فناوری حسگرهای شبکه برق: چگونه کابل‌های حسگر قابلیت اطمینان و ایمنی شبکه را بهبود می‌بخشند

در یک پست 110 کیلوولت، یک مهندس دو بار در یک ماه یک رله فیدر را می بیند. هر دو بار قبل از رسیدن خدمه، عیب ناپدید می شود. این ابزار سنسورهای جریان و دما را روی خط نصب می کند. مجموعه داده ها یک کانکتور شل را شناسایی می کند که فقط در زمان اوج بار از کار می افتد. این کشف گران قیمتی نبود، اما به زنجیره کاملی از اجزا بستگی داشت، از خود سنسور گرفته تا کابلی که سیگنال را به ایستگاه فرعی می رساند.

مورد عملی برای فناوری حسگرهای شبکه برق

فناوری حسگرهای شبکه برق دیگر یک افزونه اختیاری برای شرکت‌های برق یا کاربران برق صنعتی نیست. این پایه و اساس محلی سازی خطا، نگهداری پیش بینی شده و مدیریت بار پویا است. اما این فناوری تنها زمانی ارزش ارائه می دهد که زنجیره اندازه گیری کامل کار کند و این زنجیره شامل کابل نیز می شود.

محرک های اولیه ساده هستند. شرکت های آب و برق با قدیمی شدن دارایی ها، بودجه های محدودتر و افزایش انتظارات برای قابلیت اطمینان شبکه مواجه هستند. به جای اعزام خدمه برای گشت زنی در هر کیلومتر از یک فیدر، آنها می توانند تعداد کمی حسگر نصب کنند که به طور مداوم جریان، دما، لرزش یا تخلیه جزئی را اندازه گیری می کند. داده ها ناهنجاری هایی را نشان می دهند که برای بازرسی بصری قابل مشاهده نیستند.

هنگامی که زنجیره اندازه گیری به طور قابل اعتماد کار می کند، نتیجه زمان کوتاه تر برای بازیابی خدمات، استفاده بهتر از دارایی و بازدیدهای غیر ضروری تعمیر و نگهداری کمتر است. سرمایه گذاری معمولاً با یک قطع اجتناب شده توجیه می شود.

فناوری حسگرهای شبکه برق در واقع چه می کند

استقرار حسگر شبکه به چند مورد استفاده تکرارپذیر تقسیم می شود. درک هر یک به روشن شدن اولویت های مشخصات کمک می کند:

• تشخیص عیب و محلی سازی: سنسورهای فعلی روی فیدرها اتصال کوتاه را تشخیص می‌دهند و خدمه را دقیقاً به بخش خط هدایت می‌کنند و زمان صرف شده برای راه رفتن در راهرو را کاهش می‌دهند.
• نظارت بر وضعیت: سنسورهای تخلیه جزئی خرابی عایق را قبل از خراب شدن تشخیص می دهند، به خصوص در کابل های زیرزمینی.
• رتبه بندی خط پویا: سنسورهای دما روی هادی ها از داده های حرارتی بلادرنگ برای محاسبه ظرفیت ایمن واقعی یک خط استفاده می کنند و به شرکت های برق اجازه می دهد آن را تا سقف در روزهای سردتر بارگذاری کنند.
• مانیتورینگ ترانسفورماتور و تابلو برق: حسگرهای لرزش و دما سلامت مکانیکی و حرارتی دارایی‌های پرهزینه را ردیابی می‌کنند و از تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط پشتیبانی می‌کنند.
• اندازه گیری کیفیت توان: سنسورهای ولتاژ و هارمونیک داده های مورد نیاز برای پاسخ به شکایات مشتریان و مطالعات شبکه توزیع خوراک را فراهم می کنند.

هر یک از این موارد استفاده با سیگنالی خاتمه می یابد که باید به یک دیتالاگر، RTU یا دروازه برسد. این مسیر سیگنال جایی است که یک کابل نامناسب می تواند کل سرمایه گذاری حسگر را خراب کند. یک سپر با پوشش ناکافی، یک ماده ژاکت که در برابر استرس محیطی اشتباه مقاومت می کند، یا عدم تطابق امپدانس می تواند اندازه گیری با دقت بالا را به داده های گمراه کننده تبدیل کند.

کابل های سیگنال سنسور برای انتقال دقیق سیگنال در سطح پایین این کابل های دقیق برای انتقال سیگنال های میلی ولت یا میلی آمپر از سنسورها به سیستم های کنترل طراحی شده اند. محافظ و ظرفیت کم آنها یکپارچگی سیگنال را در محیط های پست با تداخل الکترومغناطیسی تضمین می کند. مشاهده محصول →

به همین دلیل، شرکت‌ها و یکپارچه‌کننده‌های سیستم به‌طور فزاینده‌ای کابل‌های سیگنال سنسور اختصاصی را مشخص می‌کنند که با ظرفیت خازنی کم و رد تداخل الکترومغناطیسی خوب طراحی شده‌اند. این کابل ها سیم های معمولی ساختمان نیستند. آنها برای وفاداری سیگنال پیوسته در حضور گذرگاه های تابلو و میدان های 50/60 هرتز ساخته شده اند.

مقایسه فناوری‌های حسگر: آنچه داده‌ها به شما می‌گویند

بازار حسگرها گسترده است و فناوری های مختلف کیفیت متفاوتی از اطلاعات را برمی گرداند. جدول زیر یک نمای کلی از رایج ترین انواع مورد استفاده در نظارت بر شبکه ارائه می دهد.

ستون آخر جایی است که تیم های مهندسی اغلب با هم اختلاف نظر دارند. یک سنسور دما می‌تواند تا 0.5 درجه سانتی‌گراد دقیق باشد، اما اگر سیم سرب آن در معرض تداخل الکترومغناطیسی بالا باشد، مقدار ثبت‌شده در ثبت‌کننده داده می‌تواند از دمای رسانا واقعی دور باشد. بنابراین محیط نصب، مشخصات سنسور را مستقیماً به مشخصات کابل وابسته می کند.

سیستم کابل بخشی از استقرار سنسور است

سنسورها در بسیاری از محیط های فیزیکی مختلف نصب می شوند. برخی روی هادی های برقی روی دکل انتقال می نشینند. برخی دیگر در داخل یک اتاقک تابلو برق نزدیک ترانسفورماتور قدرت می نشینند. گروه سوم در منهول ها در طول مسیر توزیع زیرزمینی مدفون شده اند. هر محیطی نیاز کابل متفاوتی را ایجاد می کند.

برای سنسورهای نصب شده بر روی قطب در فضای باز، کابل سیگنال باید در برابر اشعه UV، باران و نوسانات دمایی زیاد مقاومت کند. برای تاسیسات پست، کابل باید میدان های مغناطیسی قوی و افزایش ناگهانی ولتاژ را تحمل کند. برای کاربردهای زیرزمینی، مقاومت در برابر رطوبت و محافظت در برابر جوندگان از دقت سیگنال مهم تر است.

در جایی که حسگرها نیاز به ارتباط در فواصل طولانی در یک شبکه ولتاژ بالا دارند، یک کابل کامپوزیت فیبر نوری می تواند هادی های برق را با فیبرهای ارتباطی در یک غلاف واحد ترکیب کند. این طراحی نیاز به زیرساخت‌های ارتباطی جداگانه را کاهش می‌دهد و اغلب قابلیت اطمینان را در محیط‌های در معرض ایستگاه پست بهبود می‌بخشد.

کابل های کامپوزیت فیبر نوری ترکیبی از برق و ارتباطات کابل های هیبریدی فیبرهای نوری را با هادی های برق در یک غلاف ادغام می کنند و پیچیدگی نصب را کاهش می دهند و قابلیت اطمینان را برای ارتباطات حسگرهای مسافت طولانی در شبکه های ولتاژ بالا بهبود می بخشند. مشاهده محصول →

همچنین یک مزیت عملی برای تیم های پروژه ایجاد می کند. به جای هماهنگ کردن یک کشش فیبر مجزا و یک کشش کابل برق با دو خدمه نصب مختلف، ساختار کامپوزیت اجازه می دهد تا یک کابل منفرد ترانچ یا بندکشی شود. این باعث صرفه جویی در نیروی کار و حذف یک عنصر از خطر برنامه ریزی می شود.

انتخاب سنسور و ترکیب مناسب کابل

تصمیمات تدارکاتی برای سیستم های نظارت بر شبکه اغلب بر هزینه سنسور و برند متمرکز است. با این حال، کابل اغلب به عنوان یک مورد پیش فرض باقی می ماند و بعداً در هنگام عیب یابی راه اندازی جایگزین می شود.

یک راه عملی برای جلوگیری از آن، بررسی سه پارامتر قبل از سفارش است:

1. نوع سیگنال: پروتکل های آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر و دیجیتال مانند Modbus یا DNP3 به ساختارهای کابل متفاوتی نیاز دارند. حلقه های آنالوگ به یک جفت پیچ خورده دو هسته ای با سپر نیاز دارند. شبکه های دیجیتال ممکن است حساسیت کمتری نسبت به اندازه هادی داشته باشند اما حساسیت بیشتری نسبت به ظرفیت خازنی دارند.
2. رتبه بندی زیست محیطی: روکش کابل را از نظر محدوده دما، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، مقاومت در برابر روغن و بازدارندگی شعله بررسی کنید. کابلی که در اتاق کنترل تحت کنترل آب و هوا کار می کند برای جعبه اتصال بالای قطب مناسب نیست.
3. مسیر نصب: کابل‌های زیرزمینی نیاز به طرح‌های ضد آب یا زره‌دار دارند. در ترانشه کابل در کنار کابل های برق، جداسازی و محافظ مهمتر از مقاومت هادی است.

کابل های کنترل اغلب به عنوان رابط بین جعبه های اتصال سنسور و واحد پایانه راه دور (RTU) در یک پست عمل می کنند. کابل کنترل ضد شعله با دود کم و خواص بدون هالوژن خطر آتش سوزی را کاهش می دهد و در عین حال محافظت مکانیکی مورد نیاز در مکان های سخت را فراهم می کند.

کابل های کنترل کم دود بدون هالوژن برای اتصالات پست کابل‌های کنترل ضد شعله با دود کم و خواص بدون هالوژن، حفاظت مکانیکی و کاهش خطر آتش‌سوزی را به عنوان رابط بین جعبه‌های اتصال سنسور و واحدهای پایانه راه دور فراهم می‌کنند. مشاهده محصول →

برای تیم هایی که از IEC 61850 یا معماری های ارتباطی مشابه استفاده می کنند، کابل باید از پهنای باند و فاصله مورد نیاز پشتیبانی کند. انتخاب کابلی با اندازه هادی بزرگتر از حد لازم می تواند ارتقاءهای آینده را بدون اضافه کردن هزینه زیادی به پروژه کلی حسگر ساده کند.

فناوری حسگر شبکه به کجا می رود

مرحله بعدی تمرین صنعتی احتمالاً حسگرهای توزیع شده را با تجزیه و تحلیل به جای اضافه کردن تجهیزات نظارتی مستقل بیشتر ترکیب می کند. الگوریتم‌های رتبه‌بندی خط پویا از قبل از داده‌های آب‌وهوا و سنسورهای دمای رسانا برای هدایت تصمیم‌های ارسال استفاده می‌کنند. داده‌های تخلیه جزئی با پایگاه‌های داده مدیریت دارایی ادغام می‌شوند تا جایگزینی کابل را نسبت به تعمیر راکتیو اولویت‌بندی کنند.

پهپادها و دوربین‌های حرارتی پوشش بازرسی‌های خطوط هوایی را افزایش می‌دهند، اما عکس‌های فوری ارائه می‌کنند، نه داده‌های مداوم. حسگرهای دائمی و بررسی های دوره ای پهپادها به طور فزاینده ای به عنوان ابزار مکمل در نظر گرفته می شوند. سنسور خط مبنا را تعیین می‌کند و پهپاد نقاط پرت را انتخاب می‌کند.

برای یک تولید کننده کابل، مهم ترین تغییر به سمت زنجیره های حسگر طولانی تر و مسیرهای ارتباطی پیچیده تر است. شرکت های برق خواستار محصولات ساده و مستحکم هستند که در محیط نصب دوام بیاورند. آنجاست راه حل های اتوماسیون کمک می کند تا مشخص شود کدام کابل ها و اجزای الکتریکی به هم تعلق دارند. در مناطق صنعتی خشن، همین اصل اعمال می شود و راهنمایی در مورد اطمینان از ایمنی با کابل های ابزار دقیق یک مرجع مفید برای مهندسانی که روی بهسازی سنسورها کار می کنند ارائه می دهد.

فناوری حسگرهای شبکه برق که به درستی مستقر شده است، یک مدل تعمیر و نگهداری واکنشی را به یک مدل پیشگیرانه تبدیل می کند. بازده نه تنها در قطعی های اجتناب شده بلکه در استفاده بهتر از دارایی و عملیات میدانی ایمن سنجیده می شود. از سر حسگر تا پایانه در اتاق کنترل، هر اتصال مهم است.