V sodobnih elektroenergetskih sistemih imajo visokonapetostni kabli ključno vlogo. Od podzemnih električnih omrežij v mestih do daljnovodov preko gora in rek, visokonapetostni kabli zagotavljajo učinkovit, stabilen in varen prenos električne energije. Ta članek bo podrobno raziskal različne tehnologije, povezane z visokonapetostnimi kabli, vključno z njihovo strukturo, razvrstitvijo, proizvodnim procesom, karakteristikami delovanja, namestitvijo in vzdrževanjem.
1.Osnovna struktura visokonapetostnih kablov
Visokonapetostni kabli so v glavnem sestavljeni iz vodnikov, izolacijskih plasti, zaščitnih plasti in zaščitnih plasti.
Prevodnik je kanal za prenos toka in je običajno izdelan iz bakra ali aluminija. Baker ima dobro prevodnost in duktilnost, medtem ko je aluminij razmeroma poceni in lahek. Ti vodniki so običajno v obliki večžilnih zvitih žic za večjo prožnost.
Izolacijska plast je ključni del visokonapetostnega kabla, ki ima vlogo pri preprečevanju uhajanja toka in izolaciji prevodnika od zunanjega sveta. Običajni izolacijski materiali vključujejo premrežen polietilen (XLPE), oljni papir itd. XLPE ima odlične električne lastnosti, toplotno odpornost in mehansko trdnost ter se pogosto uporablja v sodobnih visokonapetostnih kablih.
Zaščitni sloj je razdeljen na notranji ščit in zunanji ščit. Notranji ščit se uporablja za enotno električno polje in preprečuje, da bi lokalna razelektritev poškodovala 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 predvsem ščiti kabel pred poškodbami zaradi zunanjih dejavnikov, kot so mehanske poškodbe, kemična korozija in vdor vode. Običajno je sestavljen iz kovinskega oklepa in zunanjega ovoja. Kovinski oklep lahko zagotovi mehansko trdnost, zunanji plašč pa ima vodoodporne in protikorozijske funkcije.
2. Razvrstitev visokonapetostnih kablov
Glede na nivo napetosti lahko visokonapetostne kable razdelimo na srednjenapetostne kable (običajno 3-35kV), visokonapetostne kable (35-110kV), ultravisokonapetostne kable (110-500kV) in ultravisoke -napetostni kabli (nad 500kV). Kabli različnih napetostnih nivojev se razlikujejo po konstrukcijski zasnovi, zahtevah glede izolacije itd.
Z vidika izolacijskih materialov obstajajo poleg zgoraj omenjenih kablov iz XLPE in kablov iz oljnega papirja tudi kabli iz etilen-propilenske gume. Kabli iz oljnega papirja imajo dolgo zgodovino, vendar so jih zaradi visokih stroškov vzdrževanja in drugih razlogov postopoma nadomestili kabli iz XLPE. Kabel iz etilen propilen gume ima dobro fleksibilnost in odpornost na vremenske vplive ter je primeren za nekatere posebne priložnosti.
3. Postopek izdelave visokonapetostnega kabla
Izdelava visokonapetostnega kabla je kompleksen in občutljiv proces.
Proizvodnja prevodnikov najprej zahteva, da se bakrene ali aluminijeve surovine raztegnejo, zvijejo in drugi postopki za zagotovitev dimenzijske natančnosti in mehanskih lastnosti prevodnika. Med postopkom zvijanja morajo biti prameni pramenov tesno razporejeni, da se izboljša prevodnost prevodnika.
Ekstrudiranje izolacijske plasti je eden ključnih korakov. Za izolacijsko plast XLPE je material XLPE ekstrudiran pri visoki temperaturi in enakomerno ovit na prevodnik. Med postopkom iztiskanja je treba parametre, kot so temperatura, tlak in hitrost iztiskanja, strogo nadzorovati, da zagotovimo enakomernost kakovosti in debeline izolacijske plasti.
Zaščitni sloj je običajno narejen s tkanjem kovinske žice ali ovijanjem s kovinskim trakom. Postopek izdelave notranjega in zunanjega ščita se nekoliko razlikujeta, vendar morata oba zagotoviti celovitost zaščitne plasti in dobro električno povezavo.
Končno proizvodnja zaščitne plasti vključuje polaganje kovinskega oklepa in iztiskanje zunanjega plašča. Kovinski oklep se mora tesno prilegati kablu, iztiskanje zunanjega plašča pa mora zagotavljati gladek videz brez napak, kot so mehurčki in razpoke.
4. Značilnosti delovanja visokonapetostnih kablov
Kar zadeva električno zmogljivost, morajo imeti visokonapetostni kabli visoko izolacijsko upornost, nizko dielektrično izgubo in dobro napetostno upornost. Visoka izolacijska upornost lahko učinkovito prepreči uhajanje toka, nizka dielektrična izguba zmanjša izgubo električne energije med prenosom, dobra napetostna upornost pa zagotavlja, da lahko kabel varno deluje v visokonapetostnem okolju.
Kar zadeva mehanske lastnosti, mora imeti kabel zadostno natezno trdnost, upogibni polmer in odpornost na udarce. Med namestitvijo in delovanjem je lahko kabel izpostavljen raztezanju, upogibanju in zunanjim vplivom sile. Če so mehanske lastnosti nezadostne, je enostavno povzročiti poškodbe kabla.
Pomemben vidik je tudi toplotna učinkovitost. Kabel bo med delovanjem proizvajal toploto, zlasti če deluje pod visoko obremenitvijo. Zato mora imeti kabel dobro toplotno odpornost in mora biti sposoben normalno delovati v določenem temperaturnem območju brez težav, kot je staranje izolacije. XLPE kabel ima razmeroma dobro toplotno odpornost in lahko dolgo deluje pri višjih temperaturah.
5. Montaža in vzdrževanje visokonapetostnih kablov
Kar zadeva namestitev, je najprej treba načrtovati pot, da zagotovite, da je pot polaganja kabla razumna in varna. Med postopkom polaganja je treba paziti, da se izognete prekomernemu raztezanju, upogibanju in iztiskanju kabla. Pri polaganju kablov na dolge razdalje se kot pomoč pri gradnji običajno uporablja oprema, kot so kabelski transporterji.
Izdelava kabelskih spojk je ključni člen v procesu namestitve. Kakovost spoja 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 spoja izpolnjujejo zahteve.
Vzdrževalna dela so nujna za dolgoročno stabilno delovanje visokonapetostnih kablov. Redni pregledi lahko takoj odkrijejo, ali je poškodovan videz kabla ali je poškodovan ovoj. Hkrati se lahko nekaj preskusne opreme uporabi tudi za testiranje izolacijske učinkovitosti in delne razelektritve kabla. Če se odkrijejo težave, jih je treba pravočasno popraviti ali zamenjati.
6. Okvara in detekcija visokonapetostnih kablov
Pogoste okvare visokonapetostnih kablov vključujejo razpad izolacije, odklop vodnika in okvaro spoja. Razpad izolacije lahko povzroči staranje izolacije, delna izpraznitev ali zunanja prenapetost. Odklop prevodnika običajno povzroči mehanska zunanja sila ali dolgotrajna preobremenitev. Okvaro spoja lahko povzroči slab postopek izdelave spoja ali močno segrevanje med delovanjem.
Za odkrivanje teh napak obstaja veliko metod odkrivanja. Zaznavanje delne razelektritve je pogosto uporabljena metoda. Z zaznavanjem signala, ki ga ustvari delna razelektritev v kablu, je mogoče ugotoviti, ali so v notranjosti kabla okvare izolacije. Preskus vzdržne napetosti lahko zazna zmogljivost vzdržljive napetosti kabla in odkrije morebitne težave z izolacijo. Poleg tega lahko tehnologija infrardečega termičnega slikanja zazna porazdelitev temperature na površini kabla, da ugotovi, ali ima kabel težave, kot je lokalno pregrevanje.
7.Uporaba in trend razvoja visokonapetostnih kablov v elektroenergetskih sistemih
V elektroenergetskih sistemih se visokonapetostni kabli pogosto uporabljajo pri preoblikovanju mestnih električnih omrežij, odhodnih vodih velikih elektrarn, prenosu podmorskih kablov in na drugih področjih. V mestnih električnih omrežjih lahko zaradi omejenega prostora uporaba podzemnih kablov prihrani prostor in izboljša lepoto mesta. Odhodni vodi velikih elektrarn zahtevajo uporabo visokonapetostnih kablov za prenos električne energije do oddaljenih transformatorskih postaj. Podmorski kabelski prenos lahko uresniči prenos električne energije čez morje in zagotovi stabilno oskrbo z električno energijo za otoke in obalna območja.
Z nenehnim razvojem elektroenergetike so tudi visokonapetostni kabli pokazali nekaj razvojnih trendov. Ena je raziskava in razvoj ter uporaba kablov z višjimi napetostnimi nivoji. S povečanjem povpraševanja po prenosu električne energije na dolge razdalje se bo osredotočil razvoj ultravisokonapetostnih kablov. Druga je inteligenca kablov. Z integracijo senzorjev in druge opreme v kabel je mogoče doseči spremljanje stanja delovanja kabla v realnem času in opozarjanje na napake ter s tem izboljšati zanesljivost delovanja kabla. Tretji je razvoj okolju prijaznih kablov. Ker se zahteve ljudi po varstvu okolja povečujejo, bodo raziskave in razvoj materialov za kable z nizko stopnjo onesnaževanja, ki jih je mogoče reciklirati, prihodnja razvojna smer.
Čas objave: 24. septembra 2024