V moderních energetických systémech hrají vysokonapěťové kabely zásadní roli. Od podzemních energetických sítí ve městech až po dálkové přenosové vedení přes hory a řeky, vysokonapěťové kabely zajišťují účinný, stabilní a bezpečný přenos elektrické energie. Tento článek do hloubky prozkoumá různé technologie související s vysokonapěťovými kabely, včetně jejich struktury, klasifikace, výrobního procesu, výkonnostních charakteristik, instalace a údržby.
1.Základní struktura vysokonapěťových kabelů
Vysokonapěťové kabely se skládají převážně z vodičů, izolačních vrstev, stínících vrstev a ochranných vrstev.
Vodič je přenosový kanál pro proud a je obvykle vyroben z mědi nebo hliníku. Měď má dobrou vodivost a tažnost, zatímco hliník má relativně nízkou cenu a nízkou hmotnost. Tyto vodiče jsou obecně ve formě vícepramenných kroucených drátů pro zvýšení flexibility.
Izolační vrstva je klíčovou součástí vysokonapěťového kabelu, která hraje roli v zabránění úniku proudu a izolaci vodiče od vnějšího světa. Mezi běžné izolační materiály patří síťovaný polyethylen (XLPE), olejový papír atd. XLPE má vynikající elektrické vlastnosti, tepelnou odolnost a mechanickou pevnost a je široce používán v moderních vysokonapěťových kabelech.
Stínící vrstva se dělí na vnitřní stínění a vnější stínění. Vnitřní stínění se používá k tomu, aby bylo elektrické pole stejnoměrné a aby se zabránilo místnímu výboji v poškození izolační vrstvy; vnější stínění může snížit rušení vnějšího elektromagnetického pole na kabelu a také zabránit tomu, aby kabel měl elektromagnetický dopad na vnější svět.
Ochranná vrstva chrání především kabel před poškozením vnějšími faktory, jako je mechanické poškození, chemická koroze a pronikání vody. Obvykle se skládá z kovového pancíře a vnějšího pláště. Kovové brnění může poskytnout mechanickou pevnost a vnější plášť má vodotěsné a antikorozní funkce.
2. Klasifikace vysokonapěťových kabelů
Podle úrovně napětí lze vysokonapěťové kabely rozdělit na kabely středního napětí (obecně 3-35 kV), kabely vysokého napětí (35-110 kV), kabely ultra vysokého napětí (110-500 kV) a kabely ultravysokého napětí. -napěťové kabely (nad 500kV). Kabely různých napěťových úrovní se liší konstrukčním provedením, požadavky na izolaci atd.
Z hlediska izolačních materiálů jsou to kromě výše uvedených XLPE kabelů a olejo-papírových kabelů také kabely z etylen-propylenové pryže. Kabely z olejového papíru mají dlouhou historii, ale z důvodu vysokých nákladů na údržbu a dalších důvodů byly postupně nahrazovány kabely XLPE. Kabel z etylen-propylenové pryže má dobrou flexibilitu a odolnost proti povětrnostním vlivům a je vhodný pro některé zvláštní příležitosti.
3. Výrobní proces vysokonapěťového kabelu
Výroba vysokonapěťových kabelů je složitý a choulostivý proces.
Výroba vodičů nejprve vyžaduje, aby měděné nebo hliníkové suroviny byly natahovány, krouceny a dalšími procesy zajištěny rozměrová přesnost a mechanické vlastnosti vodiče. Během procesu kroucení musí být prameny pramenů těsně uspořádány, aby se zlepšila vodivost vodiče.
Extruze izolační vrstvy je jedním z klíčových kroků. U izolační vrstvy XLPE je materiál XLPE vytlačován při vysoké teplotě a rovnoměrně navinut na vodič. Během procesu vytlačování musí být přísně kontrolovány parametry, jako je teplota, tlak a rychlost vytlačování, aby byla zajištěna kvalita a rovnoměrnost tloušťky izolační vrstvy.
Stínící vrstva je obvykle vyrobena tkaním kovovým drátem nebo obalením kovovou páskou. Výrobní procesy vnitřního a vnějšího stínění se mírně liší, ale oba musí zajistit integritu stínící vrstvy a dobré elektrické spojení.
Nakonec výroba ochranné vrstvy zahrnuje položení kovového pancíře a vytlačení vnějšího pláště. Kovový pancíř by měl na kabel těsně přiléhat a vytlačení vnějšího pláště by mělo zajistit hladký vzhled bez defektů, jako jsou bubliny a praskliny.
4. Výkonové charakteristiky vysokonapěťových kabelů
Z hlediska elektrického výkonu musí mít vysokonapěťové kabely vysoký izolační odpor, nízké dielektrické ztráty a dobrou napěťovou odolnost. Vysoký izolační odpor může účinně zabránit úniku proudu, nízká dielektrická ztráta snižuje ztráty elektrické energie při přenosu a dobrá napěťová odolnost zajišťuje, že kabel může bezpečně fungovat ve vysokonapěťovém prostředí.
Z hlediska mechanických vlastností by měl mít kabel dostatečnou pevnost v tahu, poloměr ohybu a odolnost proti nárazu. Během instalace a provozu může být kabel vystaven natahování, ohýbání a působení vnější síly. Pokud jsou mechanické vlastnosti nedostatečné, je snadné způsobit poškození kabelu.
Důležitým aspektem je také tepelný výkon. Kabel bude během provozu generovat teplo, zejména při vysokém zatížení. Kabel proto musí mít dobrou tepelnou odolnost a musí být schopen normálně fungovat v určitém teplotním rozsahu bez problémů, jako je stárnutí izolace. XLPE kabel má relativně dobrou tepelnou odolnost a může pracovat po dlouhou dobu při vyšších teplotách.
5. Instalace a údržba vysokonapěťových kabelů
Pokud jde o instalaci, první věcí, kterou musíte udělat, je naplánovat cestu, abyste zajistili, že trasa pokládky kabelů je rozumná a bezpečná. Během procesu pokládky je třeba dbát na to, aby nedošlo k nadměrnému natahování, ohýbání a vytlačování kabelu. Pro pokládání kabelů na dlouhé vzdálenosti se obvykle používají zařízení, jako jsou kabelové dopravníky, které pomáhají při stavbě.
Výroba kabelových spojek je klíčovým článkem v procesu instalace. Kvalita spoje přímo ovlivňuje provozní spolehlivost kabelu. Při provádění spojů je potřeba kabel odizolovat, vyčistit, připojit a izolovat. Každý krok musí být proveden přísně v souladu s požadavky procesu, aby bylo zajištěno, že elektrické a mechanické vlastnosti spoje splňují požadavky.
Pro dlouhodobý stabilní provoz vysokonapěťových kabelů jsou nezbytné údržbářské práce. Pravidelné kontroly mohou rychle zjistit, zda je poškozen vzhled kabelu nebo poškozen plášť. Některá testovací zařízení lze zároveň použít také k testování izolačního výkonu a částečného vybití kabelu. Pokud jsou zjištěny problémy, měly by být včas opraveny nebo vyměněny.
6. Porucha a detekce vysokonapěťových kabelů
Mezi běžné poruchy vysokonapěťových kabelů patří porušení izolace, odpojení vodiče a porucha spoje. Poškození izolace může být způsobeno stárnutím izolace, částečným výbojem nebo vnějším přepětím. Odpojení vodiče je obvykle způsobeno mechanickou vnější silou nebo dlouhodobým přetížením. Selhání spoje může být způsobeno špatným výrobním procesem spoje nebo silným zahřátím během provozu.
Aby bylo možné tyto poruchy odhalit, existuje mnoho metod detekce. Detekce částečného výboje je běžně používaná metoda. Detekcí signálu generovaného částečným výbojem v kabelu lze určit, zda jsou uvnitř kabelu defekty izolace. Zkouška výdržného napětí může zjistit kapacitu výdržného napětí kabelu a najít potenciální problémy s izolací. Infračervená termovizní technologie navíc dokáže detekovat rozložení teploty na povrchu kabelu, aby bylo možné zjistit, zda kabel nemá problémy, jako je místní přehřívání.
7. Aplikace a vývojové trendy vysokonapěťových kabelů v energetických systémech
V energetických systémech jsou vysokonapěťové kabely široce používány při transformaci městské elektrické sítě, výstupních vedeních velkých elektráren, přenosu podmořských kabelů a dalších oblastech. V městských energetických sítích může kvůli omezenému prostoru použití podzemních kabelů ušetřit místo a zlepšit krásu města. Výstupní vedení velkých elektráren vyžadují použití vysokonapěťových kabelů pro přenos elektřiny do vzdálených rozvoden. Podmořský kabelový přenos může realizovat přenos energie přes moře a zajistit stabilní dodávku energie pro ostrovy a pobřežní oblasti.
S neustálým vývojem silové techniky vykazují některé vývojové trendy i vysokonapěťové kabely. Jedním je výzkum, vývoj a aplikace kabelů s vyššími napěťovými úrovněmi. S rostoucí poptávkou po přenosu energie na velké vzdálenosti se vývoj kabelů pro ultravysoké napětí stane středem zájmu. Druhým je inteligence kabelů. Integrací senzorů a dalšího vybavení do kabelu lze v reálném čase dosáhnout monitorování provozního stavu kabelu a varování před poruchami, čímž se zlepší provozní spolehlivost kabelu. Třetím je vývoj kabelů šetrných k životnímu prostředí. S rostoucími požadavky lidí na ochranu životního prostředí bude výzkum a vývoj nízko znečištěných, recyklovatelných kabelových materiálů budoucím směrem vývoje.
Čas odeslání: 24. září 2024