V moderných energetických systémoch hrajú vysokonapäťové káble životne dôležitú úlohu. Od podzemných elektrických sietí v mestách až po diaľkové prenosové vedenia cez hory a rieky, vysokonapäťové káble zabezpečujú efektívny, stabilný a bezpečný prenos elektrickej energie. Tento článok podrobne preskúma rôzne technológie súvisiace s vysokonapäťovými káblami vrátane ich štruktúry, klasifikácie, výrobného procesu, výkonnostných charakteristík, inštalácie a údržby.
1.Základná štruktúra vysokonapäťových káblov
Vysokonapäťové káble sa skladajú hlavne z vodičov, izolačných vrstiev, tieniacich vrstiev a ochranných vrstiev.
Vodič je prenosový kanál pre prúd a je zvyčajne vyrobený z medi alebo hliníka. Meď má dobrú vodivosť a ťažnosť, zatiaľ čo hliník má relatívne nízku cenu a nízku hmotnosť. Tieto vodiče sú vo všeobecnosti vo forme viacžilových krútených drôtov na zvýšenie flexibility.
Izolačná vrstva je kľúčovou súčasťou vysokonapäťového kábla, ktorá hrá úlohu pri zamedzení úniku prúdu a izolácii vodiča od vonkajšieho sveta. Bežné izolačné materiály zahŕňajú zosieťovaný polyetylén (XLPE), olejový papier atď. XLPE má vynikajúce elektrické vlastnosti, tepelnú odolnosť a mechanickú pevnosť a je široko používaný v moderných vysokonapäťových kábloch.
Tieniaca vrstva je rozdelená na vnútorné tienenie a vonkajšie tienenie. Vnútorný štít sa používa na zjednotenie elektrického poľa a na zabránenie poškodeniu izolačnej vrstvy lokálnym výbojom; vonkajšie tienenie môže znížiť rušenie vonkajšieho elektromagnetického poľa na kábli a tiež zabrániť elektromagnetickému vplyvu kábla na vonkajší svet.
Ochranná vrstva chráni hlavne kábel pred poškodením vonkajšími faktormi ako je mechanické poškodenie, chemická korózia a vniknutie vody. Zvyčajne sa skladá z kovového panciera a vonkajšieho plášťa. Kovové brnenie môže poskytnúť mechanickú pevnosť a vonkajší plášť má vodotesné a antikorózne funkcie.
2. Klasifikácia vysokonapäťových káblov
Podľa úrovne napätia možno káble vysokého napätia rozdeliť na káble stredného napätia (všeobecne 3-35kV), káble vysokého napätia (35-110kV), káble ultravysokého napätia (110-500kV) a káble ultravysokého napätia. -napäťové káble (nad 500kV). Káble rôznych úrovní napätia sa líšia konštrukčným vyhotovením, požiadavkami na izoláciu atď.
Z hľadiska izolačných materiálov sú to okrem vyššie spomínaných XLPE káblov a olejovo-papierových káblov aj káble z etylén-propylénovej gumy. Káble z olejového papiera majú dlhú históriu, ale z dôvodu vysokých nákladov na údržbu a iných dôvodov boli postupne nahradené káblami XLPE. Kábel z etylénpropylénovej gumy má dobrú flexibilitu a odolnosť voči poveternostným vplyvom a je vhodný na niektoré špeciálne príležitosti.
3. Výrobný proces vysokonapäťového kábla
Výroba vysokonapäťových káblov je zložitý a chúlostivý proces.
Výroba vodičov najprv vyžaduje, aby medené alebo hliníkové suroviny boli natiahnuté, skrúcané a iné procesy, aby sa zabezpečila rozmerová presnosť a mechanické vlastnosti vodiča. Počas procesu krútenia musia byť pramene prameňov tesne usporiadané, aby sa zlepšila vodivosť vodiča.
Extrúzia izolačnej vrstvy je jedným z kľúčových krokov. Pre izolačnú vrstvu XLPE je materiál XLPE extrudovaný pri vysokej teplote a rovnomerne obalený na vodiči. Počas procesu extrúzie musia byť parametre ako teplota, tlak a rýchlosť extrúzie prísne kontrolované, aby sa zabezpečila kvalita a rovnomernosť hrúbky izolačnej vrstvy.
Tieniaca vrstva sa zvyčajne vyrába tkaním z kovového drôtu alebo ovíjaním kovovou páskou. Výrobné procesy vnútorného a vonkajšieho štítu sú mierne odlišné, ale oba musia zabezpečiť integritu tieniacej vrstvy a dobré elektrické spojenie.
Nakoniec výroba ochrannej vrstvy zahŕňa položenie kovového panciera a vytlačenie vonkajšieho plášťa. Kovový pancier by mal pevne priliehať na kábel a vytlačenie vonkajšieho plášťa by malo zabezpečiť hladký vzhľad bez defektov, ako sú bubliny a praskliny.
4. Výkonové charakteristiky vysokonapäťových káblov
Pokiaľ ide o elektrický výkon, vysokonapäťové káble musia mať vysoký izolačný odpor, nízke dielektrické straty a dobrú odolnosť voči napätiu. Vysoký izolačný odpor môže účinne zabrániť úniku prúdu, nízka dielektrická strata znižuje straty elektrickej energie počas prenosu a dobrá napäťová odolnosť zaisťuje, že kábel môže bezpečne fungovať vo vysokonapäťovom prostredí.
Z hľadiska mechanických vlastností by mal mať kábel dostatočnú pevnosť v ťahu, polomer ohybu a odolnosť proti nárazu. Počas inštalácie a prevádzky môže byť kábel vystavený naťahovaniu, ohýbaniu a nárazu vonkajšej sily. Ak sú mechanické vlastnosti nedostatočné, je ľahké spôsobiť poškodenie kábla.
Dôležitým aspektom je aj tepelný výkon. Kábel počas prevádzky vytvára teplo, najmä pri vysokom zaťažení. Preto musí mať kábel dobrú tepelnú odolnosť a musí byť schopný normálne fungovať v určitom teplotnom rozsahu bez problémov, ako je starnutie izolácie. XLPE kábel má relatívne dobrú tepelnú odolnosť a môže pracovať dlhú dobu pri vyšších teplotách.
5. Inštalácia a údržba vysokonapäťových káblov
Pokiaľ ide o inštaláciu, prvá vec, ktorú musíte urobiť, je naplánovať cestu, aby ste zabezpečili, že cesta pokládky káblov je primeraná a bezpečná. Počas procesu kladenia je potrebné dbať na to, aby nedošlo k nadmernému naťahovaniu, ohýbaniu a vytláčaniu kábla. Na kladenie káblov na dlhé vzdialenosti sa zvyčajne používajú zariadenia, ako sú káblové dopravníky, ktoré pomáhajú pri stavbe.
Výroba káblových spojov je kľúčovým článkom v procese inštalácie. Kvalita spoja priamo ovplyvňuje prevádzkovú spoľahlivosť kábla. Pri vytváraní spojov je potrebné kábel odizolovať, vyčistiť, pripojiť a zaizolovať. Každý krok je potrebné vykonať striktne v súlade s požiadavkami procesu, aby sa zabezpečilo, že elektrické a mechanické vlastnosti spoja spĺňajú požiadavky.
Údržbárske práce sú nevyhnutné pre dlhodobú stabilnú prevádzku vysokonapäťových káblov. Pravidelné kontroly dokážu rýchlo zistiť, či je poškodený vzhľad kábla alebo či je poškodený plášť. Súčasne sa niektoré testovacie zariadenia môžu použiť aj na testovanie izolačného výkonu a čiastočného vybitia kábla. Ak sa zistia problémy, mali by byť včas opravené alebo vymenené.
6. Porucha a detekcia vysokonapäťových káblov
Bežné poruchy vysokonapäťových káblov zahŕňajú porušenie izolácie, odpojenie vodiča a poruchu spoja. Poškodenie izolácie môže byť spôsobené starnutím izolácie, čiastočným výbojom alebo vonkajším prepätím. Odpojenie vodiča je zvyčajne spôsobené mechanickou vonkajšou silou alebo dlhodobým preťažením. Porucha spoja môže byť spôsobená zlým výrobným procesom spoja alebo silným zahrievaním počas prevádzky.
Na odhalenie týchto porúch existuje veľa metód detekcie. Detekcia čiastočného výboja je bežne používaná metóda. Detegovaním signálu generovaného čiastočným výbojom v kábli je možné určiť, či sú vo vnútri kábla defekty izolácie. Skúška výdržného napätia dokáže zistiť kapacitu výdržného napätia kábla a nájsť potenciálne problémy s izoláciou. Infračervená termovízna technológia navyše dokáže rozpoznať rozloženie teploty na povrchu kábla, aby sa zistilo, či má kábel problémy, ako je lokálne prehrievanie.
7.Aplikácia a trend vývoja vysokonapäťových káblov v energetických sústavách
V energetických systémoch sú vysokonapäťové káble široko používané pri transformácii mestskej elektrickej siete, odchádzajúcich vedení veľkých elektrární, prenosu podmorských káblov a iných oblastiach. V mestských energetických sieťach môže použitie podzemných káblov z dôvodu obmedzeného priestoru ušetriť miesto a zlepšiť krásu mesta. Odchádzajúce vedenia veľkých elektrární vyžadujú použitie vysokonapäťových káblov na prenos elektriny do vzdialených rozvodní. Podmorský káblový prenos môže realizovať prenos energie cez more a poskytnúť stabilné napájanie pre ostrovy a pobrežné oblasti.
S neustálym vývojom silovej techniky vykazujú aj vysokonapäťové káble určité vývojové trendy. Jedným je výskum, vývoj a aplikácia káblov s vyššími napäťovými hladinami. S rastúcim dopytom po prenose energie na veľké vzdialenosti sa vývoj káblov s ultravysokým napätím stane stredobodom záujmu. Druhým je inteligencia káblov. Integráciou senzorov a iných zariadení do kábla možno dosiahnuť monitorovanie prevádzkového stavu kábla v reálnom čase a varovanie pred poruchami, čím sa zlepší prevádzková spoľahlivosť kábla. Tretím je vývoj káblov šetrných k životnému prostrediu. S rastúcimi požiadavkami ľudí na ochranu životného prostredia bude budúcim smerom vývoja výskum a vývoj recyklovateľných káblových materiálov s nízkym znečistením.
Čas odoslania: 24. septembra 2024