V sodobnih elektroenergetskih sistemih imajo visokonapetostni kabli ključno vlogo. Od podzemnih elektroenergetskih omrežij v mestih do daljnovodov na dolge razdalje čez gore in reke, 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, klasifikacijo, proizvodnim procesom, lastnostmi delovanja, namestitvijo in vzdrževanjem.
1. Osnovna struktura visokonapetostnih kablov
Visokonapetostni kabli so v glavnem sestavljeni iz vodnikov, izolacijskih plasti, zaščitnih plasti in zaščitnih plasti.
Vodnik je prenosni kanal za tok in je običajno izdelan iz bakra ali aluminija. Baker ima dobro prevodnost in duktilnost, medtem ko je aluminij relativno poceni in lahek. Ti vodniki so običajno v obliki večnitnih zasukanih žic za večjo fleksibilnost.
Izolacijska plast je ključni del visokonapetostnega kabla, ki igra vlogo pri preprečevanju uhajanja toka in izolaciji vodnika od zunanjega sveta. Med običajne izolacijske materiale spadajo zamreženi 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 notranjo in zunanjo zaščito. Notranja zaščita zagotavlja enakomernost električnega polja in preprečuje, da bi lokalna razelektritev poškodovala izolacijsko plast; zunanja zaščita pa lahko zmanjša motnje zunanjega elektromagnetnega polja na kablu in prepreči elektromagnetni vpliv kabla na zunanji svet.
Zaščitna plast ščiti kabel predvsem pred poškodbami zaradi zunanjih dejavnikov, kot so mehanske poškodbe, kemična korozija in vdor vode. Običajno je sestavljena iz kovinskega oklepa in zunanjega plašča. Kovinski oklep lahko zagotavlja mehansko trdnost, zunanji plašč pa ima vodoodporne in protikorozijske funkcije.
2. Razvrstitev visokonapetostnih kablov
Glede na napetostni nivo lahko visokonapetostne kable razdelimo na srednjenapetostne kable (običajno 3–35 kV), visokonapetostne kable (35–110 kV), ultra visokonapetostne kable (110–500 kV) in ultra visokonapetostne kable (nad 500 kV). Kabli različnih napetostnih nivojev se razlikujejo po strukturni zasnovi, zahtevah po izolaciji itd.
Z vidika izolacijskih materialov poleg zgoraj omenjenih XLPE kablov in oljno-papirnih kablov obstajajo tudi kabli iz etilen-propilenske gume. Oljno-papirni kabli imajo dolgo zgodovino, vendar so jih zaradi visokih stroškov vzdrževanja in drugih razlogov postopoma nadomestili XLPE kabli. Kabel iz etilen-propilenske gume ima dobro prožnost in odpornost na vremenske vplive ter je primeren za nekatere posebne priložnosti.
3. Postopek izdelave visokonapetostnega kabla
Proizvodnja visokonapetostnih kablov je zapleten in občutljiv postopek.
Za izdelavo prevodnikov je treba najprej bakrene ali aluminijaste surovine raztegniti, zviti in izvesti druge postopke, da se zagotovi dimenzijska natančnost in mehanske lastnosti prevodnika. Med postopkom zvijanja morajo biti prameni tesno razporejeni, da se izboljša prevodnost prevodnika.
Ekstruzija izolacijske plasti je eden ključnih korakov. Pri izolacijski plasti XLPE se material XLPE ekstrudira pri visoki temperaturi in enakomerno ovije na prevodnik. Med postopkom ekstrudiranja je treba strogo nadzorovati parametre, kot so temperatura, tlak in hitrost ekstrudiranja, da se zagotovi kakovost in enakomernost debeline izolacijske plasti.
Zaščitna plast je običajno izdelana s tkanjem iz kovinske žice ali ovijanjem s kovinskim trakom. Proizvodna procesa notranjega in zunanjega ščita se nekoliko razlikujeta, vendar morata oba zagotoviti celovitost zaščitne plasti in dobro električno povezavo.
Končno, izdelava zaščitne plasti vključuje polaganje kovinskega oklepa in ekstruzijo zunanjega plašča. Kovinski oklep se mora tesno prilegati kablu, ekstruzija zunanjega plašča pa mora zagotavljati gladek videz brez napak, kot so mehurčki in razpoke.
4. Značilnosti delovanja visokonapetostnih kablov
Kar zadeva električne lastnosti, morajo imeti visokonapetostni kabli visoko izolacijsko upornost, nizke dielektrične izgube in dobro napetostno upornost. Visoka izolacijska upornost lahko učinkovito prepreči uhajanje toka, nizke dielektrične izgube zmanjšajo izgubo električne energije med prenosom, dobra napetostna upornost pa zagotavlja varno delovanje kabla v visokonapetostnem okolju.
Kar zadeva mehanske lastnosti, mora imeti kabel zadostno natezno trdnost, polmer upogibanja in odpornost proti udarcem. Med namestitvijo in delovanjem je kabel lahko izpostavljen raztezanju, upogibanju in zunanjim vplivom sil. Če mehanske lastnosti niso zadostne, se kabel zlahka poškoduje.
Pomemben vidik je tudi toplotna odpornost. Kabel med delovanjem proizvaja toploto, zlasti pri visoki obremenitvi. 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 relativno dobro toplotno odpornost in lahko deluje dlje časa pri višjih temperaturah.
5. Montaža in vzdrževanje visokonapetostnih kablov
Kar zadeva namestitev, je najprej treba načrtovati pot, da se zagotovi razumna in varna pot polaganja kabla. Med postopkom polaganja je treba paziti, da se kabel ne razteza preveč, upogiba in iztiskuje. Za polaganje kablov na dolge razdalje se običajno uporablja oprema, kot so kabelski transporterji, ki pomagajo pri gradnji.
Izdelava kabelskih spojev je ključni člen v procesu namestitve. Kakovost spoja neposredno vpliva na zanesljivost delovanja kabla. Pri izdelavi spojev je treba kabel olupiti, očistiti, priključiti in izolirati. Vsak korak je treba izvesti strogo v skladu s procesnimi zahtevami, da se zagotovi, da električne in mehanske lastnosti spoja ustrezajo zahtevam.
Vzdrževalna dela so bistvenega pomena za dolgoročno stabilno delovanje visokonapetostnih kablov. Redni pregledi lahko pravočasno odkrijejo, ali je videz kabla ali plašč poškodovan. Hkrati se lahko z določeno preskusno opremo preveri tudi izolacijska lastnost in delno praznjenje kabla. Če se odkrijejo težave, jih je treba pravočasno popraviti ali zamenjati.
6. Okvara in odkrivanje visokonapetostnih kablov
Pogoste okvare visokonapetostnih kablov vključujejo preboj izolacije, odklop vodnikov in odpoved spoja. Preboj izolacije lahko povzroči staranje izolacije, delno praznjenje ali zunanja prenapetost. Odklop vodnikov običajno povzroči mehanska zunanja sila ali dolgotrajna preobremenitev. Odpoved spoja lahko povzroči slab postopek izdelave spoja ali močno segrevanje med delovanjem.
Za odkrivanje teh napak obstaja veliko metod odkrivanja. Zaznavanje delnega praznjenja je pogosto uporabljena metoda. Z zaznavanjem signala, ki ga ustvari delno praznjenje v kablu, je mogoče ugotoviti, ali so v kablu napake v izolaciji. Preskus napetostne odpornosti lahko zazna napetostno odpornost kabla in odkrije morebitne težave z izolacijo. Poleg tega lahko infrardeča termovizijska tehnologija zazna porazdelitev temperature na površini kabla, da ugotovi, ali ima kabel težave, kot je lokalno pregrevanje.
7. Uporaba in razvojni trend visokonapetostnih kablov v elektroenergetskih sistemih
V elektroenergetskih sistemih se visokonapetostni kabli pogosto uporabljajo pri transformaciji mestnega električnega omrežja, odhodnih daljnovodih velikih elektrarn, podmorskem kabelskem prenosu in drugih področjih. V mestnih elektroenergetskih omrežjih lahko zaradi omejenega prostora uporaba podzemnih kablov prihrani prostor in izboljša lepoto mesta. Odhodni daljnovodi velikih elektrarn zahtevajo uporabo visokonapetostnih kablov za prenos električne energije do oddaljenih podstanic. Podmorski kabelski prenos lahko omogoča prenos električne energije čez morje in zagotavlja stabilno oskrbo z energijo za otoke in obalna območja.
Z nenehnim razvojem energetske tehnologije so tudi visokonapetostni kabli pokazali nekaj razvojnih trendov. Prvi je raziskava, razvoj in uporaba kablov z višjimi napetostnimi nivoji. Z naraščajočim povpraševanjem po prenosu električne energije na dolge razdalje bo razvoj ultra visokonapetostnih kablov postal v središču pozornosti. Drugi je inteligenca kablov. Z integracijo senzorjev in druge opreme v kabel je mogoče doseči spremljanje obratovalnega stanja kabla v realnem času in opozarjanje na napake, s čimer se izboljša zanesljivost delovanja kabla. Tretji je razvoj okolju prijaznih kablov. Ker se zahteve ljudi po varstvu okolja povečujejo, bo raziskava in razvoj materialov za kable z nizkim onesnaževanjem in možnostjo recikliranja v prihodnosti predstavljala smer razvoja.
Čas objave: 24. september 2024