W nowoczesnych systemach elektroenergetycznych kable wysokiego napięcia odgrywają kluczową rolę. Od podziemnych sieci energetycznych w miastach po dalekobieżne linie przesyłowe przebiegające przez góry i rzeki – kable wysokiego napięcia zapewniają wydajny, stabilny i bezpieczny przesył energii elektrycznej. W tym artykule szczegółowo omówimy różne technologie związane z kablami wysokiego napięcia, w tym ich strukturę, klasyfikację, proces produkcyjny, charakterystykę działania, 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 zwykle wykonany z miedzi lub aluminium. Miedź ma dobrą przewodność i plastyczność, podczas gdy aluminium jest stosunkowo tanie i lekkie. Przewodniki te mają zazwyczaj postać wielożyłowych skręconych drutów, aby zwiększyć elastyczność.
Warstwa izolacyjna jest kluczową częścią kabla wysokiego napięcia, która odgrywa rolę w zapobieganiu upływom prądu i izolowaniu przewodnika od świata zewnętrznego. Typowe materiały izolacyjne obejmują usieciowany polietylen (XLPE), papier olejowy itp. XLPE ma doskonałe właściwości elektryczne, odporność na ciepło i wytrzymałość mechaniczną i jest szeroko stosowany w nowoczesnych kablach wysokiego napięcia.
Warstwa ekranująca dzieli się na ekranowanie wewnętrzne i ekranowanie zewnętrzne. Wewnętrzna osłona służy do ujednolicenia pola elektrycznego i zapobiegania miejscowemu wyładowaniu niszczącemu warstwę izolacyjną; Zewnętrzny ekran może zmniejszyć zakłócenia zewnętrznego pola elektromagnetycznego na kablu, a także zapobiec wpływowi elektromagnetycznemu kabla na świat zewnętrzny.
Warstwa ochronna chroni kabel przede wszystkim przed uszkodzeniami spowodowanymi czynnikami zewnętrznymi, takimi jak uszkodzenia mechaniczne, korozja chemiczna i wnikanie wody. Zwykle składa się z metalowego pancerza i zewnętrznej osłony. Metalowy pancerz może zapewnić wytrzymałość mechaniczną, a zewnętrzna osłona 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) i kable ultrawysokiego napięcia. -kable napięciowe (powyżej 500kV). Kable o różnych poziomach napięcia różnią się konstrukcją, wymaganiami izolacyjnymi itp.
Z punktu widzenia materiałów izolacyjnych, oprócz wspomnianych powyżej kabli XLPE i kabli olejowo-papierowych, istnieją również kable z gumy etylenowo-propylenowej. Kable olejowo-papierowe mają długą historię, ale ze względu na wysokie koszty utrzymania i z innych powodów są stopniowo zastępowane kablami XLPE. Kabel z gumy etylenowo-propylenowej ma dobrą elastyczność i odporność na warunki atmosferyczne i nadaje się na specjalne okazje.
3. Proces wytwarzania kabla wysokiego napięcia
Produkcja kabli wysokiego napięcia jest złożonym i delikatnym procesem.
Produkcja przewodników wymaga przede wszystkim rozciągania, skręcania surowców miedzianych lub aluminiowych i innych procesów zapewniających dokładność wymiarową i właściwości mechaniczne przewodnika. Podczas procesu skręcania żyły muszą być ściśle ułożone, aby poprawić przewodność przewodnika.
Wytłaczanie warstwy izolacyjnej jest jednym z kluczowych etapów. W przypadku warstwy izolacyjnej XLPE materiał XLPE jest wytłaczany w wysokiej temperaturze i równomiernie owijany na przewodniku. Podczas procesu wytłaczania parametry takie jak temperatura, ciśnienie i prędkość wytłaczania muszą być ściśle kontrolowane, aby zapewnić jednolitość jakości i grubości warstwy izolacyjnej.
Warstwa ekranująca jest zwykle wykonywana poprzez tkanie drutu metalowego lub owijanie taśmą metalową. Procesy produkcyjne osłony wewnętrznej i zewnętrznej różnią się nieco, ale w obu przypadkach należy zapewnić integralność warstwy ekranującej i dobre połączenie elektryczne.
Wreszcie produkcja warstwy ochronnej obejmuje ułożenie metalowego pancerza i wytłoczenie zewnętrznej powłoki. Metalowy pancerz powinien ściśle przylegać do kabla, a wytłoczenie zewnętrznej powłoki powinno zapewniać gładki wygląd bez defektów, takich jak pęcherzyki i pęknięcia.
4. Charakterystyki użytkowe kabli wysokiego napięcia
Pod względem parametrów elektrycznych kable wysokiego napięcia muszą charakteryzować się wysoką rezystancją izolacji, niskimi stratami dielektrycznymi i dobrą odpornością na napięcie. Wysoka rezystancja izolacji może skutecznie zapobiegać upływom prądu, niskie straty dielektryczne zmniejszają straty energii elektrycznej podczas transmisji, a dobra odporność napięciowa zapewnia bezpieczną pracę kabla w środowisku wysokiego napięcia.
Pod względem właściwości mechanicznych kabel powinien mieć wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie, promień zgięcia i odporność na uderzenia. Podczas montażu i eksploatacji kabel może być narażony na rozciąganie, zginanie i działanie sił zewnętrznych. Jeśli właściwości mechaniczne są niewystarczające, łatwo jest spowodować uszkodzenie kabla.
Ważnym aspektem jest także wydajność cieplna. Kabel będzie generował ciepło podczas pracy, szczególnie podczas pracy pod dużym obciążeniem. Dlatego kabel musi mieć dobrą odporność na ciepło i być w stanie normalnie pracować w określonym zakresie temperatur bez problemów, takich jak starzenie się izolacji. Kabel XLPE ma stosunkowo dobrą odporność na ciepło i może pracować przez długi czas w wyższych temperaturach.
5. Montaż i konserwacja kabli wysokiego napięcia
Jeśli chodzi o instalację, pierwszą rzeczą do zrobienia jest zaplanowanie ścieżki, aby zapewnić rozsądną i bezpieczną ścieżkę ułożenia kabla. Podczas układania należy zachować ostrożność, aby uniknąć nadmiernego rozciągania, zginania i wyciskania kabla. W przypadku układania kabli na duże odległości zwykle wykorzystuje się sprzęt taki jak przenośniki kablowe, które pomagają w budowie.
Produkcja złączy kablowych jest kluczowym ogniwem w procesie instalacji. Jakość złącza wpływa bezpośrednio na niezawodność działania kabla. Podczas wykonywania złączy kabel należy rozebrać, oczyścić, podłączyć i zaizolować. Każdy etap należy przeprowadzić ściśle według wymagań procesu, aby zapewnić, że właściwości elektryczne i mechaniczne złącza spełniają te wymagania.
Prace konserwacyjne są niezbędne dla długotrwałej i stabilnej pracy kabli wysokiego napięcia. Regularne kontrole mogą szybko wykryć, czy wygląd kabla lub jego osłona nie uległy uszkodzeniu. Jednocześnie można zastosować niektóre urządzenia testujące do sprawdzenia wydajności izolacji i częściowego wyładowania kabla. Jeśli zostaną znalezione problemy, należy je naprawić lub wymienić na czas.
6. Awaria i wykrywanie kabli wysokiego napięcia
Typowe awarie kabli wysokiego napięcia obejmują uszkodzenie izolacji, odłączenie przewodu i awarię złącza. Awaria izolacji może być spowodowana starzeniem się izolacji, wyładowaniem niezupełnym lub zewnętrznym przepięciem. Odłączenie przewodu jest zwykle spowodowane mechaniczną siłą zewnętrzną lub długotrwałym przeciążeniem. Uszkodzenie złącza może być spowodowane złym procesem produkcji złącza lub silnym nagrzewaniem podczas pracy.
Istnieje wiele metod wykrywania tych usterek. Powszechnie stosowaną metodą jest wykrywanie wyładowań niezupełnych. Wykrywając sygnał generowany przez wyładowania niezupełne w kablu, można określić, czy wewnątrz kabla nie występują defekty izolacji. Test napięcia wytrzymywanego umożliwia wykrycie wytrzymałości na napięcie kabla i wykrycie potencjalnych problemów z izolacją. Ponadto technologia termowizyjna w podczerwieni może wykryć rozkład temperatury na powierzchni kabla, aby dowiedzieć się, czy kabel nie ma problemów, takich 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 miejskiej sieci energetycznej, liniach wychodzących dużych elektrowni, podmorskiej transmisji kablowej i innych dziedzinach. W miejskich sieciach elektroenergetycznych, ze względu na ograniczoną przestrzeń, zastosowanie kabli podziemnych może zaoszczędzić miejsce i poprawić piękno miasta. Linie odpływowe dużych elektrowni wymagają stosowania kabli wysokiego napięcia do przesyłania energii elektrycznej do odległych podstacji. Podmorska transmisja kablowa może realizować transgraniczny przesył energii i zapewniać stabilne zasilanie wysp i obszarów przybrzeżnych.
Wraz z ciągłym rozwojem technologii elektroenergetycznej, kable wysokiego napięcia również wykazały pewne trendy rozwojowe. Jednym z nich są badania, rozwój i zastosowanie kabli o wyższych poziomach napięcia. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przesyłanie energii na duże odległości, w centrum uwagi stanie się rozwój kabli ultrawysokiego napięcia. Drugim jest inteligencja kabli. Dzięki zintegrowaniu czujników i innego sprzętu z kablem można monitorować w czasie rzeczywistym stan działania kabla i ostrzegać o usterkach, poprawiając w ten sposób niezawodność działania kabla. Trzeci to rozwój kabli przyjaznych dla środowiska. W miarę wzrostu wymagań ludzi w zakresie ochrony środowiska, przyszłym kierunkiem rozwoju będą badania i rozwój materiałów kablowych o niskim poziomie zanieczyszczeń i nadających się do recyklingu.
Czas publikacji: 24 września 2024 r