В съвременните енергийни системи, кабелите за високо напрежение играят жизненоважна роля. От подземни електропреносни мрежи в градовете до далекопроводи на дълги разстояния през планини и реки, кабелите за високо напрежение осигуряват ефективен, стабилен и безопасен пренос на електрическа енергия. Тази статия ще разгледа задълбочено различните технологии, свързани с кабелите за високо напрежение, включително тяхната структура, класификация, производствен процес, експлоатационни характеристики, монтаж и поддръжка.
1. Основна структура на кабели за високо напрежение
Високоволтовите кабели са съставени главно от проводници, изолационни слоеве, екраниращи слоеве и защитни слоеве.
Проводникът е каналът за предаване на ток и обикновено е изработен от мед или алуминий. Медта има добра проводимост и пластичност, докато алуминият е сравнително евтин и лек. Тези проводници обикновено са под формата на многожилни усукани жици за увеличаване на гъвкавостта.
Изолационният слой е ключова част от високоволтовия кабел, който играе роля за предотвратяване на изтичане на ток и изолиране на проводника от външния свят. Често срещаните изолационни материали включват омрежен полиетилен (XLPE), маслена хартия и др. XLPE има отлични електрически свойства, устойчивост на топлина и механична якост и се използва широко в съвременните високоволтови кабели.
Екраниращият слой е разделен на вътрешен екран и външен екран. Вътрешният екран се използва за равномерно разпределение на електрическото поле и предотвратяване на локално разреждане, което може да повреди изолационния слой; външният екран може да намали смущенията от външното електромагнитно поле върху кабела и също така да предотврати електромагнитното въздействие на кабела върху външния свят.
Защитният слой предпазва кабела главно от повреди, причинени от външни фактори, като механични повреди, химическа корозия и проникване на вода. Обикновено е съставен от метална броня и външна обвивка. Металната броня може да осигури механична здравина, а външната обвивка има водоустойчиви и антикорозионни функции.
2. Класификация на кабели за високо напрежение
Според нивото на напрежение, кабелите за високо напрежение могат да бъдат разделени на кабели за средно напрежение (обикновено 3-35kV), кабели за високо напрежение (35-110kV), кабели за свръхвисоко напрежение (110-500kV) и кабели за свръхвисоко напрежение (над 500kV). Кабелите с различни нива на напрежение се различават по структурен дизайн, изисквания за изолация и др.
От гледна точка на изолационните материали, освен гореспоменатите XLPE кабели и маслено-хартиени кабели, съществуват и етилен-пропиленови каучукови кабели. Маслено-хартиените кабели имат дълга история, но поради високите им разходи за поддръжка и други причини, те постепенно са заменени от XLPE кабели. Етилен-пропиленовият каучуков кабел има добра гъвкавост и устойчивост на атмосферни влияния и е подходящ за някои специални случаи.
3. Производствен процес на кабел за високо напрежение
Производството на високоволтови кабели е сложен и деликатен процес.
Производството на проводници първо изисква медните или алуминиевите суровини да бъдат разтегнати, усуквани и други процеси, за да се гарантира точността на размерите и механичните свойства на проводника. По време на процеса на усукване, нишките на нишките трябва да бъдат разположени плътно, за да се подобри проводимостта на проводника.
Екструдирането на изолационния слой е една от ключовите стъпки. За изолационния слой от XLPE, XLPE материалът се екструдира при висока температура и равномерно се увива върху проводника. По време на процеса на екструдиране, параметри като температура, налягане и скорост на екструдиране трябва да бъдат стриктно контролирани, за да се гарантира качеството и равномерността на дебелината на изолационния слой.
Екраниращият слой обикновено се изработва чрез тъкане с метална тел или обвиване с метална лента. Производствените процеси на вътрешния и външния екран са малко по-различни, но и двата трябва да гарантират целостта на екраниращия слой и добрата електрическа връзка.
Накрая, производството на защитния слой включва полагане на металната броня и екструдиране на външната обвивка. Металната броня трябва да приляга плътно към кабела, а екструдирането на външната обвивка трябва да осигури гладък външен вид без дефекти като мехурчета и пукнатини.
4. Характеристики на експлоатацията на кабели за високо напрежение
По отношение на електрическите характеристики, кабелите за високо напрежение трябва да имат високо изолационно съпротивление, ниски диелектрични загуби и добро съпротивление на напрежение. Високото изолационно съпротивление може ефективно да предотврати изтичането на ток, ниските диелектрични загуби намаляват загубата на електрическа енергия по време на пренос, а доброто съпротивление на напрежение гарантира, че кабелът може да работи безопасно във високоволтова среда.
По отношение на механичните свойства, кабелът трябва да има достатъчна якост на опън, радиус на огъване и устойчивост на удар. По време на монтаж и експлоатация кабелът може да бъде подложен на разтягане, огъване и външни сили. Ако механичните свойства са недостатъчни, е лесно да се повреди кабелът.
Термичните характеристики също са важен аспект. Кабелът ще генерира топлина по време на работа, особено при високо натоварване. Следователно, кабелът трябва да има добра топлоустойчивост и да може да работи нормално в определен температурен диапазон без проблеми, като например стареене на изолацията. XLPE кабелът има относително добра топлоустойчивост и може да работи дълго време при по-високи температури.
5. Монтаж и поддръжка на кабели за високо напрежение
По отношение на монтажа, първото нещо, което трябва да се направи, е да се планира траекторията, за да се гарантира, че пътят за полагане на кабела е разумен и безопасен. По време на процеса на полагане трябва да се внимава да се избегне прекомерно разтягане, огъване и екструдиране на кабела. За полагане на кабели на дълги разстояния обикновено се използва оборудване като кабелни конвейери, което подпомага строителството.
Производството на кабелни муфи е ключово звено в процеса на монтаж. Качеството на съединението пряко влияе върху експлоатационната надеждност на кабела. При изработването на съединенията, кабелът трябва да бъде оголен, почистен, свързан и изолиран. Всяка стъпка трябва да се извършва стриктно в съответствие с изискванията на процеса, за да се гарантира, че електрическите и механичните свойства на съединението отговарят на изискванията.
Поддръжката е от съществено значение за дългосрочната стабилна работа на кабелите за високо напрежение. Редовните проверки могат своевременно да открият дали външният вид на кабела е повреден или обвивката му е повредена. Същевременно, някои тестови устройства могат да се използват и за тестване на изолационните характеристики и частичното разреждане на кабела. Ако се открият проблеми, те трябва да бъдат ремонтирани или подменени своевременно.
6. Повреда и откриване на кабели за високо напрежение
Често срещани повреди на високоволтови кабели включват пробив на изолацията, прекъсване на проводника и повреда на съединението. Пробивът на изолацията може да бъде причинен от стареене на изолацията, частичен разряд или външно пренапрежение. Прекъсването на проводника обикновено се причинява от механична външна сила или дългосрочно претоварване. Повредата на съединението може да бъде причинена от лош производствен процес на съединението или силно нагряване по време на работа.
За да се открият тези повреди, съществуват много методи за откриване. Откриването на частични разряди е често използван метод. Чрез откриване на сигнала, генериран от частичен разряд в кабела, може да се определи дали има дефекти на изолацията вътре в кабела. Изпитването за издържащо напрежение може да открие капацитета на издържащо напрежение на кабела и да открие потенциални проблеми с изолацията. Освен това, инфрачервената термовизионна технология може да открие разпределението на температурата по повърхността на кабела, за да се установи дали кабелът има проблеми като локално прегряване.
7. Приложение и тенденция на развитие на високоволтови кабели в енергийните системи
В енергийните системи, високоволтовите кабели се използват широко в трансформацията на градските електропреносни мрежи, изходящите линии на големи електроцентрали, подводните кабелни преносни системи и други области. В градските електропреносни мрежи, поради ограниченото пространство, използването на подземни кабели може да спести място и да подобри облика на града. Изходящите линии на големи електроцентрали изискват използването на високоволтови кабели за пренос на електроенергия до отдалечени подстанции. Подводните кабелни преносни системи могат да осъществят трансморски пренос на енергия и да осигурят стабилно електрозахранване за острови и крайбрежни райони.
С непрекъснатото развитие на енергийните технологии, кабелите за високо напрежение също показват някои тенденции в развитието. Едната е научноизследователската и развойна дейност и приложение на кабели с по-високи нива на напрежение. С нарастващото търсене на пренос на енергия на дълги разстояния, разработването на кабели за свръхвисоко напрежение ще се превърне във фокус. Втората е интелигентността на кабелите. Чрез интегриране на сензори и друго оборудване в кабела може да се постигне наблюдение в реално време на работното състояние на кабела и предупреждение за повреди, като по този начин се подобри експлоатационната надеждност на кабела. Третата е разработването на екологично чисти кабели. С нарастването на изискванията на хората за опазване на околната среда, научноизследователската и развойна дейност на нискозамърсяващи, рециклируеми кабелни материали ще бъде бъдеща посока на развитие.
Време на публикуване: 24 септември 2024 г.