În sistemele energetice moderne, cablurile de înaltă tensiune joacă un rol vital. De la rețelele electrice subterane din orașe până la liniile de transport pe distanțe lungi peste munți și râuri, cablurile de înaltă tensiune asigură o transmitere eficientă, stabilă și sigură a energiei electrice. Acest articol va explora în detaliu diversele tehnologii legate de cablurile de înaltă tensiune, inclusiv structura, clasificarea, procesul de fabricație, caracteristicile de performanță, instalarea și întreținerea acestora.
1. Structura de bază a cablurilor de înaltă tensiune
Cablurile de înaltă tensiune sunt compuse în principal din conductori, straturi de izolație, straturi de ecranare și straturi de protecție.
Conductorul este canalul de transmisie a curentului și este de obicei fabricat din cupru sau aluminiu. Cuprul are o conductivitate și o ductilitate bune, în timp ce aluminiul este relativ ieftin și ușor. Acești conductori sunt în general sub formă de fire răsucite multifilare pentru a crește flexibilitatea.
Stratul izolator este o parte cheie a cablului de înaltă tensiune, care joacă un rol în prevenirea scurgerilor de curent și izolarea conductorului de lumea exterioară. Materialele izolatoare comune includ polietilena reticulată (XLPE), hârtia uleiată etc. XLPE are proprietăți electrice excelente, rezistență la căldură și rezistență mecanică și este utilizat pe scară largă în cablurile moderne de înaltă tensiune.
Stratul de ecranare este împărțit în ecranare interioară și ecranare exterioară. Ecranul interior este utilizat pentru a uniformiza câmpul electric și a preveni deteriorarea stratului de izolație de către descărcarea locală; ecranul exterior poate reduce interferența câmpului electromagnetic extern asupra cablului și, de asemenea, poate preveni impactul electromagnetic al cablului asupra lumii exterioare.
Stratul protector protejează în principal cablul de deteriorarea cauzată de factori externi, cum ar fi deteriorarea mecanică, coroziunea chimică și pătrunderea apei. De obicei, este compus dintr-o armură metalică și o teacă exterioară. Armura metalică poate oferi rezistență mecanică, iar teaca exterioară are funcții impermeabile și anticorozive.
2. Clasificarea cablurilor de înaltă tensiune
În funcție de nivelul de tensiune, cablurile de înaltă tensiune pot fi împărțite în cabluri de medie tensiune (în general 3-35kV), cabluri de înaltă tensiune (35-110kV), cabluri de ultra-înaltă tensiune (110-500kV) și cabluri de ultra-înaltă tensiune (peste 500kV). Cablurile de diferite niveluri de tensiune diferă în ceea ce privește designul structural, cerințele de izolație etc.
Din perspectiva materialelor izolatoare, pe lângă cablurile XLPE și cablurile din hârtie uleiată menționate mai sus, există și cabluri din cauciuc etilen-propilenă. Cablurile din hârtie uleiată au o istorie lungă, dar din cauza costurilor ridicate de întreținere și a altor motive, acestea au fost treptat înlocuite cu cabluri XLPE. Cablul din cauciuc etilen-propilenă are o flexibilitate bună și rezistență la intemperii și este potrivit pentru unele ocazii speciale.
3. Procesul de fabricație al cablului de înaltă tensiune
Fabricarea cablurilor de înaltă tensiune este un proces complex și delicat.
Fabricarea conductorilor necesită mai întâi întinderea, răsucirea și alte procese ale materiilor prime de cupru sau aluminiu pentru a asigura precizia dimensională și proprietățile mecanice ale conductorului. În timpul procesului de răsucire, firele firelor trebuie aranjate strâns pentru a îmbunătăți conductivitatea conductorului.
Extrudarea stratului de izolație este una dintre etapele cheie. Pentru stratul de izolație XLPE, materialul XLPE este extrudat la temperatură ridicată și înfășurat uniform pe conductor. În timpul procesului de extrudare, parametri precum temperatura, presiunea și viteza de extrudare trebuie controlați strict pentru a asigura calitatea și uniformitatea grosimii stratului de izolație.
Stratul de ecranare este de obicei realizat prin țesere cu sârmă metalică sau înfășurare cu bandă metalică. Procesele de fabricație ale ecranelor interioare și exterioare sunt ușor diferite, dar ambele trebuie să asigure integritatea stratului de ecranare și o conexiune electrică bună.
În cele din urmă, producerea stratului protector include așezarea armăturii metalice și extrudarea tecii exterioare. Armura metalică trebuie să se potrivească strâns pe cablu, iar extrudarea tecii exterioare trebuie să asigure un aspect neted, fără defecte precum bule și fisuri.
4. Caracteristicile de performanță ale cablurilor de înaltă tensiune
În ceea ce privește performanța electrică, cablurile de înaltă tensiune trebuie să aibă o rezistență ridicată la izolație, pierderi dielectrice reduse și o bună rezistență la tensiune. Rezistența ridicată la izolație poate preveni eficient scurgerile de curent, pierderile dielectrice reduse reduc pierderile de energie electrică în timpul transmisiei, iar o bună rezistență la tensiune asigură că cablul poate funcționa în siguranță într-un mediu de înaltă tensiune.
În ceea ce privește proprietățile mecanice, cablul trebuie să aibă o rezistență la tracțiune, o rază de îndoire și o rezistență la impact suficiente. În timpul instalării și funcționării, cablul poate fi supus la întindere, îndoire și impact extern. Dacă proprietățile mecanice sunt insuficiente, este ușor să se deterioreze cablul.
Performanța termică este, de asemenea, un aspect important. Cablul va genera căldură în timpul funcționării, în special atunci când funcționează sub sarcină mare. Prin urmare, cablul trebuie să aibă o bună rezistență la căldură și să poată funcționa normal într-un anumit interval de temperatură, fără probleme precum îmbătrânirea izolației. Cablul XLPE are o rezistență la căldură relativ bună și poate funcționa mult timp la temperaturi mai ridicate.
5. Instalarea și întreținerea cablurilor de înaltă tensiune
În ceea ce privește instalarea, primul lucru de făcut este planificarea traseului pentru a vă asigura că traseul de pozare a cablului este rezonabil și sigur. În timpul procesului de pozare, trebuie acordată atenție evitării întinderii, îndoirii și extrudării excesive a cablului. Pentru pozarea cablurilor pe distanțe lungi, se utilizează de obicei echipamente precum transportoarele de cablu pentru a ajuta la construcție.
Producerea îmbinărilor de cabluri este o verigă cheie în procesul de instalare. Calitatea îmbinării afectează direct fiabilitatea funcționării cablului. La realizarea îmbinărilor, cablul trebuie dezizolat, curățat, conectat și izolat. Fiecare etapă trebuie efectuată strict în conformitate cu cerințele procesului pentru a se asigura că proprietățile electrice și mecanice ale îmbinării îndeplinesc cerințele.
Lucrările de întreținere sunt esențiale pentru funcționarea stabilă pe termen lung a cablurilor de înaltă tensiune. Inspecțiile regulate pot detecta prompt dacă aspectul cablului este deteriorat sau dacă mantaua este deteriorată. În același timp, se pot utiliza și unele echipamente de testare pentru a testa performanța izolației și descărcarea parțială a cablului. Dacă se constată probleme, acestea trebuie reparate sau înlocuite la timp.
6. Defecțiuni și detectarea cablurilor de înaltă tensiune
Defecțiunile frecvente ale cablurilor de înaltă tensiune includ defectarea izolației, deconectarea conductorului și deteriorarea îmbinării. Defectarea izolației poate fi cauzată de îmbătrânirea izolației, descărcarea parțială sau supratensiune externă. Deconectarea conductorului este de obicei cauzată de o forță mecanică externă sau de o suprasarcină pe termen lung. Defectarea îmbinării poate fi cauzată de un proces de fabricație deficitar al îmbinării sau de o încălzire severă în timpul funcționării.
Pentru a detecta aceste defecte, există numeroase metode de detectare. Detectarea descărcărilor parțiale este o metodă frecvent utilizată. Prin detectarea semnalului generat de descărcarea parțială în cablu, se poate determina dacă există defecte de izolație în interiorul cablului. Testul de tensiune de rezistență poate detecta capacitatea de tensiune de rezistență a cablului și poate identifica potențiale probleme de izolație. În plus, tehnologia de imagistică termică în infraroșu poate detecta distribuția temperaturii pe suprafața cablului, astfel încât să se afle dacă acesta are probleme precum supraîncălzirea locală.
7. Aplicarea și tendința de dezvoltare a cablurilor de înaltă tensiune în sistemele energetice
În sistemele energetice, cablurile de înaltă tensiune sunt utilizate pe scară largă în transformarea rețelelor electrice urbane, la ieșirile din centralele electrice mari, la transportul prin cablu submarin și în alte domenii. În rețelele electrice urbane, din cauza spațiului limitat, utilizarea cablurilor subterane poate economisi spațiu și poate îmbunătăți frumusețea orașului. Liniile de ieșire din centralele electrice mari necesită utilizarea cablurilor de înaltă tensiune pentru a transmite electricitatea către substații îndepărtate. Transportul prin cablu submarin poate realiza transportul de energie transmare și poate asigura o alimentare stabilă cu energie electrică pentru insule și zone de coastă.
Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei energetice, cablurile de înaltă tensiune au prezentat și ele unele tendințe de dezvoltare. Una este cercetarea, dezvoltarea și aplicarea cablurilor cu niveluri de tensiune mai ridicate. Odată cu creșterea cererii de transport al energiei pe distanțe lungi, dezvoltarea cablurilor de ultra-înaltă tensiune va deveni un punct central. Al doilea este inteligența cablurilor. Prin integrarea senzorilor și a altor echipamente în cablu, se poate realiza monitorizarea în timp real a stării de funcționare a cablului și avertizarea în caz de defecțiune, îmbunătățind astfel fiabilitatea funcționării cablului. Al treilea este dezvoltarea cablurilor ecologice. Pe măsură ce cerințele oamenilor privind protecția mediului cresc, cercetarea și dezvoltarea de materiale pentru cabluri reciclabile și cu poluare redusă va fi o direcție de dezvoltare viitoare.
Data publicării: 24 septembrie 2024