В съвременните енергийни системи кабелите за високо напрежение играят жизненоважна роля. От подземните електрически мрежи в градовете до преносните линии на дълги разстояния през планини и реки, кабелите за високо напрежение осигуряват ефективно, стабилно и безопасно пренасяне на електрическа енергия. Тази статия ще изследва в дълбочина различните технологии, свързани с кабели за високо напрежение, включително тяхната структура, класификация, производствен процес, работни характеристики, монтаж и поддръжка.
1.Основна структура на кабели за високо напрежение
Кабелите за високо напрежение се състоят главно от проводници, изолационни слоеве, екраниращи слоеве и защитни слоеве.
Проводникът е каналът за предаване на ток и обикновено е направен от мед или алуминий. Медта има добра проводимост и пластичност, докато алуминият е с относително ниска цена и леко тегло. Тези проводници обикновено са под формата на многожилни усукани проводници 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. Обичайните 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 кабели за високо напрежение.
Екраниращият слой е разделен на вътрешно екраниране и външно екраниране. Вътрешният щит се използва, за да направи електрическото поле равномерно и да предотврати увреждането на изолационния слой от локален разряд; външният щит може да намали смущенията на външното електромагнитно поле върху кабела и също така да предотврати електромагнитното въздействие на кабела върху външния свят.
Защитният слой основно предпазва кабела от повреда от външни фактори като механични повреди, химическа корозия и проникване на вода. Обикновено се състои от метална броня и външна обвивка. Металната броня може да осигури механична якост, а външната обвивка има водоустойчиви и антикорозионни функции.
2. Класификация на кабелите 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 ултрависоко -кабели за 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, в допълнение към кабелите от XLPE и кабелите от маслена хартия, споменати по-горе, има и кабели от етилен-пропилен каучук. Кабелите от маслена хартия имат дълга история, но поради високите им разходи за поддръжка и други причини, те постепенно бяха заменени от кабели от XLPE. Кабелът от етилен пропилен каучук има добра гъвкавост и устойчивост на атмосферни влияния и е подходящ за някои специални поводи.
3. Процес на производство на високоволтов кабел
Производството на кабели за високо напрежение е сложен и деликатен процес.
Производството на проводници първо изисква медните или алуминиевите суровини да бъдат опънати, усукани 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 плътно подредени, за да се подобри проводимостта на проводника.
Екструдирането на изолационния слой е една от ключовите стъпки. За изолационния слой от XLPE, материалът от XLPE се екструдира при висока температура и се увива равномерно 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 равномерността на качеството и дебелината на изолационния слой.
Екраниращият слой обикновено се прави чрез тъкане на метална тел или обвиване с метална лента. Производствените процеси на вътрешните и външните екрани са малко по-различни, но и двата трябва да осигурят целостта на екраниращия слой и добрата електрическа връзка.
И накрая, производството на защитния слой включва полагането на металната броня и екструдирането на външната обвивка. Металната броня трябва да прилепва плътно към кабела, а екструдирането на външната обвивка трябва да осигурява гладък външен вид без дефекти като мехурчета и пукнатини.
4. Експлоатационни характеристики на кабели за високо напрежение
По отношение на електрическите характеристики кабелите за високо напрежение трябва да имат високо изолационно съпротивление, ниски диелектрични загуби и добра устойчивост на напрежение. Високото съпротивление на изолацията може ефективно да предотврати изтичане на ток, ниската диелектрична загуба намалява загубата на електрическа енергия по време на предаване, а добрата устойчивост на напрежение гарантира, че кабелът може да работи безопасно в среда с високо напрежение.
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 работа кабелът може да бъде подложен на разтягане, огъване и въздействие на външна сила. Ако механичните свойства са недостатъчни, лесно може да се причини повреда на кабела.
Термичните характеристики също са важен аспект. Кабелът ще генерира топлина по време на работа, особено когато работи под голямо натоварване. Следователно кабелът трябва да има добра устойчивост на топлина и да може да работи нормално в определен температурен диапазон без проблеми като стареене на изолацията. XLPE кабелът има сравнително добра устойчивост на топлина и може да работи дълго време при по-високи температури.
5. Монтаж и поддръжка на кабели високо напрежение
По отношение на монтажа, първото нещо, което трябва да направите, е да планирате пътя, за да сте сигурни, 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 оборудване като кабелни конвейери обикновено се използва за подпомагане на конструкцията.
Производството на кабелни муфи е ключово звено в инсталационния процес. Качеството на съединението пряко влияе върху експлоатационната надеждност на кабела. При сглобяване 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.
Работата по поддръжката е от съществено значение за дългосрочната стабилна работа на кабелите за високо напрежение. Редовните проверки могат незабавно да открият дали външният вид на кабела е повреден или обвивката е повредена. В същото време може да се използва и оборудване за изпитване за тестване на изолационните характеристики и частичното разреждане на кабела. Ако бъдат открити проблеми, те трябва да бъдат поправени или заменени навреме.
6. Повреда и откриване на кабели за високо напрежение
Честите повреди на кабели за високо напрежение включват разрушаване на изолацията, прекъсване на проводника и повреда на съединението. Разрушаването на изолацията може да бъде причинено от стареене на изолацията, частичен разряд или външно пренапрежение. Изключването на проводника обикновено се причинява от механична външна сила или дългосрочно претоварване. Повредата на съединението може да бъде причинена от лош процес на производство на съединението или силно нагряване по време на работа.
Има много методи за откриване на тези неизправности. Откриването на частичен разряд е често използван метод. Чрез откриване на сигнала, генериран от частичен разряд в кабела, може да се определи дали има дефекти в изолацията вътре в кабела. Тестът за издържано напрежение може да открие капацитета на издържащо напрежение на кабела и да открие потенциални проблеми с изолацията. Освен това технологията за инфрачервено термично изображение може да открие разпределението на температурата върху повърхността на кабела, за да разбере дали кабелът има проблеми като локално прегряване.
7.Приложение и тенденции на развитие на високоволтовите кабели в електроенергийните системи
В енергийните системи високоволтовите кабели се използват широко при трансформация на градска електрическа мрежа, изходящи линии на големи електроцентрали, пренос на подводни кабели и други области. В градските електрически мрежи, поради ограниченото пространство, използването на подземни кабели може да спести място и да подобри красотата на града. Изходящите линии на големите електроцентрали изискват използването на кабели с високо напрежение за пренос на електроенергия до отдалечени подстанции. Преносът по подводен кабел може да реализира пренос на енергия през морето и да осигури стабилно електрозахранване за островите и крайбрежните райони.
С непрекъснатото развитие на енергийните технологии кабелите за високо напрежение също показват някои тенденции на развитие. Единият е изследването, разработването и прилагането на кабели с по-високи нива на напрежение. С увеличаването на търсенето на електропренос на дълги разстояния, развитието на кабели с ултрависоко напрежение ще се превърне във фокус. Второто 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 неизправности, като по този начин се подобрява надеждността на работа на кабела. Третият е разработването на екологично чисти кабели. Тъй като изискванията на хората за опазване на околната среда се увеличават, изследването и разработването на ниско замърсяващи, рециклируеми кабелни материали ще бъде бъдеща посока на развитие.
Време на публикуване: 24 септември 2024 г