عیب‌یابی تخصصی کابل‌های برق

کابل‌های برق یکی از حیاتی‌ترین بخش‌های هر سیستم الکتریکی محسوب می‌شوند؛ زیرا تمام انرژی الکتریکی از طریق آنها به تجهیزات و مصرف‌کننده‌ها منتقل می‌شود. هرگونه خرابی، اتصال ناقص یا پارگی در کابل‌ها می‌تواند به قطعی برق، آسیب تجهیزات صنعتی، یا حتی خطر آتش‌سوزی منجر شود. این مستند فنی، به‌طور گسترده به ابعاد مختلف عیب‌یابی این اجزای حیاتی می‌پردازد.

در این مقاله از وبلاگ کارشه ، مجموعه‌ای مهندسی فعال در زمینه نصب، نگهداری و تعمیر سیستم‌های برق صنعتی، به‌صورت کاملاً فنی و مرحله‌به‌مرحله روش‌های عیب‌یابی کابل برق، ابزارهای تست، و استانداردهای ایمنی را بررسی می‌کنیم تا بتوانید مشکلات کابل را سریع شناسایی و رفع کنید.

مقدمه‌ای بر عملکرد و اهمیت کابل برق در صنعت

کابل‌های برق وظیفه انتقال ایمن و کارآمد جریان الکتریکی با کمترین افت توان را برعهده دارند. در محیط‌های صنعتی، این کابل‌ها اغلب تحت شرایط تنش‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی قرار دارند که طول عمر و عملکرد آنها را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

ساختار عمومی کابل برق و تأثیر اجزاء بر خرابی

ساختار کابل‌های قدرت (به‌ویژه کابل‌های HV و MV) پیچیده است و هر لایه وظیفه‌ای حیاتی دارد:

1. هادی (Conductor): معمولاً از مس (به‌دلیل رسانایی بالاتر) یا آلومینیوم (به‌دلیل وزن کمتر و هزینه پایین‌تر) ساخته می‌شود. خرابی هادی معمولاً به صورت قطعی کامل یا افزایش مقاومت نقطه‌ای ظاهر می‌شود.

2. عایق اولیه (Insulation): متداول‌ترین مواد مورد استفاده XLPE (پلی‌اتیلن کراس‌لینک‌شده) یا EPR هستند. سلامت این لایه برای جلوگیری از اتصال فاز به فاز یا فاز به زمین حیاتی است.

3. شیلد هادی (Conductor Shield): یک لایه نیمه‌هادی که میدان الکتریکی غیریکنواخت روی سطح هادی را یکنواخت می‌کند و از تمرکز تنش الکتریکی (Stress Concentration) جلوگیری می‌کند. خرابی این لایه باعث تخلیه جزئی می‌شود.

4. شیلد یا محافظ فلزی (Metallic Screen): شامل سیم‌های مسی، نوارهای آلومینیومی یا لایه‌های سربی که جریان‌های نشتی را به زمین هدایت کرده و به‌عنوان مسیر جریان خطا عمل می‌کند.

5. روکش بیرونی (Outer Jacket): وظیفه حفاظت فیزیکی و شیمیایی در برابر رطوبت، مواد خورنده و آسیب‌های مکانیکی را دارد.

علائم اولیه و محسوس خرابی کابل‌های برق

تشخیص زودهنگام علائم می‌تواند از تبدیل یک نقص کوچک به یک فاجعه بزرگ جلوگیری کند. این علائم نیازمند بررسی فوری هستند:

• افزایش دمای غیرعادی (Hot Spots): استفاده از دوربین حرارتی می‌تواند دمای بالاتر از حد نرمال (معمولاً بیش از ۱۰ تا ۱۵ درجه سلسیوس نسبت به نقاط مجاور) را در یک ناحیه خاص نشان دهد. این اغلب ناشی از اتصال سست یا آسیب عایق است.

• بوی سوختگی و تغییر رنگ عایق: در کابل‌های فشار ضعیف، بوی پلاستیک ذوب‌شده (PVC یا لاستیک) یا لکه‌های قهوه‌ای یا سیاه روی روکش نشانه داغ شدن شدید است.

• Trip شدن مکرر حفاظت‌ها: قطع شدن مکرر مدار توسط بریکرها یا فیوزها نشان‌دهنده اتصال کوتاه موقت، نشتی جریان (Ground Fault) یا بار بیش از حد است.

• افت ولتاژ یا عدم تعادل فازها: می‌تواند ناشی از افزایش مقاومت هادی به‌دلیل خوردگی یا پارگی بخشی از رشته‌ها باشد.

• صدای غیرعادی (سیسلینگ یا ترق‌ترق): این صداها اغلب در کابل‌های فشار متوسط در نزدیکی سرکابل‌ها، نشان‌دهنده تخلیه جزئی (Partial Discharge – PD) است.

• وجود جریان نشتی به زمین: دستگاه‌های RCD/RCCB مرتباً عمل می‌کنند، حتی زمانی که بار عادی است.

علل اصلی و ریشه‌ای خرابی‌های کابل‌های قدرت

شناخت ریشه مشکل برای انتخاب روش تست مناسب ضروری است:

۱. استرس‌های محیطی و نصب

• آسیب مکانیکی حین نصب: خم کردن کابل با شعاع کمتر از حداقل شعاع مجاز (که در مشخصات سازنده ذکر شده است)، کشش بیش از حد یا دفن کابل نزدیک اجسام تیز.

• نفوذ رطوبت و آب: آب به مرور زمان خواص دی‌الکتریک عایق را به‌شدت کاهش می‌دهد، به‌ویژه اگر روکش یا شیلد دچار پارگی شده باشد.

• حملات شیمیایی و حرارتی: قرارگیری در معرض مواد نفتی، حلال‌ها یا دمای محیطی بسیار بالا (بالاتر از دمای کاری مجاز XLPE/EPR).

۲. استرس‌های الکتریکی

• اضافه‌بار (Overloading): اگر جریان عبوری از کابل (I) بالاتر از جریان نامی (In) باشد، تلفات اهمی (P = I^2 R) به‌شدت افزایش یافته و عمر عایق را کاهش می‌دهد.

• نوسانات ولتاژ و صاعقه: شوک‌های گذرا ولتاژ بالا می‌توانند عایق را به‌صورت نقطه‌ای سوراخ کنند (Breakdown).

• تخلیه جزئی (PD): در کابل‌های MV/HV، این پدیده ناشی از حباب‌های هوا یا نقص‌های ریز در عایق است که به‌تدریج عایق را فرسایش می‌دهد.

۳. مشکلات اتصالات و پایانه‌ها

• اتصالات سست (Loose Connections): بزرگ‌ترین دلیل گرم شدن موضعی. مقاومت نقطه‌ای در محل اتصال بالا رفته و تلفات حرارتی ایجاد می‌کند.

• عدم اتصال صحیح شیلد و ارت: اگر شیلد به‌درستی به زمین متصل نشود، ولتاژ شیلد بالا رفته و خطر برق‌گرفتگی و ایجاد نویزهای ناخواسته افزایش می‌یابد.

روش‌های تشخیصی و تست‌های روتین کابل برق

عیب‌یابی باید بر اساس نوع خرابی مشکوک و سطح ولتاژ کابل انجام پذیرد. این بخش به ابزارها و تکنیک‌های اصلی می‌پردازد:

۱. تست‌های اولیه (قبل از قطع برق)

الف. تست با دوربین حرارتی (Thermal Imaging)

این تست غیرتهاجمی است و بهترین ابزار برای یافتن اتصالات سست در تابلوها و نقاط اتصال کابل به تجهیزات است. هر نقطه داغ نشان‌دهنده یک نقص است که باید بلافاصله بررسی شود.

ب. اندازه‌گیری جریان بار و ولتاژ

استفاده از آمپرمتر کلمپ‌متری برای اطمینان از اینکه جریان عبوری از حد مجاز تجاوز نکرده است. عدم تعادل در جریان فازها نیز نشان‌دهنده خرابی در یک فاز یا اتصالات ناهمگون است.

۲. تست‌های پس از قطع برق (De-energized Testing)

نکته ایمنی: تمامی تست‌های زیر باید پس از تخلیه کامل انرژی ذخیره‌شده در کابل و اطمینان از قطع بودن تجهیزات بالادست و پایین‌دست انجام شوند.

الف. تست پیوستگی هادی (Continuity Test)

هدف: اطمینان از سلامت فیزیکی مسیر هادی.
ابزار: مولتی‌متر دیجیتال با قابلیت اندازه‌گیری اهم (Ohm).
روش کار: مقاومت بین دو سر کابل اندازه‌گیری می‌شود. مقدار خوانده شده باید بسیار نزدیک به صفر باشد. اگر مقدار بی‌نهایت (OL) باشد، کابل قطعی کامل دارد. برای کابل‌های بلند، اختلاف مقاومت بین فازها باید کمتر از ۲ درصد باشد.

ب. تست مقاومت عایقی (Insulation Resistance Test – Megger Test)

هدف: ارزیابی کیفیت عایق الکتریکی کابل.
ابزار: مگِر (Megohmmeter) که ولتاژ تست DC (معمولاً ۲۵۰ ولت، ۵۰۰ ولت، یا ۱۰۰۰ ولت) اعمال می‌کند.

استاندارد پذیرش (عمومی برای ولتاژ پایین): مقاومت عایق باید بیش از ۱ مگا اهم برای هر ۱ کیلوولت ولتاژ کاری، به‌علاوه ۱ مگا اهم باشد. در کابل‌های فشار متوسط و بالا، مقاومت باید بسیار بالاتر از این حد باشد و تست‌های پیچیده‌تری مانند تست شاخص پلاریزاسیون (PI) و جذب دی‌الکتریک (DAR) برای ارزیابی میزان رطوبت الزامی است.

ج. تست با ولتاژ بالا (High-Potential Testing – Hi-Pot Test)

هدف: اعمال ولتاژ بالاتر از ولتاژ کاری برای شناسایی ضعف‌های پنهان عایق قبل از وقوع خرابی.
روش کار: اعمال ولتاژ AC یا DC برای مدت زمان مشخص. برای کابل‌های فشار ضعیف (LV) معمولاً ۱.۵ برابر ولتاژ نامی اعمال می‌شود. این تست جریان‌های نشتی را افزایش می‌دهد و نقاط ضعف را آشکار می‌سازد.

ابزارهای پیشرفته برای مکان‌یابی دقیق خطا (Fault Location)

هنگامی که مگِر نشان می‌دهد عایق ضعیف است، اما محل دقیق خرابی مشخص نیست (به‌ویژه در مسیرهای زیرزمینی طولانی)، ابزارهای زیر ضروری هستند:

۱. تست انعکاس زمان (Time Domain Reflectometry – TDR)

عملکرد: این دستگاه یک پالس الکتریکی را به کابل ارسال می‌کند و زمان بازگشت انعکاس‌ها را محاسبه می‌کند. تفاوت در امپدانس (مانند قطعی، اتصال کوتاه یا نفوذ رطوبت) باعث انعکاس پالس می‌شود.

۲. تست پل نوین و پل ویتستون (Wheatstone Bridge)

برای یافتن دقیق محل اتصال کوتاه (Short Circuit) یا اتصال به زمین (Ground Fault) در کابل‌های دفنی استفاده می‌شود. این روش بر اساس اختلاف مقاومت‌های اندازه‌گیری شده از دو سر کابل عمل می‌کند.

۳. تست بازتاب ولتاژ (Voltage Reflection Test – VRT)

شبیه به TDR، اما برای کابل‌های فشار متوسط و بالا که در آنها از تزریق ولتاژ بالا استفاده می‌شود تا محل دقیق عایق تخریب شده مشخص گردد.

عیب‌یابی خاص کابل‌های فشار متوسط و قوی (MV/HV)

کابل‌های فشار قوی (مانند ۱۵ کیلوولت به بالا) به دلیل استفاده از عایق‌های ضخیم‌تر (XLPE) و شیلدهای فلزی، نیازمند پروتکل‌های تست بسیار دقیق‌تری هستند که عمدتاً بر تشخیص فرآیندهای تخریب عایق تمرکز دارند.

۱. تست تخلیه جزئی (Partial Discharge Testing – PD)

PD یکی از مهم‌ترین نشانگرهای سلامت کابل‌های HV است. دستگاه‌های PD از طریق الکترودهای مخصوص (معمولاً در محل سرکابل) یا سنسورهای القایی (مانند رایکو – RAICO) روی کابل نصب می‌شوند تا امواج صوتی یا الکترومغناطیسی ناشی از تخلیه را دریافت کنند.

• نشانگر خطر: افزایش تعداد تخلیه‌های جزئی در هر دقیقه (PD Count) یا افزایش دامنه تخلیه (PD Magnitude).

۲. تست تلفات دی‌الکتریک (Tan Delta / Dissipation Factor Test)

این تست کیفیت عایق را بر اساس زاویه تلفات انرژی اندازه‌گیری می‌کند.

• تفسیر: در کابل‌های نو، بسیار پایین است. افزایش این مقدار با افزایش ولتاژ تست نشان‌دهنده جذب رطوبت یا تخریب شیمیایی ساختار عایق است.

۳. تزریق ولتاژ بسیار پایین (VLF – Very Low Frequency)

از آنجایی که کابل‌های HV/MV به‌طور ذاتی دارای ظرفیت خازنی بالایی هستند، اعمال ولتاژ ۶۰ هرتز استاندارد برای تست نیاز به تجهیزات بسیار حجیم دارد. تست VLF (۰.۱ هرتز) به مهندسان اجازه می‌دهد تا با ولتاژ تست کم، همان اثر تنش الکتریکی را در کابل ایجاد کنند و تست عایق را بدون خطر تخریب کامل کابل انجام دهند.

فرایند تعمیر و سرویس کابل آسیب‌دیده

هنگامی که محل و نوع خطا (مانند قطعی، اتصال کوتاه یا شکست عایق) مشخص شد، مراحل تعمیر باید با دقت فوق‌العاده انجام شود.

مرحله اول: ایمنی و ایزولاسیون

1. ایمنی اولیه: قطع کامل منبع تغذیه، قفل کردن تابلوها (LOTO) و استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (PPE).

2. تخلیه بار: اطمینان از اینکه هرگونه انرژی ذخیره شده (بخصوص در کابل‌های طولانی) تخلیه شده است.

مرحله دوم: حفاری و دسترسی به کابل (برای کابل‌های مدفون)

حفاری با دقت بسیار بالا انجام می‌شود تا از آسیب بیشتر به کابل‌های مجاور یا خود کابل آسیب‌دیده جلوگیری شود. منطقه آسیب‌دیده باید به‌خوبی خشک شود.

مرحله سوم: ترمیم (Splice یا Termination)

بسته به شدت آسیب، یکی از روش‌های زیر انتخاب می‌شود:

1. وصله موضعی (Repair Splice): اگر آسیب محدود به یک نقطه باشد، بخش معیوب برش داده شده و با استفاده از کیت‌های مخصوص (Heat Shrink یا Cold Shrink) مجدداً متصل می‌شود. این کیت‌ها شامل آسترهای نیمه‌هادی برای بازیابی شیلد و عایق اصلی هستند.

2. جایگزینی کامل: اگر آسیب در نزدیکی اتصالات سرکابل باشد، یا بیش از دو وصله در یک طول مشخص نیاز باشد، تعویض کامل کابل توصیه می‌شود.

مرحله چهارم: بازیابی ساختار حفاظتی

پس از ترمیم هادی و عایق، باید اتصال شیلد به زمین و همچنین روکش نهایی به‌گونه‌ای نصب شود که مقاومت مکانیکی و محافظت محیطی به حالت استاندارد بازگردد.

مرحله پنجم: تست نهایی

کابل تعمیر شده باید قبل از قرارگیری در سرویس، مجدداً تحت تست‌های زیر قرار گیرد:

• تست پیوستگی.

• تست مقاومت عایقی (با ولتاژ تست اولیه).

• در صورت لزوم، تست Hi-Pot یا VLF برای تأیید سلامت وصله جدید.

عیب‌یابی کابل‌های کنترل و سیگنال (کم ولتاژ)

کابل‌های کم‌ولتاژ (مانند کابل‌های سنسورها، PLC و مخابرات) اغلب دچار نویز یا تداخل می‌شوند تا قطعی کامل.

1. مشکل رایج: تزریق نویز الکترومغناطیسی (EMI) یا فرکانس رادیویی (RFI) به داخل خطوط سیگنال.

2. علت: شیلد کابل به‌درستی به زمین متصل نشده است، یا طول کابل بیش از حد مجاز است، یا کابل سیگنال در کنار کابل‌های قدرت فشار قوی قرار گرفته است.

3. عیب‌یابی: تست با اسیلوسکوپ در حین کارکرد سیستم برای مشاهده شکل موج نویز. اطمینان از اتصال صحیح زمین در یک نقطه (Single Point Grounding) در سرکابل یا تابلوی کنترل.

نکات کلیدی ایمنی در کار با کابل‌های قدرت

کار با کابل‌های فشار قوی و حتی فشار ضعیف نیازمند احترام کامل به پروتکل‌های ایمنی است:

1. تأیید صفر ولتاژ (Verification of Zero Voltage): استفاده از ولت‌متر یا تستر ولتاژ با دقت بالا برای تأیید صفر بودن ولتاژ در تمام پایانه‌ها و مسیرها.

2. تخلیه شارژ خازنی: کابل‌های بلند به‌مثابه خازن‌های بزرگ عمل می‌کنند. حتی پس از قطع برق، ممکن است شارژ الکتریکی در عایق ذخیره شده باشد. باید به‌طور دستی و با استفاده از میله تخلیه (Discharge Rod) زمین شوند.

3. حفاظت در برابر ولتاژ القایی: در زمان تعمیر کابل‌های قدرت، اگر کابل از کنار خطوط برق فعال دیگر عبور کند، ممکن است ولتاژ القایی خطرناکی روی هادی‌ها ایجاد شود؛ این امر نیازمند اتصال موقت به زمین در طول تعمیر است.

نتیجه‌گیری و خدمات تخصصی کارشه

عیب‌یابی تخصصی کابل برق یک مهارتی است که در دنیای صنعت متکی بر استفاده صحیح از ابزارهای دقیق و پیروی از استانداردهای بین‌المللی است. نقص در کابل‌ها نه تنها باعث توقف تولید می‌شود، بلکه می‌تواند ایمنی پرسنل و سرمایه را نیز به خطر اندازد.

مجموعه کارشه با در اختیار داشتن تیم‌های فنی مجرب و تجهیزات تست مدرن، از جمله دستگاه‌های TDR نسل جدید، آنالایزرهای PD و دوربین‌های ترموگرافی پیشرفته، آمادگی کامل خود را برای ارائه خدمات جامع زیر اعلام می‌دارد:

• تست و تشخیص عیوب پیشگیرانه (Preventive Testing).

• مکان‌یابی دقیق محل خطا (Fault Pinpointing) در کابل‌های دفنی.

• تعمیر و وصله تخصصی کابل‌های فشار متوسط و فشار قوی (HV/MV Splices).

• خدمات سرکابل‌زنی (Cable Termination) مطابق با استانداردهای IEC و IEEE.

برای جلوگیری از خسارات بزرگ ناشی از خرابی کابل‌ها، از خدمات تخصصی مهندسی ما در Karesheh.com بهره ببرید.