I moderne kraftsystemer spiller høyspentkabler en viktig rolle. Fra underjordiske kraftnett i byer til langdistanse overføringslinjer over fjell og elver, sikrer høyspentkabler effektiv, stabil og sikker overføring av elektrisk energi. Denne artikkelen vil utforske de ulike teknologiene knyttet til høyspentkabler i dybden, inkludert struktur, klassifisering, produksjonsprosess, ytelsesegenskaper, installasjon og vedlikehold.
1. Grunnleggende struktur av høyspentkabler
Høyspenningskabler består hovedsakelig av ledere, isolasjonslag, skjermingslag og beskyttende lag.
Lederen er overføringskanalen for strøm og er vanligvis laget av kobber eller aluminium. Kobber har god konduktivitet og duktilitet, mens aluminium er relativt billig og lett i vekt. Disse lederne er vanligvis i form av flertrådete, tvinnede ledninger for å øke fleksibiliteten.
Isolasjonslaget er en viktig del av høyspentkabelen, som spiller en rolle i å forhindre strømlekkasje og isolere lederen fra omverdenen. Vanlige isolasjonsmaterialer inkluderer tverrbundet polyetylen (XLPE), oljepapir, etc. XLPE har utmerkede elektriske egenskaper, varmebestandighet og mekanisk styrke, og er mye brukt i moderne høyspentkabler.
Skjermingslaget er delt inn i indre skjerming og ytre skjerming. Den indre skjermen brukes til å gjøre det elektriske feltet jevnt og forhindre at lokal utladning skader isolasjonslaget; den ytre skjermen kan redusere forstyrrelser fra det eksterne elektromagnetiske feltet på kabelen, og også forhindre at kabelen har en elektromagnetisk påvirkning på omverdenen.
Det beskyttende laget beskytter hovedsakelig kabelen mot skade fra eksterne faktorer som mekanisk skade, kjemisk korrosjon og vanninntrengning. Det er vanligvis sammensatt av metallpansring og ytre kappe. Metallpansringen kan gi mekanisk styrke, og ytre kappe har vanntette og korrosjonsbestandige funksjoner.
2. Klassifisering av høyspentkabler
I henhold til spenningsnivået kan høyspentkabler deles inn i mellomspenningskabler (vanligvis 3–35 kV), høyspentkabler (35–110 kV), ultrahøyspentkabler (110–500 kV) og ultrahøyspentkabler (over 500 kV). Kabler med forskjellige spenningsnivåer varierer i strukturell utforming, isolasjonskrav osv.
Fra et isolasjonsmaterialeperspektiv finnes det i tillegg til XLPE-kablene og oljepapirkablene nevnt ovenfor også etylen-propylen gummikabler. Oljepapirkabler har en lang historie, men på grunn av høye vedlikeholdskostnader og andre årsaker har de gradvis blitt erstattet av XLPE-kabler. Etylen-propylen gummikabel har god fleksibilitet og værbestandighet, og er egnet for spesielle anledninger.
3. Produksjonsprosess for høyspentkabel
Produksjon av høyspentkabel er en kompleks og delikat prosess.
Produksjon av ledere krever først at kobber- eller aluminiumsråmaterialene strekkes, vris og andre prosesser utføres for å sikre lederens dimensjonsnøyaktighet og mekaniske egenskaper. Under vridningsprosessen må trådene i trådene være tett plassert for å forbedre lederens konduktivitet.
Ekstrudering av isolasjonslaget er et av hovedtrinnene. For XLPE-isolasjonslaget ekstruderes XLPE-materialet ved høy temperatur og jevnt vikles rundt lederen. Under ekstruderingsprosessen må parametere som temperatur, trykk og ekstruderingshastighet kontrolleres strengt for å sikre kvaliteten og tykkelsen på isolasjonslaget.
Skjermingslaget lages vanligvis ved hjelp av metalltrådveving eller metallbåndinnpakning. Produksjonsprosessene for de indre og ytre skjermene er litt forskjellige, men begge må sikre skjermingslagets integritet og god elektrisk forbindelse.
Til slutt inkluderer produksjonen av det beskyttende laget legging av metallarmeringen og ekstrudering av den ytre kappen. Metallarmeringen skal sitte tett på kabelen, og ekstruderingen av den ytre kappen skal sikre et glatt utseende uten defekter som bobler og sprekker.
4. Ytelsesegenskaper for høyspentkabler
Når det gjelder elektrisk ytelse, må høyspentkabler ha høy isolasjonsmotstand, lavt dielektrisk tap og god spenningsmotstand. Høy isolasjonsmotstand kan effektivt forhindre strømlekkasje, lavt dielektrisk tap reduserer tapet av elektrisk energi under overføring, og god spenningsmotstand sikrer at kabelen kan operere trygt i et høyspentmiljø.
Når det gjelder mekaniske egenskaper, bør kabelen ha tilstrekkelig strekkfasthet, bøyeradius og slagfasthet. Under installasjon og drift kan kabelen bli utsatt for strekking, bøying og ytre krefter. Hvis de mekaniske egenskapene er utilstrekkelige, er det lett å forårsake kabelskade.
Termisk ytelse er også et viktig aspekt. Kabelen vil generere varme under drift, spesielt når den kjøres under høy belastning. Derfor må kabelen ha god varmebestandighet og kunne fungere normalt innenfor et visst temperaturområde uten problemer som aldring av isolasjonen. XLPE-kabel har relativt god varmebestandighet og kan operere lenge ved høyere temperaturer.
5. Installasjon og vedlikehold av høyspentkabler
Når det gjelder installasjon, er det første man må gjøre å planlegge traséen for å sikre at kabelleggingsruten er rimelig og sikker. Under leggingsprosessen bør man være forsiktig så man unngår overdreven strekking, bøying og ekstrudering av kabelen. Ved kabellegging over lange avstander brukes vanligvis utstyr som kabeltransportører for å hjelpe byggingen.
Produksjonen av kabelkoblinger er en viktig del av installasjonsprosessen. Kvaliteten på koblingen påvirker direkte kabelens driftssikkerhet. Ved produksjon av koblinger må kabelen avmantles, rengjøres, kobles til og isoleres. Hvert trinn må utføres strengt i samsvar med prosesskravene for å sikre at koblingens elektriske og mekaniske egenskaper oppfyller kravene.
Vedlikeholdsarbeid er avgjørende for langsiktig stabil drift av høyspentkabler. Regelmessige inspeksjoner kan raskt oppdage om kabelens utseende er skadet eller om kappen er skadet. Samtidig kan noe testutstyr også brukes til å teste kabelens isolasjonsytelse og delvise utladning. Hvis det oppdages problemer, bør de repareres eller byttes ut i tide.
6. Feil og deteksjon av høyspentkabler
Vanlige feil i høyspentkabler inkluderer isolasjonsbrudd, lederfrakobling og skjøtsvikt. Isolasjonsbrudd kan være forårsaket av aldring av isolasjonen, delvis utladning eller ekstern overspenning. Lederfrakobling er vanligvis forårsaket av mekanisk ekstern kraft eller langvarig overbelastning. Skjøtsvikt kan være forårsaket av dårlig produksjonsprosess for skjøter eller kraftig oppvarming under drift.
For å oppdage disse feilene finnes det mange deteksjonsmetoder. Deteksjon av delvis utladning er en vanlig metode. Ved å detektere signalet som genereres av delvis utladning i kabelen, kan det avgjøres om det er isolasjonsfeil inne i kabelen. Spenningstesten kan detektere kabelens spenningskapasitet og finne potensielle isolasjonsproblemer. I tillegg kan infrarød termografiteknologi detektere temperaturfordelingen på kabeloverflaten, for å finne ut om kabelen har problemer som lokal overoppheting.
7. Bruks- og utviklingstrend for høyspentkabler i kraftsystemer
I kraftsystemer er høyspentkabler mye brukt i transformasjon av bynett, utgående linjer fra store kraftverk, overføring av sjøkabler og andre felt. I bynett kan bruk av underjordiske kabler spare plass og forbedre byens skjønnhet på grunn av begrenset plass. Utgående linjer fra store kraftverk krever bruk av høyspentkabler for å overføre strøm til fjerne transformatorstasjoner. Overføring av sjøkabler kan realisere kraftoverføring over havet og gi stabil strømforsyning til øyer og kystområder.
Med den kontinuerlige utviklingen av kraftteknologi har høyspenningskabler også vist noen utviklingstrender. Den ene er forskning og utvikling og anvendelse av kabler med høyere spenningsnivåer. Med den økende etterspørselen etter langdistanse kraftoverføring, vil utviklingen av ultrahøyspenningskabler bli et fokus. Det andre er intelligensen til kabler. Ved å integrere sensorer og annet utstyr i kabelen kan man oppnå sanntidsovervåking av kabelens driftsstatus og feilvarsling, og dermed forbedre kabelens driftssikkerhet. Det tredje er utviklingen av miljøvennlige kabler. Etter hvert som folks krav til miljøvern øker, vil forskning og utvikling av lavforurensende, resirkulerbare kabelmaterialer være en fremtidig utviklingsretning.
Publisert: 24. september 2024