ข้อต่อและการสิ้นสุดสายเคเบิล HV: ปัญหาทั่วไปและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

สายไฟฟ้าแรงสูงสามารถวิ่งได้หลายกิโลเมตรโดยไม่มีอุบัติเหตุ ข้อต่อและการสิ้นสุดที่เชื่อมต่อกันนั้นเป็นคนละเรื่องกัน ข้อมูลอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอว่าความล้มเหลวของระบบเคเบิล HV ส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดขึ้นที่ตัวสายเคเบิล แต่อยู่ที่จุดเชื่อมต่อเหล่านี้ ซึ่งฝีมือมนุษย์ ความเข้ากันได้ของวัสดุ และการสัมผัสต่อสิ่งแวดล้อม ล้วนมาบรรจบกันภายใต้ความเครียดทางไฟฟ้าที่รุนแรง การทำความเข้าใจว่าอะไรผิดพลาดและเพราะเหตุใด ถือเป็นก้าวแรกสู่การสร้างระบบที่จะคงอยู่ต่อไป

เหตุใดข้อต่อและการสิ้นสุดจึงเป็นจุดที่เปราะบางที่สุดในระบบเคเบิล HV

สายไฟ XLPE สมัยใหม่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลา 30 ถึง 40 ปีภายใต้สภาวะที่กำหนด ระบบฉนวนของพวกเขาได้รับการควบคุมจากโรงงาน ผ่านการทดสอบจากโรงงาน และมีภูมิคุ้มกันต่อตัวแปรของงานภาคสนามเป็นส่วนใหญ่ ข้อต่อและการเลิกจ้างไม่ได้ ทุกเครื่องประกอบด้วยมือ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน ภายใต้เงื่อนไขตั้งแต่สถานีไฟฟ้าย่อยที่ได้รับการควบคุมไปจนถึงสนามเพลาะที่เต็มไปด้วยโคลนในสภาพอากาศหนาวเย็น

ความท้าทายคือการใช้ไฟฟ้าพอๆ กับทางกายภาพ ที่แรงดันไฟฟ้าสูง ช่องว่างขนาดเล็กมาก การปนเปื้อนบนพื้นผิว หรือรูปทรงที่ผิดปกติที่ส่วนต่อประสานอุปกรณ์เสริมสายเคเบิลจะสร้างจุดความเข้มข้นของความเค้น การคายประจุบางส่วนเริ่มต้นที่จุดเหล่านี้ และเมื่อให้เวลาเพียงพอ ฉนวนก็จะกัดกร่อนจนเกิดความล้มเหลว นี่ไม่ใช่การสมมุติ แต่เป็นกลไกความล้มเหลวมาตรฐานที่สังเกตได้จากการสืบสวนภาคสนามมานานหลายทศวรรษ สายเคเบิลทนทาน ข้อต่อหรือการยุติให้ทาง

ความเป็นจริงนี้ทำให้ความชำนาญและการเลือกใช้วัสดุในระดับอุปกรณ์เสริมมีความสำคัญพอๆ กับข้อมูลจำเพาะของสายเคเบิล

ประเภทของข้อต่อและการสิ้นสุดสายเคเบิล HV

การเลือกประเภทอุปกรณ์เสริมที่เหมาะสมเริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจการใช้งาน ตารางด้านล่างนี้สรุปหมวดหมู่หลักๆ ที่ใช้งานทั่วไป

สำหรับโครงการที่เกี่ยวข้อง ฉนวน XLPE เปรียบเทียบกับวัสดุสายเคเบิลอื่นอย่างไร การเลือกประเภทอุปกรณ์เสริมต้องคำนึงถึงเคมีของฉนวน — อุปกรณ์เสริมที่ออกแบบมาสำหรับ XLPE มีพฤติกรรมแตกต่างออกไปใน EPR หรือ PILC และการผสมโดยไม่มีข้อต่อการเปลี่ยนผ่านเป็นสาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวก่อนวัยอันควร

โหมดความล้มเหลวทั่วไปและสาเหตุที่แท้จริง

การตรวจสอบหลังความล้มเหลวทั่วทั้งระบบ HV ระบุกลไกความล้มเหลวเดียวกันซ้ำแล้วซ้ำเล่า ไม่มีสิ่งใดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ - ทั้งหมดสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังการตัดสินใจเฉพาะเจาะจงที่สามารถป้องกันได้ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการออกแบบ การจัดซื้อ หรือการติดตั้ง

1. การลบหน้าจอเซมิคอนดักเตอร์ไม่ถูกต้อง
หน้าจอเซมิคอนดักเตอร์ (เซมิคอน) บนสายเคเบิล XLPE ต้องถูกถอดออกให้ได้ขนาดที่แม่นยำก่อนจึงจะสามารถติดตั้งข้อต่อหรือส่วนปลายได้ ตัดลึกเกินไปและเส้นตัวนำขาด ตัดในมุมที่ไม่ถูกต้อง และสนามไฟฟ้าจะรวมตัวอยู่ที่ขอบขั้น โดยเริ่มต้นการคายประจุบางส่วนภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากใช้พลังงาน นี่เป็นข้อผิดพลาดในการติดตั้งที่อ้างถึงบ่อยที่สุดในกรณีความล้มเหลวของอุปกรณ์เสริมการหดตัวด้วยความร้อนและความเย็น

2. ความชื้นเข้าและการปิดผนึกไม่เพียงพอ
น้ำที่ส่วนต่อประสานอุปกรณ์เสริมสายเคเบิลสามารถทำลายล้างได้สองวิธี คือ ลดความต้านทานของพื้นผิว และภายใต้แรงดันไฟฟ้า จะผลักดันโครงสร้างเคมีไฟฟ้าผ่านขอบเขตฉนวน ความล้มเหลวในการปิดผนึกมักจะค่อยเป็นค่อยไป การสิ้นสุดอาจทำงานได้เป็นเวลาหลายปีก่อนที่วงจรอุณหภูมิตามฤดูกาลจะเปิดช่องว่างในวัสดุหดตัวที่กว้างพอที่จะให้ความชื้นเข้าไปได้ การติดตั้งกลางแจ้งและข้อต่อฝังโดยตรงมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ

3. การปนเปื้อนของอินเทอร์เฟซ
ความสะอาดของพื้นผิวฉนวนที่ส่วนต่อประสานถือเป็นสิ่งสำคัญ ฝุ่น เศษสายเคเบิลจากการตัด หรือน้ำมันหล่อลื่นซิลิโคนเกรดผิดสามารถสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าหรือการก่อตัวของช่องว่างใต้อุปกรณ์เสริมที่ขึ้นรูปล่วงหน้าได้ แม้แต่น้ำมันลายนิ้วมือก็ยังมีสิ่งปนเปื้อนที่ช่วยเร่งการติดตามพื้นผิวภายใต้ความเครียดแรงดันไฟฟ้า ระเบียบวินัยในห้องคลีนรูมไม่สามารถบรรลุผลได้ในสถานที่จริงเสมอไป แต่ขั้นตอนที่ได้รับการควบคุม เช่น ผ้าเช็ดทำความสะอาด พื้นที่ทำงานที่ครอบคลุม พื้นผิวที่ได้รับการตรวจสอบ สร้างความแตกต่างที่วัดผลได้

4. ความร้อนเกินที่ข้อต่อ
ข้อต่อที่มีขนาดเล็กกว่าเล็กน้อยสำหรับหน้าตัดของตัวนำ หรือมีการบีบอัดโดยใช้แรงไม่เพียงพอ จะมีความต้านทานสูงกว่าตัวสายเคเบิลเอง ภายใต้การหมุนเวียนของโหลด ความต้านทานส่วนต่างนี้จะสร้างความร้อน ซึ่งจะช่วยเร่งการเสื่อมสภาพของฉนวน ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานต่อไป ลูปป้อนกลับนี้อาจทำให้เกิดความล้มเหลวที่โหลดที่ต่ำกว่าความจุพิกัดของสายเคเบิลมาก เครื่องมือบีบอัดต้องได้รับการปรับเทียบเข้ากับชุดปลอกโลหะและตัวนำที่ระบุโดยผู้ผลิตอุปกรณ์เสริม

5. ข้อผิดพลาดในการต่อสายดินและการติดหน้าจอ
การยึดตะแกรงที่ข้อต่อไม่ถูกต้องทำให้เกิดกระแสหมุนเวียนที่ทำให้ระบบเคเบิลร้อนขึ้น และในการกำหนดค่าบางอย่าง อาจสร้างแรงดันไฟฟ้าสัมผัสที่เป็นอันตรายบนปลอกโลหะ ทั้งแผนการเชื่อมแบบแข็งและแบบจุดเดียวมีข้อกำหนดเฉพาะซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวเส้นทาง แรงดันไฟฟ้าของระบบ และโปรไฟล์โหลด ข้อผิดพลาดในที่นี้จะมองไม่เห็นในการตรวจสอบตามปกติ แต่สามารถวัดได้ผ่านการตรวจสอบกระแสของปลอก สำหรับคำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับการเตรียมการต่อสายดิน โปรดดูที่ แนวทางปฏิบัติในการต่อสายดินและการต่อลงดินที่เหมาะสมสำหรับระบบเคเบิล .

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้งที่ป้องกันความล้มเหลวได้จริง

แนวทางปฏิบัติต่อไปนี้จะกล่าวถึงสาเหตุที่แท้จริงข้างต้นโดยตรง ใช้งานได้ไม่ว่าอุปกรณ์เสริมประเภทนั้นจะเป็นแบบหดตัวด้วยความร้อน หดเย็น หรือขึ้นรูปล่วงหน้า

• ใช้เครื่องมือตัดที่ปรับเทียบแล้วพร้อมตัวตั้งระยะลึก เครื่องมือถอดเซมิคอนพร้อมตัวบอกความลึกที่ปรับได้ช่วยลดความแปรปรวนของการตัดด้วยมือ การลงทุนมีน้อยมากเมื่อเทียบกับต้นทุนของการดำเนินการเชื่อมต่อใหม่หลังจากเกิดความล้มเหลว
• ตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายเคเบิลก่อนสั่งซื้ออุปกรณ์เสริม OD ของสายเคเบิล XLPE แตกต่างกันไปตามผู้ผลิตแม้จะอยู่ในระดับแรงดันไฟฟ้าเดียวกันก็ตาม อุปกรณ์เสริมจำนวนมากระบุช่วงพิกัดความเผื่อ — สายเคเบิลที่ขอบของช่วงนั้นจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบการเลือกชุดอุปกรณ์ ไม่ใช่สมมติฐาน
• ใช้การเตรียมพื้นผิวฉนวนอย่างเคร่งครัดตามที่กำหนด ซึ่งหมายถึงการทำความสะอาดแบบมีฤทธิ์กัดกร่อนในทิศทางที่ถูกต้อง (โดยทั่วไปจะอยู่ห่างจากขั้นตอนเซมิคอน) ตามด้วยการเช็ดตัวทำละลายด้วยเกรดของน้ำยาทำความสะอาดที่ถูกต้องในลำดับที่ถูกต้อง การกลับลำดับจะทำให้พื้นผิวปนเปื้อนอีกครั้ง
• ควบคุมสภาพแวดล้อมการติดตั้ง หากเป็นไปได้ ให้สร้างที่พักพิงชั่วคราวเหนือการดำเนินการเชื่อมกลางแจ้ง ความชื้นที่สูงกว่า 70% และฝุ่นในอากาศเป็นสาเหตุหลักของอินเทอร์เฟซที่ปนเปื้อนระหว่างการติดตั้ง หากสภาพอากาศไม่เป็นไปตามข้อกำหนด งานก็ควรเลื่อนออกไป
• ติดตามการหดตัวด้วยความร้อนในรอบเดียวที่ควบคุมได้ การใช้ความร้อนไม่สม่ำเสมอ — เคลื่อนเร็วเกินไปหรือใช้เปลวไฟเข้มข้นเกินไป — ทำให้เกิดช่องว่างใต้วัสดุที่หดตัว คบเพลิงควรเคลื่อนที่อย่างช้าๆ และสม่ำเสมอจนกว่าวัสดุจะคืนตัวได้เต็มที่ และมองเห็นกาวไหลออกมาจากปลาย
• แรงบิดทำให้การเชื่อมต่อทางกลทั้งหมดแน่นตามข้อกำหนด การต่อแบบเกลียวกับ GIS หรือบูชหม้อแปลงจะต้องขันด้วยเครื่องมือที่ปรับเทียบแล้ว — ไม่เคยประมาณด้วยความรู้สึก บันทึกค่าแรงบิดในบันทึกการติดตั้ง
• ยืนยันโครงร่างการยึดเกาะบนแบบร่างก่อนเริ่มงาน การตัดสินใจเชื่อมต่อหน้าจอที่ทำในสถานที่โดยไม่ต้องอ้างอิงถึงการออกแบบเครือข่ายทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการต่อสายดินตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ผู้เชื่อมต่อไม่ควรตัดสินใจเรื่องพันธะโดยอิสระ

โปรโตคอลการทดสอบและตรวจสอบ

การติดตั้งให้เสร็จสิ้นไม่เหมือนกับการตรวจสอบ ขั้นตอนการทดสอบสามขั้นตอนใช้กับอุปกรณ์เสริมสายเคเบิล HV: การทดสอบหลังการติดตั้ง การทดสอบการบำรุงรักษาตามปกติ และการตรวจสอบในบริการ

การทดสอบความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับหลังการติดตั้ง
การทดสอบมาตรฐานหลังการติดตั้งกำหนดให้ระบบเคเบิลที่เสร็จสมบูรณ์ รวมถึงข้อต่อและส่วนปลายทั้งหมด ได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่สูงขึ้นตามระยะเวลาที่กำหนด สำหรับระบบที่สูงกว่า 30 kV IEC 60840 ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลที่ใช้ควบคุมวิธีทดสอบสำหรับระบบเคเบิล HV ตั้งแต่ 30 kV ถึง 150 kV ระบุทั้งระดับแรงดันไฟทดสอบและระยะเวลา สายเคเบิลที่ผ่านการทดสอบนี้ได้แสดงให้เห็นว่าไม่มีข้อบกพร่องในการติดตั้งโดยรวม แม้ว่าการทดสอบการคายประจุบางส่วนจะให้การตรวจสอบข้อบกพร่องแฝงที่ละเอียดอ่อนกว่าก็ตาม

การวัดการคายประจุบางส่วน (PD)
การทดสอบ PD จะตรวจจับการปล่อยประจุในช่วงพิโคคูลอมบ์ที่เกิดขึ้นภายในช่องว่างหรือที่ส่วนต่อประสานที่ปนเปื้อนก่อนที่จะทำให้เกิดความเสียหายที่มองเห็นได้ สำหรับข้อต่อแรงดันไฟฟ้าส่งโดยเฉพาะ การวัด PD หลังการติดตั้งได้รับการแนะนำอย่างยิ่งโดย IEC 60840 และได้กลายเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับโครงการโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ข้อต่อที่แสดงกิจกรรม PD เหนือระดับพื้นหลังควรได้รับการตรวจสอบก่อนที่ระบบจะเริ่มทำงานภายใต้ภาระงาน

เทอร์โมกราฟฟีอินฟราเรด
เมื่อระบบได้รับพลังงาน การสำรวจเทอร์มิกราฟิกเป็นระยะของการสิ้นสุดที่เข้าถึงได้จะเผยให้เห็นความผิดปกติทางความร้อนที่บ่งชี้ถึงการเชื่อมต่อแบบต้านทาน การจีบไม่เพียงพอ หรือการพัฒนาการเสื่อมสภาพของฉนวน การยุติสวิตช์เกียร์กลางแจ้งสามารถเข้าถึงได้โดยเฉพาะสำหรับเทคนิคนี้ การสำรวจที่ดำเนินการภายใต้สภาวะโหลดที่เป็นตัวแทน — ไม่ใช่โหลดเบา — ให้ค่าการวินิจฉัยมากที่สุด

การทดสอบความสมบูรณ์ของฝัก
เปลือกด้านนอกของระบบเคเบิลแบบต่อร่วมควรได้รับการทดสอบหลังการติดตั้งโดยใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงระหว่างตะแกรงโลหะและสายดิน ความต้านทานของปลอกหุ้มต่ำบ่งบอกถึงความเสียหายทางกายภาพต่อแจ็คเก็ตตัวนอก จากกิจกรรมการติดตั้ง การบดอัดทดแทน หรือการรบกวนจากบุคคลที่สาม และระบุตำแหน่งที่ต้องซ่อมแซมก่อนฝังหรือติดตั้งถาวร

การเลือกสายเคเบิลที่เหมาะสมเพื่อรองรับข้อต่อที่เชื่อถือได้

ประสิทธิภาพของอุปกรณ์เสริมแยกออกจากคุณภาพการก่อสร้างสายเคเบิลไม่ได้ การสิ้นสุดที่ติดตั้งอย่างดีบนสายเคเบิลที่มีมิติไม่สอดคล้องกันหรือพื้นผิวไม่สมบูรณ์จะยังคงมีประสิทธิภาพต่ำกว่า ทำให้การเลือกสายเคเบิลเป็นรากฐานของการติดตั้งอุปกรณ์เสริมที่เชื่อถือได้

สำหรับงานส่งไฟฟ้าแรงสูง สายไฟ XLPE แรงดันสูงสำหรับระบบส่งกำลังพิกัด 66–500 kV ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษารูปทรงภายนอกและผิวสำเร็จให้สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการขึ้นรูปล่วงหน้าและปลายท่อ GIS ที่ต้องอาศัยแรงกดของส่วนต่อประสานที่ได้รับการควบคุม สำหรับโครงการระดับการจำหน่าย สาย XLPE แรงดันไฟฟ้าปานกลางพิกัด 6–35kV ให้ความเสถียรของมิติและโครงสร้างตัวนำที่อุปกรณ์เสริมการหดตัวด้วยความร้อนและความเย็นต้องการสำหรับการปิดผนึกในระยะยาวที่เชื่อถือได้

สำหรับเครือข่ายแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ใช้สายเคเบิลทั้งสองประเภท สายไฟหุ้มฉนวน XLPE และ PVC สำหรับการใช้งาน 6–1kV มีจำหน่ายในการกำหนดค่าที่เหมาะกับข้อกำหนดการเลิกจ้างทั้งในร่มและกลางแจ้ง

ไม่ว่าระดับแรงดันไฟฟ้าจะเป็นอย่างไร ควรระบุสายเคเบิลและอุปกรณ์เสริมไว้ด้วยกัน — ยืนยันความเข้ากันได้ของประเภทฉนวน ช่วงหน้าตัดของตัวนำ และความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ผู้ผลิตอุปกรณ์เสริมเผยแพร่ข้อมูลความเข้ากันได้ของสายเคเบิล การตรวจสอบข้อมูลนี้ก่อนการจัดซื้อจัดจ้างเป็นขั้นตอนตรงไปตรงมาที่ช่วยขจัดแหล่งที่มาที่พบบ่อยที่สุดประการหนึ่งของการติดตั้งที่ไม่ตรงกันบนไซต์