У модерним електроенергетским системима, високонапонски каблови играју виталну улогу. Од подземних електроенергетских мрежа у градовима до далековода на велике удаљености преко планина и река, високонапонски каблови обезбеђују ефикасан, стабилан и безбедан пренос електричне енергије. Овај чланак ће детаљно истражити различите технологије везане за високонапонске каблове, укључујући њихову структуру, класификацију, процес производње, карактеристике перформанси, инсталацију и одржавање.
1. Основна структура високонапонских каблова
Високонапонски каблови се углавном састоје од проводника, изолационих слојева, заштитних слојева и заштитних слојева.
Проводник је канал за пренос струје и обично је направљен од бакра или алуминијума. Бакар има добру проводљивост и дуктилност, док је алуминијум релативно јефтин и лаган. Ови проводници су углавном у облику вишежилних упредених жица ради повећања флексибилности.
Изолациони слој је кључни део високонапонског кабла, који игра улогу у спречавању цурења струје и изолацији проводника од спољашњег света. Уобичајени изолациони материјали укључују умрежени полиетилен (XLPE), уљани папир итд. XLPE има одлична електрична својства, отпорност на топлоту и механичку чврстоћу и широко се користи у модерним високонапонским кабловима.
Заштитни слој је подељен на унутрашњи заштитни слој и спољашњи заштитни слој. Унутрашњи заштитни слој се користи да би електрично поље било уједначено и да би се спречило да локално пражњење оштети изолациони слој; спољашњи заштитни слој може смањити сметње спољашњег електромагнетног поља на каблу, а такође спречава електромагнетни утицај кабла на спољашњи свет.
Заштитни слој углавном штити кабл од оштећења услед спољних фактора као што су механичка оштећења, хемијска корозија и продор воде. Обично се састоји од металног оклопа и спољашњег плашта. Метални оклоп може да обезбеди механичку чврстоћу, а спољашњи плашт има водоотпорне и антикорозивне функције.
2. Класификација високонапонских каблова
Према напонском нивоу, високонапонски каблови се могу поделити на средњенапонске каблове (генерално 3-35kV), високонапонске каблове (35-110kV), ултрависоконапонске каблове (110-500kV) и ултрависоконапонске каблове (изнад 500kV). Каблови различитих напонских нивоа разликују се по структурном дизајну, захтевима за изолацију итд.
Са становишта изолационих материјала, поред горе поменутих XLPE каблова и каблова од уљаног папира, постоје и каблови од етилен-пропилен гуме. Каблови од уљаног папира имају дугу историју, али због високих трошкова одржавања и других разлога, постепено су замењени XLPE кабловима. Кабл од етилен-пропилен гуме има добру флексибилност и отпорност на временске услове, и погодан је за неке посебне прилике.
3. Процес производње високонапонског кабла
Производња високонапонских каблова је сложен и деликатан процес.
Производња проводника прво захтева истезање, увијање и друге процесе бакарних или алуминијумских сировина како би се осигурала димензионална тачност и механичка својства проводника. Током процеса увијања, нити морају бити густо распоређене како би се побољшала проводљивост проводника.
Екструзија изолационог слоја је један од кључних корака. За XLPE изолациони слој, XLPE материјал се екструдира на високој температури и равномерно намотава око проводника. Током процеса екструзије, параметри као што су температура, притисак и брзина екструзије морају бити строго контролисани како би се осигурао квалитет и једнообразност дебљине изолационог слоја.
Заштитни слој се обично прави ткањем металне жице или обмотавањем металном траком. Процеси производње унутрашњег и спољашњег штита се мало разликују, али оба морају да обезбеде интегритет заштитног слоја и добру електричну везу.
Коначно, производња заштитног слоја обухвата полагање металног оклопа и екструзију спољашњег плашта. Метални оклоп треба чврсто да приања уз кабл, а екструзија спољашњег плашта треба да обезбеди глатки изглед без дефеката као што су мехурићи и пукотине.
4. Карактеристике перформанси високонапонских каблова
Што се тиче електричних перформанси, високонапонски каблови морају имати високу отпорност изолације, ниске диелектричне губитке и добру отпорност на напон. Висока отпорност изолације може ефикасно спречити цурење струје, ниски диелектрични губици смањују губитак електричне енергије током преноса, а добра отпорност на напон осигурава да кабл може безбедно да ради у окружењу високог напона.
Што се тиче механичких својстава, кабл треба да има довољну затезну чврстоћу, радијус савијања и отпорност на ударце. Током инсталације и рада, кабл може бити изложен истезању, савијању и спољним утицајима сила. Ако механичка својства нису довољна, лако је оштетити кабл.
Термичке перформансе су такође важан аспект. Кабл ће генерисати топлоту током рада, посебно када ради под великим оптерећењем. Стога, кабл мора имати добру отпорност на топлоту и бити у стању да нормално ради у одређеном температурном опсегу без проблема као што је старење изолације. XLPE кабл има релативно добру отпорност на топлоту и може да ради дуго времена на вишим температурама.
5. Инсталација и одржавање високонапонских каблова
Што се тиче инсталације, прво што треба урадити јесте планирање путање како би се осигурало да је путања полагања кабла разумна и безбедна. Током процеса полагања, треба водити рачуна да се избегне прекомерно истезање, савијање и екструзија кабла. За полагање каблова на велике удаљености, опрема као што су кабловски транспортери се обично користи као помоћ у изградњи.
Производња кабловских спојева је кључна карика у процесу инсталације. Квалитет спојева директно утиче на поузданост рада кабла. Приликом израде спојева, кабл је потребно скинути изолацију, очистити, спојити и изоловати. Сваки корак треба извршити строго у складу са захтевима процеса како би се осигурало да електрична и механичка својства спојева испуњавају захтеве.
Радови на одржавању су неопходни за дугорочно стабилан рад високонапонских каблова. Редовним прегледима се може брзо открити да ли је оштећен изглед кабла или омотач. Истовремено, нека опрема за испитивање може се користити и за испитивање перформанси изолације и делимичног пражњења кабла. Ако се пронађу проблеми, треба их благовремено поправити или заменити.
6. Квар и детекција високонапонских каблова
Уобичајени кварови високонапонских каблова укључују пробој изолације, искључење проводника и отказ споја. Пробој изолације може бити узрокован старењем изолације, делимичним пражњењем или спољашњим пренапоном. Искључење проводника је обично узроковано механичком спољашњом силом или дуготрајним преоптерећењем. Квар споја може бити узрокован лошим процесом производње споја или јаким загревањем током рада.
Да би се открили ови кварови, постоји много метода детекције. Детекција делимичног пражњења је уобичајена метода. Детекцијом сигнала генерисаног делимичним пражњењем у каблу, може се утврдити да ли постоје дефекти изолације унутар кабла. Тест напонске издржљивости може детектовати напонски капацитет кабла и пронаћи потенцијалне проблеме са изолацијом. Поред тога, инфрацрвена технологија термалног снимања може детектовати расподелу температуре на површини кабла, како би се утврдило да ли кабл има проблема као што је локално прегревање.
7. Примена и тренд развоја високонапонских каблова у електроенергетским системима
У електроенергетским системима, високонапонски каблови се широко користе у трансформацији градских електроенергетских мрежа, одлазним водовима великих електрана, подморском кабловском преносу и другим областима. У градским електроенергетским мрежама, због ограниченог простора, употреба подземних каблова може уштедети простор и побољшати изглед града. Одлазни водови великих електрана захтевају употребу високонапонских каблова за пренос електричне енергије до удаљених трафостаница. Подморски кабловски пренос може остварити пренос енергије преко мора и обезбедити стабилно напајање острва и приобалних подручја.
Са континуираним развојем енергетске технологије, високонапонски каблови су такође показали неке трендове развоја. Један је истраживање и развој и примена каблова са вишим нивоима напона. Са повећањем потражње за преносом енергије на велике удаљености, развој каблова ултрависоког напона ће постати у фокусу. Други је интелигенција каблова. Интеграцијом сензора и друге опреме у кабл, може се постићи праћење радног стања кабла у реалном времену и упозорење на кварове, чиме се побољшава поузданост рада кабла. Трећи је развој еколошки прихватљивих каблова. Како се захтеви људи за заштитом животне средине повећавају, истраживање и развој материјала за каблове са ниским нивоом загађења, који се могу рециклирати, биће будући правац развоја.
Време објаве: 24. септембар 2024.