W nowoczesnych systemach energetycznych 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. W tym artykule szczegółowo zbadamy różne technologie związane z kablami wysokiego napięcia, w tym ich strukturę, klasyfikację, proces produkcyjny, charakterystykę wydajności, instalację i konserwację.
1.Podstawowa struktura 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 ciągliwość, podczas gdy aluminium jest stosunkowo tanie i lekkie. Przewodniki te są zazwyczaj w formie wielożyłowych skręconych przewodów, aby zwiększyć elastyczność.
Warstwa izolacyjna jest kluczową częścią kabla wysokiego napięcia, która odgrywa rolę w zapobieganiu wyciekom 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. Ekran wewnętrzny służy do ujednolicenia pola elektrycznego i zapobiegania uszkodzeniu warstwy izolacyjnej przez lokalne wyładowania; ekran zewnętrzny może zmniejszyć zakłócenia zewnętrznego pola elektromagnetycznego na kablu, a także zapobiec oddziaływaniu elektromagnetycznemu kabla na świat zewnętrzny.
Warstwa ochronna chroni głównie kabel przed uszkodzeniami spowodowanymi czynnikami zewnętrznymi, takimi jak uszkodzenia mechaniczne, korozja chemiczna i wnikanie wody. Zazwyczaj składa się z metalowego pancerza i zewnętrznej osłony. Metalowy pancerz może zapewnić wytrzymałość mechaniczną, a zewnętrzna osłona ma funkcje wodoodporne i antykorozyjne.
2. Klasyfikacja kabli wysokiego napięcia
W zależności od poziomu 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 (powyżej 500 kV). Kable o różnych poziomach napięcia różnią się konstrukcją, wymaganiami izolacyjnymi itp.
Z perspektywy materiałów izolacyjnych, oprócz kabli XLPE i kabli papierowo-olejowych wymienionych powyżej, istnieją również kable z gumy etylenowo-propylenowej. Kable papierowo-olejowe mają długą historię, ale ze względu na wysokie koszty konserwacji i inne powody, stopniowo zastępowano je kablami XLPE. Kabel z gumy etylenowo-propylenowej ma dobrą elastyczność i odporność na warunki atmosferyczne i nadaje się na specjalne okazje.
3. Proces produkcyjny kabla wysokiego napięcia
Produkcja kabli wysokiego napięcia jest złożonym i delikatnym procesem.
Produkcja przewodników wymaga najpierw rozciągnięcia, skręcenia i innych procesów, aby zapewnić dokładność wymiarową i właściwości mechaniczne przewodnika. Podczas procesu skręcania pasma muszą być ściśle ułożone, aby poprawić przewodność przewodnika.
Ekstruzja warstwy izolacyjnej jest jednym z kluczowych etapów. W przypadku warstwy izolacyjnej XLPE materiał XLPE jest wytłaczany w wysokiej temperaturze i równomiernie owinięty wokół przewodnika. Podczas procesu wytłaczania parametry takie jak temperatura, ciśnienie i prędkość wytłaczania muszą być ściśle kontrolowane, aby zapewnić jednorodność jakości i grubości warstwy izolacyjnej.
Warstwa ekranująca jest zazwyczaj wykonana poprzez tkanie drutu metalowego lub owijanie taśmą metalową. Procesy produkcyjne osłon wewnętrznych i zewnętrznych są nieco inne, ale oba muszą zapewnić integralność warstwy ekranującej i dobre połączenie elektryczne.
Na koniec, produkcja warstwy ochronnej obejmuje układanie metalowego pancerza i wytłaczanie zewnętrznej osłony. Metalowy pancerz powinien ściśle przylegać do kabla, a wytłaczanie zewnętrznej osłony powinno zapewnić gładki wygląd bez defektów, takich jak pęcherzyki i pęknięcia.
4. Charakterystyki eksploatacyjne kabli wysokiego napięcia
Pod względem parametrów elektrycznych kable wysokiego napięcia muszą mieć wysoką rezystancję izolacji, niskie straty dielektryczne i dobrą rezystancję napięciową. Wysoka rezystancja izolacji może skutecznie zapobiegać upływowi prądu, niskie straty dielektryczne zmniejszają utratę energii elektrycznej podczas przesyłu, a dobra rezystancja napięciowa zapewnia, że kabel może bezpiecznie działać w środowisku wysokiego napięcia.
Pod względem właściwości mechanicznych kabel powinien mieć wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie, promień gięcia i odporność na uderzenia. Podczas instalacji i eksploatacji kabel może być poddawany rozciąganiu, zginaniu i uderzeniom sił zewnętrznych. Jeśli właściwości mechaniczne są niewystarczające, łatwo jest spowodować uszkodzenie kabla.
Wydajność cieplna jest również ważnym aspektem. 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 upewnić się, że ścieżka układania kabla jest rozsądna i bezpieczna. Podczas procesu układania należy uważać, aby uniknąć nadmiernego rozciągania, zginania i wytłaczania kabla. W przypadku układania kabli na duże odległości, zwykle używa się sprzętu, takiego jak przenośniki kablowe, aby pomóc w budowie.
Produkcja złączy kablowych jest kluczowym ogniwem w procesie instalacji. Jakość złącza ma bezpośredni wpływ na niezawodność działania kabla. Podczas wykonywania złączy kabel musi zostać odizolowany, oczyszczony, podłączony i zaizolowany. Każdy etap musi być wykonywany ściśle zgodnie z wymaganiami procesu, aby zapewnić, że właściwości elektryczne i mechaniczne złącza spełniają wymagania.
Prace konserwacyjne są niezbędne dla długoterminowej stabilnej pracy kabli wysokiego napięcia. Regularne kontrole mogą szybko wykryć, czy wygląd kabla jest uszkodzony lub czy uszkodzona jest powłoka. Jednocześnie niektóre urządzenia testowe mogą być również używane do testowania wydajności izolacji i niezupełnego rozładowania kabla. Jeśli zostaną znalezione problemy, 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 i uszkodzenie połączenia. Przebicie izolacji może być spowodowane starzeniem się izolacji, częściowym rozładowaniem lub zewnętrznym przepięciem. Rozłączenie przewodu jest zwykle spowodowane mechaniczną siłą zewnętrzną lub długotrwałym przeciążeniem. Awaria połączenia może być spowodowana złym procesem produkcyjnym połączenia lub silnym nagrzewaniem podczas pracy.
Aby wykryć te usterki, istnieje wiele metod wykrywania. Wykrywanie wyładowań niezupełnych jest powszechnie stosowaną metodą. Poprzez wykrywanie sygnału generowanego przez wyładowania niezupełne w kablu można określić, czy wewnątrz kabla występują wady izolacji. Test napięcia wytrzymywanego może wykryć wytrzymałość napięciową kabla i znaleźć potencjalne problemy z izolacją. Ponadto technologia obrazowania termicznego w podczerwieni może wykryć rozkład temperatury na powierzchni kabla, aby dowiedzieć się, czy kabel ma problemy, takie jak lokalne przegrzanie.
7.Zastosowanie i kierunki rozwoju kabli wysokiego napięcia w systemach elektroenergetycznych
W systemach energetycznych kable wysokiego napięcia są szeroko stosowane w transformacji miejskiej sieci energetycznej, liniach wychodzących dużych elektrowni, podmorskiej transmisji kablowej i innych dziedzinach. W miejskich sieciach energetycznych, ze względu na ograniczoną przestrzeń, stosowanie kabli podziemnych może zaoszczędzić miejsce i poprawić piękno miasta. Linie wychodzące dużych elektrowni wymagają stosowania kabli wysokiego napięcia w celu przesyłania energii elektrycznej do odległych podstacji. Podmorski przesył kablowy może realizować transmorską transmisję mocy i zapewniać stabilne zasilanie wysp i obszarów przybrzeżnych.
Wraz z ciągłym rozwojem technologii energetycznych, kable wysokiego napięcia również wykazały pewne trendy rozwojowe. Jednym z nich jest badanie, rozwój i zastosowanie kabli o wyższych poziomach napięcia. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przesył energii na duże odległości, rozwój kabli ultrawysokiego napięcia stanie się przedmiotem zainteresowania. Drugim jest inteligencja kabli. Poprzez integrację czujników i innego sprzętu z kablem, można osiągnąć monitorowanie w czasie rzeczywistym stanu roboczego kabla i ostrzeganie o usterkach, co poprawia niezawodność działania kabla. Trzecim jest rozwój kabli przyjaznych dla środowiska. Wraz ze wzrostem wymagań ludzi w zakresie ochrony środowiska, badania i rozwój niskoemisyjnych, nadających się do recyklingu materiałów kablowych będą przyszłym kierunkiem rozwoju.
Czas publikacji: 24-09-2024