У сучасних енергосистемах високовольтні кабелі відіграють життєво важливу роль. Від підземних електромереж у містах до міжміських ліній електропередач через гори та річки високовольтні кабелі забезпечують ефективну, стабільну та безпечну передачу електроенергії. У цій статті детально досліджуються різні технології, пов’язані з високовольтними кабелями, включаючи їх структуру, класифікацію, виробничий процес, робочі характеристики, встановлення та обслуговування.
1.Базова будова високовольтних кабелів
Кабелі високої напруги в основному складаються з провідників, ізоляційних шарів, екрануючих шарів і захисних шарів.
Провідник є каналом для передачі струму і зазвичай виготовляється з міді або алюмінію. Мідь має хорошу провідність і пластичність, тоді як алюміній має відносно низьку вартість і легку вагу. Ці провідники, як правило, мають форму багатожильних скручених проводів для збільшення гнучкості.
Ізоляційний шар є ключовою частиною високовольтного кабелю, який відіграє роль у запобіганні витоку струму та ізоляції провідника від зовнішнього світу. Звичайні ізоляційні матеріали включають зшитий поліетилен (XLPE), масляний папір тощо. XLPE має відмінні електричні властивості, термостійкість і механічну міцність і широко використовується в сучасних високовольтних кабелях.
Екрануючий шар поділяється на внутрішній екран і зовнішній екран. Внутрішній екран використовується, щоб зробити електричне поле рівномірним і запобігти локальному розряду від пошкодження шару ізоляції; зовнішній екран може зменшити вплив зовнішнього електромагнітного поля на кабель, а також запобігти електромагнітному впливу кабелю на зовнішній світ.
Захисний шар головним чином захищає кабель від пошкодження зовнішніми факторами, такими як механічні пошкодження, хімічна корозія та проникнення води. Зазвичай він складається з металевої броні та зовнішньої оболонки. Металева броня може забезпечити механічну міцність, а зовнішня оболонка має водонепроникні та антикорозійні функції.
2. Класифікація високовольтних кабелів
За рівнем напруги кабелі високої напруги можна розділити на кабелі середньої напруги (зазвичай 3-35 кВ), кабелі високої напруги (35-110 кВ), кабелі надвисокої напруги (110-500 кВ) і надвисокі. - кабелі напруги (понад 500 кВ). Кабелі різного рівня напруги відрізняються конструкцією, вимогами до ізоляції тощо.
З точки зору ізоляційних матеріалів, крім згаданих вище кабелів із зшитого поліетилену (XLPE) і кабелів з масляного паперу, існують також кабелі з етилен-пропіленової гуми. Кабелі з масляного паперу мають довгу історію, але через високі витрати на технічне обслуговування та з інших причин їх поступово замінили кабелі з зшитого поліетилену. Кабель з етилен-пропіленової гуми має хорошу гнучкість і стійкість до атмосферних впливів і підходить для деяких особливих випадків.
3. Процес виготовлення високовольтного кабелю
Виробництво високовольтного кабелю - складний і делікатний процес.
Виробництво провідників спочатку вимагає мідної або алюмінієвої сировини для розтягування, скручування та інших процесів для забезпечення точності розмірів і механічних властивостей провідника. У процесі скручування нитки ниток повинні бути щільно розташовані, щоб покращити провідність провідника.
Екструзія ізоляційного шару є одним з ключових етапів. Для ізоляційного шару XLPE матеріал XLPE екструдується при високій температурі та рівномірно намотується на провідник. Під час процесу екструзії необхідно суворо контролювати такі параметри, як температура, тиск і швидкість екструзії, щоб забезпечити якість і однорідність товщини ізоляційного шару.
Екрануючий шар зазвичай виконується методом переплетення металевого дроту або обмотки металевою стрічкою. Процеси виготовлення внутрішнього та зовнішнього екранів дещо відрізняються, але обидва мають забезпечити цілісність екрануючого шару та хороше електричне з’єднання.
Нарешті, виробництво захисного шару включає укладання металевої броні та екструзію зовнішньої оболонки. Металева броня повинна щільно прилягати до кабелю, а екструзія зовнішньої оболонки повинна забезпечувати гладкий вигляд без дефектів, таких як бульбашки та тріщини.
4. Експлуатаційні характеристики високовольтних кабелів
Що стосується електричних характеристик, кабелі високої напруги повинні мати високий опір ізоляції, низькі діелектричні втрати та хороший опір напрузі. Високий опір ізоляції може ефективно запобігти витоку струму, низькі діелектричні втрати зменшують втрати електричної енергії під час передачі, а хороший опір напрузі гарантує, що кабель може безпечно працювати в середовищі високої напруги.
З точки зору механічних властивостей кабель повинен мати достатню міцність на розрив, радіус вигину і ударостійкість. Під час монтажу та експлуатації кабель може піддаватися розтягуванню, вигину та зовнішньому силовому впливу. Якщо механічні властивості недостатні, можна легко пошкодити кабель.
Теплові характеристики також є важливим аспектом. Кабель буде нагріватися під час роботи, особливо під час роботи під високим навантаженням. Тому кабель повинен мати гарну термостійкість і бути здатним нормально працювати в певному діапазоні температур без проблем, таких як старіння ізоляції. Кабель із зшитого поліетилену має відносно хорошу термостійкість і може працювати тривалий час при більш високих температурах.
5. Монтаж та обслуговування високовольтних кабелів
Що стосується встановлення, перше, що потрібно зробити, це спланувати шлях, щоб переконатися, що шлях прокладання кабелю є розумним і безпечним. У процесі прокладки слід уникати надмірного розтягування, згинання та видавлювання кабелю. Для прокладання кабелю на великі відстані зазвичай використовується таке обладнання, як кабельні конвеєри, щоб допомогти в будівництві.
Виробництво кабельних муфт є ключовою ланкою в процесі монтажу. Якість з'єднання безпосередньо впливає на надійність експлуатації кабелю. При виконанні з'єднань кабель потрібно зачистити, зачистити, з'єднати та ізолювати. Кожен етап має виконуватися суворо відповідно до вимог процесу, щоб переконатися, що електричні та механічні властивості з’єднання відповідають вимогам.
Ремонтні роботи необхідні для тривалої стабільної роботи високовольтних кабелів. Регулярні перевірки можуть швидко виявити, чи пошкоджено зовнішній вигляд кабелю чи пошкоджена оболонка. У той же час деяке випробувальне обладнання також можна використовувати для перевірки ізоляції та часткового розряду кабелю. Якщо виявлені проблеми, їх слід вчасно усунути або замінити.
6. Відмова та виявлення високовольтних кабелів
Поширені несправності високовольтних кабелів включають прорив ізоляції, роз’єднання провідника та з’єднання. Поломка ізоляції може бути викликана старінням ізоляції, частковим розрядом або зовнішньою перенапругою. Відключення провідника зазвичай спричинене механічною зовнішньою силою або тривалим перевантаженням. Поломка з’єднання може бути спричинена поганим процесом виготовлення з’єднання або сильним нагріванням під час роботи.
Щоб виявити ці несправності, існує багато методів виявлення. Виявлення часткового розряду є широко використовуваним методом. Виявлення сигналу, створюваного частковим розрядом у кабелі, дозволяє визначити, чи є всередині кабелю дефекти ізоляції. Перевірка витримуваної напруги може виявити здатність витримувати напругу кабелю та знайти потенційні проблеми ізоляції. Крім того, інфрачервона тепловізійна технологія може визначити розподіл температури на поверхні кабелю, щоб з’ясувати, чи є у кабелі такі проблеми, як локальний перегрів.
7. Застосування та тенденції розвитку високовольтних кабелів в енергосистемах
В енергетичних системах високовольтні кабелі широко використовуються в трансформації міської електромережі, вихідних лініях великих електростанцій, підводних кабельних передачах та інших сферах. У міських електромережах через обмежений простір використання підземних кабелів може заощадити місце та покращити красу міста. Відхідні лінії великих електростанцій вимагають використання високовольтних кабелів для передачі електроенергії на віддалені підстанції. Підводна кабельна передача може здійснювати передачу електроенергії через море та забезпечувати стабільне електропостачання для островів і прибережних районів.
З безперервним розвитком енергетичних технологій високовольтні кабелі також продемонстрували певні тенденції розвитку. Одним з них є дослідження, розробка та застосування кабелів з вищими рівнями напруги. Зі збільшенням попиту на передачу електроенергії на великі відстані розробка кабелів надвисокої напруги стане фокусом. Друге – інтелект кабелів. Завдяки інтеграції датчиків та іншого обладнання в кабель можна досягти моніторингу робочого стану кабелю та попередження про несправності в режимі реального часу, тим самим підвищуючи надійність роботи кабелю. Третє – розробка екологічно чистих кабелів. Оскільки вимоги людей до захисту навколишнього середовища зростають, дослідження та розробка матеріалів для кабелів, які переробляються з низьким рівнем забруднення, будуть майбутнім напрямком розвитку.
Час публікації: 24 вересня 2024 р