องกันที่เหมาะสมจะช่วยบรรเทาปัญหานี้ได้
4. การลดความเครียดแรงดันไฟฟ้า: การป้องกันช่วยรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าที่สม่ำเสมอภายในสายเคเบิล ช่วยยืดอายุของฉนวนและเพิ่มความน่าเชื่อถือ

โดยพื้นฐานแล้ว การป้องกันเป็นทั้งคุณสมบัติในการป้องกันและเพิ่มประสิทธิภาพ

ส่วนประกอบของการชีลด์ในสายไฟแรงสูง

สายไฟแรงสูงเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน และการป้องกันเป็นหนึ่งในชั้นที่ครบถ้วน ส่วนประกอบหลักที่เกี่ยวข้องกับการป้องกัน ได้แก่ :

1. หน้าจอตัวนำ:

   • นี่คือชั้นกึ่งตัวนำที่ใช้กับตัวนำโดยตรง
   • หน้าที่หลักของมันคือการกำจัดขอบแหลมคมบนพื้นผิวตัวนำที่อาจรวมศูนย์สนามไฟฟ้าและสร้างความเครียดให้กับฉนวน
   • วัสดุ: โดยทั่วไปแล้ว สารประกอบโพลีเมอร์กึ่งนำไฟฟ้าอัดขึ้นรูป

2. ฉนวนกันความร้อน:

   • แม้ว่าจะไม่ใช่เกราะป้องกัน แต่ชั้นฉนวนก็ทำงานควบคู่กับตัวนำและตะแกรงฉนวนเพื่อป้องกันไฟฟ้าขัดข้อง

3. หน้าจอฉนวน:

   • ชั้นกึ่งตัวนำนี้ถูกนำไปใช้กับฉนวน
   • จุดประสงค์คือเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อระหว่างฉนวนกับเกราะโลหะเป็นไปอย่างราบรื่น ป้องกันช่องว่างหรือช่องว่างอากาศที่อาจนำไปสู่การคายประจุบางส่วน

4. โล่โลหะ (หรือหน้าจอ):

   • ชั้นนี้ประกอบด้วยลวดทองแดง เทป หรือปลอกตะกั่วที่ล้อมรอบฉนวนทั้งหมด
   • เป็นเส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าลัด การต่อสายดิน และการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า
   • แผงป้องกันโลหะยังช่วยปกป้องสายเคเบิลจากความเสียหายทางกลภายนอกในบางการออกแบบ

5. เปลือกนอก:

   • เปลือกด้านนอกเป็นชั้นป้องกันสุดท้าย ปกป้องหน้าจอโลหะจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความชื้น สารเคมี และผลกระทบทางกล

ประเภทของการป้องกันในสายไฟแรงสูง

การป้องกันอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้า การใช้งานสายเคเบิล และสภาพแวดล้อมในการติดตั้ง ประเภทหลัก ได้แก่ :

1. ศูนย์กลางเป็นกลาง (หรือการป้องกันสายไฟ)

• สายทองแดงพันเป็นเกลียวรอบๆ ฉนวนหรือตัวนำ
• ให้การต่อสายดินที่ดีเยี่ยมและง่ายต่อการยุติด้วยขั้วต่อมาตรฐาน
• มักใช้ในสายไฟแรงปานกลางและแรงสูงในงานอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภค

2. เทปป้องกัน

• เทปโลหะบางๆ ซึ่งมักจะเป็นทองแดงหรืออะลูมิเนียม จะถูกพันรอบฉนวนเป็นเกลียวหรือตามยาว
• นำเสนอการครอบคลุมที่สม่ำเสมอและลดอิมพีแดนซ์สำหรับกระแสฟอลต์
• พบได้ทั่วไปในสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงและไฟฟ้าแรงสูงพิเศษเนื่องจากมีอินเทอร์เฟซที่ราบรื่นพร้อมฉนวน

3. การป้องกันปลอกตะกั่ว

• อาจใช้ชั้นตะกั่วสำหรับทั้งป้องกันไฟฟ้าและป้องกันความชื้น
• ใช้เป็นหลักในสายไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินหรือใต้น้ำซึ่งการปกป้องสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งสำคัญ
• ชีลด์ตะกั่วมีความทนทานสูง แต่หนักกว่าและยืดหยุ่นน้อยกว่าชีลด์ที่ใช้ทองแดง

4. โพลีเอทิลีนแบบครอสลิงค์ (XLPE) พร้อมชีลด์กึ่งตัวนำ

• สายไฟฟ้าแรงสูงสมัยใหม่มักใช้ฉนวน XLPE ร่วมกับแผงป้องกันกึ่งตัวนำ
• ชั้นกึ่งตัวนำช่วยลดความเสี่ยงในการคายประจุบางส่วนในขณะที่มีการกระจายความเค้นแรงดันไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ
• น้ำหนักเบาและเหมาะสำหรับงานไฟฟ้าแรงสูงใต้ดิน

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสำหรับการป้องกัน

การออกแบบระบบป้องกันสำหรับสายไฟแรงสูงจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยทางไฟฟ้า เครื่องกล และสิ่งแวดล้อมอย่างรอบคอบ

1. ระดับแรงดันไฟฟ้า

• ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูงเท่าใด การป้องกันก็จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น
• การใช้งานไฟฟ้าแรงสูงจำเป็นต้องมีการควบคุมสนามไฟฟ้าอย่างแม่นยำเพื่อป้องกันการพังทลายของฉนวน

2. กำลังการผลิตปัจจุบัน

• การป้องกันจะต้องรองรับกระแสความผิดได้อย่างปลอดภัย
• นักออกแบบคำนวณพื้นที่หน้าตัดที่ต้องการของเกราะโลหะเพื่อรองรับกระแสไฟฟ้าลัดที่อาจเกิดขึ้นสูงสุดโดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไป

3. สภาพแวดล้อม

• สายเคเบิลใต้ดินอาจเผชิญกับความชื้น สารเคมีในดิน หรือแรงดันทางกล
• สายเคเบิลใต้น้ำจำเป็นต้องมีวัสดุป้องกันน้ำและป้องกันการกัดกร่อน

4. ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC)

• สายไฟแรงสูง สามารถสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญได้
• การออกแบบระบบป้องกันคำนึงถึงความใกล้ชิดกับอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนเพื่อลดการรบกวน

5. ความยืดหยุ่นและการติดตั้ง

• สายเคเบิลอาจต้องโค้งงอรอบมุมหรือผ่านท่อร้อยสาย
• การป้องกันจะต้องรักษาความสมบูรณ์ทางไฟฟ้าและเครื่องกลแม้ภายใต้ความเค้นดัดงอ

6. ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับความร้อน

• โล่นำความร้อนออกจากตัวนำ
• การออกแบบการระบายความร้อนที่เหมาะสมทำให้ฉนวนมีอายุการใช้งานยาวนาน และป้องกันความร้อนสูงเกินไปในสภาวะปกติหรือสภาวะผิดปกติ

การทดสอบประสิทธิภาพการป้องกัน

การตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบป้องกันทำงานตามที่ตั้งใจไว้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ การทดสอบทั่วไป ได้แก่:

1. การทดสอบการคายประจุบางส่วน

   • ตรวจจับช่องว่าง ข้อบกพร่อง หรือช่องว่างระหว่างฉนวนและชั้นป้องกัน

2. การทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้า

   • มีการใช้ไฟฟ้าแรงสูงเพื่อยืนยันว่าฉนวนและฉนวนป้องกันสามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานได้อย่างปลอดภัย