V sodobnih elektroenergetskih sistemih imajo ključno vlogo visokonapetostni kabli. Od podzemnih električnih omrežij v mestih do daljnovodov na dolge razdalje po gorah in rekah, visokonapetostni kabli zagotavljajo učinkovit, stabilen in varen prenos električne energije. Ta članek bo poglobljeno raziskal različne tehnologije, povezane z visokonapetostnimi kabli, vključno z njihovo strukturo, klasifikacijo, proizvodnim postopkom, značilnostmi zmogljivosti, namestitvijo in vzdrževanjem.
1.Bazična struktura visokonapetostnih kablov
Visokonapetostni kabli so v glavnem sestavljeni iz prevodnikov, izolacijskih plasti, zaščitnih plasti in zaščitnih plasti.
Vodnik je prenosnik za tok in je običajno izdelan iz bakra ali aluminija. Baker ima dobro prevodnost in duktilnost, medtem ko je aluminij razmeroma nizka stroškov in svetlobe. Ti prevodniki so na splošno v obliki večkratnih žic z zasukanimi žicami, da povečajo prožnost.
Izolacijski sloj je ključni del visokonapetostnega kabla, ki ima vlogo pri preprečevanju uhajanja trenutnega in izolacije prevodnika iz zunanjega sveta. Običajni izolacijski materiali vključujejo navzkrižno povezan polietilen (XLPE), oljni papir itd. XLPE ima odlične električne lastnosti, toplotno odpornost in mehansko trdnost ter se pogosto uporablja v sodobnih visokonapetostnih kablih.
Zaščitna plast je razdeljena na notranje zaščito in zunanjo zaščito. Notranji ščit se uporablja za enotno električno polje in prepreči, da bi lokalni izpust poškodoval izolacijsko plast; Zunanji ščit lahko zmanjša motnje zunanjega elektromagnetnega polja na kablu in tudi prepreči, da bi kabel imel elektromagnetni vpliv na zunanji svet.
Zaščitna plast v glavnem ščiti kabel pred poškodbami z zunanjimi dejavniki, kot so mehanska poškodba, kemična korozija in vdor vode. Običajno je sestavljen iz kovinskega oklepa in zunanjega plašča. Kovinski oklep lahko zagotavlja mehansko trdnost, zunanji plašč pa ima vodoodporene in protikorozijske funkcije.
2. Klasifikacija visokonapetostnih kablov
Glede na stopnjo napetosti lahko visokonapetostni kabli razdelimo na srednje napetostne kable (na splošno 3-35kV), visokonapetostni kabli (35-110kV), ultra visoke napetostne kable (110-500kV) in ultra-visoke kable (nad 500KV). Kabli različnih ravni napetosti se razlikujejo po strukturnem oblikovanju, izolacijskih zahtevah itd.
Z vidika izolacijskih materialov poleg zgoraj omenjenih kablov XLPE in oljnih papirnih kablov obstajajo tudi etilen-propilenski kabli. Oljni kabli imajo dolgo zgodovino, vendar so zaradi visokih stroškov vzdrževanja in drugih razlogov postopoma zamenjali kabli XLPE. Etilen propilen gumijast kabel ima dobro prožnost in vremensko odpornost in je primeren za nekatere posebne priložnosti.
3. Proces izdelave visokonapetostnih kablov
Proizvodnja visokonapetostnega kabla je zapleten in občutljiv postopek.
Proizvodnja prevodnikov najprej zahteva, da se bakrene ali aluminijaste surovine raztegnejo, zasukajo in drugi procesi, da se zagotovi dimenzijska natančnost in mehanske lastnosti vodnika. Med postopkom zvijanja morajo biti prameni pramenov tesno razporejeni za izboljšanje prevodnosti dirigenta.
Ekstruzija izolacijske plasti je eden ključnih korakov. Za izolacijsko plast XLPE se material XLPE ekstrudira pri visoki temperaturi in enakomerno zavit na prevodnik. Med postopkom ekstrudiranja je treba parametre, kot so temperatura, tlak in hitrost ekstrudiranja, strogo nadzorovati, da se zagotovi enakomernost kakovosti in debeline izolacijske plasti.
Zaščitna plast je običajno narejena s tkanjem kovinske žice ali zavijanjem kovinskih trakov. Proizvodni procesi notranjega in zunanjega ščita so nekoliko drugačni, vendar morata zagotoviti celovitost zaščitne plasti in dobro električno povezavo.
Končno proizvodnja zaščitne plasti vključuje polaganje kovinskega oklepa in ekstruzijo zunanjega plašča. Kovinski oklep naj bi se močno prilegal na kabel, ekstruzija zunanjega plašča pa mora zagotoviti gladek videz brez napak, kot so mehurčki in razpoke.
4. Značilnosti zmogljivosti visokonapetostnih kablov
Glede na električne zmogljivosti morajo imeti visokonapetostni kabli imeti visoko izolacijsko odpornost, nizko dielektrično izgubo in dobro napetostno upornost. Visoka izolacijska odpornost lahko učinkovito prepreči uhajanje toka, nizka dielektrična izguba zmanjša izgubo električne energije med prenosom, dobra upornost napetosti pa zagotavlja, da lahko kabel varno deluje v visokonapetostnem okolju.
Glede na mehanske lastnosti bi moral kabel imeti zadostno natezno trdnost, polmer upogiba in odpornost na udarce. Med namestitvijo in delovanjem je kabel lahko podvržen raztezanju, upogibanju in zunanjem udarcu sile. Če so mehanske lastnosti nezadostne, je enostavno povzročiti poškodbe kabla.
Toplotna zmogljivost je tudi pomemben vidik. Kabel bo med delovanjem ustvaril toploto, še posebej, če deluje pod veliko obremenitvijo. Zato mora kabel imeti dobro toplotno odpornost in biti sposoben normalno delovati v določenem temperaturnem območju brez težav, kot je staranje izolacije. Kabel XLPE ima relativno dobro toplotno upornost in lahko dolgo deluje pri višjih temperaturah.
5. Namestitev in vzdrževanje visokonapetostnih kablov
Glede namestitve je prva stvar, da načrtujete pot, da se zagotovi, da je pot polaganja kabla razumna in varna. Med postopkom polaganja je treba paziti, da se izognete pretiranemu raztezanju, upogibanju in ekstrudiranju kabla. Za polaganje kablov na dolge razdalje se za pomoč pri gradnji običajno uporablja oprema, kot so kabelski transporterji.
Proizvodnja kabelskih sklepov je ključna povezava v postopku namestitve. Kakovost sklepa neposredno vpliva na zanesljivost delovanja kabla. Pri izdelavi spojev je treba kabel odstraniti, očistiti, povezati in izolirati. Vsak korak je treba izvesti strogo v skladu z zahtevami postopka, da se zagotovi, da električne in mehanske lastnosti sklepa izpolnjujejo zahteve.
Vzdrževalna dela so bistvenega pomena za dolgoročno stabilno delovanje visokonapetostnih kablov. Redni pregledi lahko takoj zaznajo, ali je videz kabla poškodovan ali je plašč poškodovan. Hkrati se lahko uporabi tudi nekatera preskusna oprema za testiranje izolacijske zmogljivosti in delnega praznjenja kabla. Če najdete težave, jih je treba pravočasno popraviti ali zamenjati.
6. ODGOVOR in odkrivanje visokonapetostnih kablov
Pogoste okvare visokonapetostnih kablov vključujejo razčlenitev izolacije, odklop prevodnika in odpoved sklepov. Razčlenitev izolacije lahko povzroči staranje izolacije, delni izcedek ali zunanja prenapetost. Prekinitev prevodnika običajno povzroči mehanska zunanja sila ali dolgotrajna preobremenitev. Neuspeh sklepov lahko povzroči slab postopek izdelave sklepov ali hudo ogrevanje med delovanjem.
Za odkrivanje teh napak obstaja veliko metod odkrivanja. Delno odkrivanje praznjenja je pogosto uporabljena metoda. Z zaznavanjem signala, ki nastane z delnim praznjenjem v kablu, je mogoče ugotoviti, ali obstajajo izolacijske napake znotraj kabla. Preskus napetosti vzdržuje lahko zaznavanje napetostne zmogljivosti kabla in najde morebitne izolacijske težave. Poleg tega lahko infrardeča tehnologija toplotnega slikanja zazna porazdelitev temperature na površini kabla, tako da ugotovi, ali ima kabel težave, kot je lokalno pregrevanje.
7. Trend uporabe in razvoja visokonapetostnih kablov v elektroenergetskih sistemih
V napajalnih sistemih se visokonapetostni kabli pogosto uporabljajo pri preoblikovanju mestnega električnega omrežja, odhodnih linijah velikih elektrarn, prenosu podmorskega kabla in drugih poljih. V Urban Power Gridi lahko zaradi omejenega prostora uporaba podzemnih kablov prihrani prostor in izboljša lepoto mesta. Odhodne črte velikih elektrarn zahtevajo uporabo visokonapetostnih kablov za prenos električne energije na oddaljene podpostaje. Prenos podmorskega kabla lahko uresniči medsemorski prenos električne energije in zagotavlja stabilno napajanje za otoke in obalna območja.
Z neprekinjenim razvojem tehnologije električne energije so tudi visokonapetostni kabli pokazali tudi nekatere razvojne trende. Ena je raziskava in razvoj ter uporaba kablov z višjimi napetostnimi stopnjami. S povečanjem povpraševanja po prenosu moči na dolge razdalje bo razvoj ultra visokih napetostnih kablov postal poudarek. Drugi je inteligenca kablov. Z vključevanjem senzorjev in druge opreme v kabel je mogoče doseči v realnem času spremljanje obratovalnega stanja kabla in opozorilom o napaki, s čimer se izboljša zanesljivost delovanja kabla. Tretji je razvoj okolju prijaznih kablov. Ko se bodo zahteve ljudi po varstvu okolja povečale, bodo raziskave in razvoj nizko onesnaževanja kabelskih materialov, ki jih je mogoče reciklirati, prihodnja razvojna smer.
Čas objave: september-2010-2024