W nowoczesnych systemach elektroenergetycznych kable wysokiego napięcia odgrywają kluczową rolę. Od podziemnych sieci energetycznych w miastach po dalekosiężne linie przesyłowe przez góry i rzeki, kable wysokiego napięcia zapewniają wydajny, stabilny i bezpieczny przesył energii elektrycznej. Niniejszy artykuł szczegółowo omawia różne technologie związane z kablami wysokiego napięcia, w tym ich konstrukcję, klasyfikację, proces produkcji, parametry eksploatacyjne, instalację i konserwację.
1.Podstawowa budowa kabli wysokiego napięcia
Kable wysokiego napięcia składają się głównie z przewodników, warstw izolacyjnych, warstw ekranujących i warstw ochronnych.
Przewodnik jest kanałem przesyłowym prądu i jest zazwyczaj wykonany z miedzi lub aluminium. Miedź charakteryzuje się dobrą przewodnością i ciągliwością, podczas gdy aluminium jest stosunkowo tanie i lekkie. Przewodniki te mają zazwyczaj postać wielożyłowych skręconych przewodów, co zwiększa ich elastyczność.
Warstwa izolacyjna jest kluczowym elementem kabla wysokiego napięcia, który zapobiega upływowi prądu i izoluje przewód od środowiska zewnętrznego. Do popularnych materiałów izolacyjnych należą polietylen usieciowany (XLPE), papier olejowy itp. XLPE charakteryzuje się doskonałymi właściwościami elektrycznymi, odpornością na ciepło i wytrzymałością mechaniczną i jest szeroko stosowany w nowoczesnych kablach wysokiego napięcia.
Warstwa ekranująca dzieli się na ekranowanie wewnętrzne i zewnętrzne. Ekran wewnętrzny służy do ujednolicenia pola elektrycznego i zapobiegania uszkodzeniu warstwy izolacyjnej przez lokalne wyładowania; ekran zewnętrzny może redukować zakłócenia zewnętrznego pola elektromagnetycznego w kablu, a także zapobiegać oddziaływaniu elektromagnetycznemu kabla na środowisko zewnętrzne.
Warstwa ochronna chroni kabel głównie przed uszkodzeniami spowodowanymi czynnikami zewnętrznymi, takimi jak uszkodzenia mechaniczne, korozja chemiczna i wnikanie wody. Zazwyczaj składa się z metalowego pancerza i powłoki zewnętrznej. Metalowy pancerz zapewnia wytrzymałość mechaniczną, a powłoka zewnętrzna ma właściwości wodoodporne i antykorozyjne.
2. Klasyfikacja kabli wysokiego napięcia
Ze względu na poziom napięcia kable wysokiego napięcia można podzielić na kable średniego napięcia (zwykle 3–35 kV), kable wysokiego napięcia (35–110 kV), kable ultrawysokiego napięcia (110–500 kV) oraz kable ultrawysokiego napięcia (powyżej 500 kV). Kable o różnych poziomach napięcia różnią się konstrukcją, wymaganiami izolacyjnymi itp.
Z punktu widzenia materiałów izolacyjnych, oprócz wspomnianych powyżej kabli XLPE i kabli papierowo-olejowych, istnieją również kable z kauczuku etylenowo-propylenowego. Kable papierowo-olejowe mają długą historię, ale ze względu na wysokie koszty utrzymania i inne przyczyny, zostały stopniowo zastąpione kablami XLPE. Kable z kauczuku etylenowo-propylenowego charakteryzują się dobrą elastycznością i odpornością na warunki atmosferyczne, dzięki czemu nadają się do stosowania w niektórych sytuacjach specjalnych.
3. Proces produkcji kabla wysokiego napięcia
Produkcja kabli wysokiego napięcia jest złożonym i delikatnym procesem.
Produkcja przewodów wymaga najpierw rozciągnięcia, skręcenia i innych procesów, aby zapewnić dokładność wymiarową i właściwości mechaniczne przewodu. Podczas skręcania, pasma przewodów muszą być ściśle ułożone, aby poprawić przewodność przewodu.
Wytłaczanie warstwy izolacyjnej jest jednym z kluczowych etapów. W przypadku warstwy izolacyjnej XLPE, materiał XLPE jest wytłaczany w wysokiej temperaturze i równomiernie owijany wokół przewodu. Podczas procesu wytłaczania parametry takie jak temperatura, ciśnienie i prędkość wytłaczania muszą być ściśle kontrolowane, aby zapewnić jakość i jednorodną grubość warstwy izolacyjnej.
Warstwa ekranująca jest zazwyczaj wykonana z metalowego splotu lub taśmy metalowej. Procesy produkcyjne osłon wewnętrznych i zewnętrznych różnią się nieznacznie, ale oba muszą zapewnić integralność warstwy ekranującej i dobre połączenie elektryczne.
Na koniec, produkcja warstwy ochronnej obejmuje nałożenie metalowego pancerza i wytłoczenie powłoki zewnętrznej. Metalowy pancerz powinien ściśle przylegać do kabla, a wytłoczenie powłoki zewnętrznej powinno zapewnić gładki wygląd bez wad, takich jak pęcherze powietrza i pęknięcia.
4. Charakterystyka pracy kabli wysokiego napięcia
Pod względem parametrów elektrycznych, kable wysokiego napięcia muszą charakteryzować się wysoką rezystancją izolacji, niskimi stratami dielektrycznymi i dobrą rezystancją napięciową. Wysoka rezystancja izolacji skutecznie zapobiega upływowi prądu, niskie straty dielektryczne zmniejszają straty energii elektrycznej podczas przesyłu, a dobra rezystancja napięciowa zapewnia bezpieczną pracę kabla w środowisku wysokiego napięcia.
Pod względem właściwości mechanicznych kabel powinien charakteryzować się odpowiednią wytrzymałością na rozciąganie, odpowiednim promieniem gięcia i odpornością na uderzenia. Podczas instalacji i eksploatacji kabel może być narażony na rozciąganie, zginanie i działanie sił zewnętrznych. Jeśli właściwości mechaniczne są niewystarczające, łatwo o uszkodzenie kabla.
Istotnym aspektem jest również wydajność termiczna. Kabel będzie generował ciepło podczas pracy, zwłaszcza pod dużym obciążeniem. Dlatego kabel musi charakteryzować się dobrą odpornością termiczną i być w stanie pracować normalnie w określonym zakresie temperatur, bez problemów takich jak starzenie się izolacji. Kabel XLPE charakteryzuje się stosunkowo dobrą odpornością termiczną i może pracować długotrwale w wyższych temperaturach.
5. Montaż i konserwacja kabli wysokiego napięcia
W przypadku instalacji, pierwszym krokiem jest zaplanowanie trasy, aby zapewnić racjonalny i bezpieczny przebieg kabla. Podczas układania należy unikać nadmiernego rozciągania, zginania i wyciskania kabla. W przypadku układania kabli na duże odległości, zazwyczaj stosuje się urządzenia takie jak przenośniki kablowe, wspomagające prace budowlane.
Produkcja muf kablowych jest kluczowym elementem procesu instalacji. Jakość mufy bezpośrednio wpływa na niezawodność działania kabla. Podczas produkcji muf kabel musi zostać usunięty, oczyszczony, podłączony i zaizolowany. Każdy etap musi być wykonywany ściśle zgodnie z wymaganiami procesu, aby zapewnić, że właściwości elektryczne i mechaniczne mufy spełniają wymagania.
Prace konserwacyjne są niezbędne dla długotrwałej, stabilnej pracy kabli wysokiego napięcia. Regularne kontrole pozwalają szybko wykryć ewentualne uszkodzenia zewnętrzne lub powłoki kabla. Jednocześnie, niektóre urządzenia pomiarowe mogą być również używane do badania stanu izolacji i wyładowań niezupełnych kabla. W przypadku stwierdzenia usterek, należy je naprawić lub wymienić na czas.
6. Awarie i wykrywanie kabli wysokiego napięcia
Do typowych awarii kabli wysokiego napięcia należą przebicie izolacji, rozłączenie przewodu oraz uszkodzenie złącza. Przebicie izolacji może być spowodowane starzeniem się izolacji, niezupełnym rozładowaniem lub przepięciem zewnętrznym. Rozłączenie przewodu jest zazwyczaj spowodowane działaniem siły mechanicznej lub długotrwałym przeciążeniem. Uszkodzenie złącza może być spowodowane wadliwym procesem produkcji złącza lub nadmiernym nagrzewaniem podczas pracy.
Istnieje wiele metod wykrywania tych usterek. Powszechnie stosowaną metodą jest detekcja wyładowań niezupełnych. Detekcja sygnału generowanego przez wyładowania niezupełne w kablu pozwala określić, czy wewnątrz kabla występują wady izolacji. Badanie wytrzymałości napięciowej pozwala określić wytrzymałość napięciową kabla i wykryć potencjalne problemy z izolacją. Ponadto technologia obrazowania termicznego w podczerwieni pozwala określić rozkład temperatury na powierzchni kabla, co pozwala wykryć ewentualne problemy, takie jak lokalne przegrzanie.
7.Zastosowanie i kierunki rozwoju kabli wysokiego napięcia w systemach elektroenergetycznych
W systemach elektroenergetycznych kable wysokiego napięcia są szeroko stosowane w transformacji miejskich sieci energetycznych, liniach wychodzących dużych elektrowni, podmorskich liniach kablowych i innych dziedzinach. W miejskich sieciach energetycznych, ze względu na ograniczoną przestrzeń, zastosowanie kabli podziemnych pozwala zaoszczędzić miejsce i poprawić estetykę miasta. Linie wychodzące dużych elektrowni wymagają użycia kabli wysokiego napięcia do przesyłu energii elektrycznej do odległych podstacji. Podmorskie kable kablowe umożliwiają przesył energii elektrycznej przez morze i zapewniają stabilne zasilanie wysp i obszarów przybrzeżnych.
Wraz z ciągłym rozwojem technologii energetycznych, kable wysokiego napięcia również wykazują pewne trendy rozwojowe. Jednym z nich są badania, rozwój i zastosowanie kabli o wyższych napięciach. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przesył energii na duże odległości, rozwój kabli ultrawysokiego napięcia stanie się priorytetem. Drugim jest inteligencja kabli. Integracja czujników i innych urządzeń w kablu umożliwia monitorowanie stanu pracy kabla w czasie rzeczywistym i ostrzeganie o awariach, co poprawia jego niezawodność. Trzecim jest rozwój kabli przyjaznych dla środowiska. Wraz ze wzrostem wymagań dotyczących ochrony środowiska, badania i rozwój niskoemisyjnych, nadających się do recyklingu materiałów kablowych będą przyszłym kierunkiem rozwoju.
Czas publikacji: 24.09.2024