I moderna kraftsystem spelar högspänningskablar en viktig roll. Från underjordiska kraftnät i städer till långdistansledningar över berg och floder säkerställer högspänningskablar effektiv, stabil och säker överföring av elektrisk energi. Den här artikeln kommer att utforska de olika teknikerna relaterade till högspänningskablar på djupet, inklusive deras struktur, klassificering, tillverkningsprocess, prestandaegenskaper, installation och underhåll.
1. Grundläggande struktur för högspänningskablar
Högspänningskablar består huvudsakligen av ledare, isoleringsskikt, skärmningsskikt och skyddande skikt.
Ledaren är överföringskanalen för ström och är vanligtvis tillverkad av koppar eller aluminium. Koppar har god ledningsförmåga och duktilitet, medan aluminium är relativt billigt och lätt i vikt. Dessa ledare är vanligtvis i form av flertrådiga tvinnade trådar för att öka flexibiliteten.
Isoleringsskiktet är en viktig del av högspänningskabeln, vilket spelar en roll för att förhindra strömläckage och isolera ledaren från omvärlden. Vanliga isoleringsmaterial inkluderar tvärbunden polyeten (XLPE), oljepapper etc. XLPE har utmärkta elektriska egenskaper, värmebeständighet och mekanisk hållfasthet och används ofta i moderna högspänningskablar.
Skärmskiktet är uppdelat i inre skärmning och yttre skärmning. Den inre skärmen används för att göra det elektriska fältet jämnt och förhindra att lokala urladdningar skadar isoleringsskiktet; den yttre skärmen kan minska störningar från det externa elektromagnetiska fältet på kabeln, och även förhindra att kabeln har en elektromagnetisk påverkan på omvärlden.
Skyddsskiktet skyddar huvudsakligen kabeln från skador orsakade av yttre faktorer som mekanisk skada, kemisk korrosion och vattenintrång. Det består vanligtvis av metallpansar och yttermantel. Metallpansaret kan ge mekanisk styrka, och yttermanteln har vattentäta och korrosionsskyddande funktioner.
2. Klassificering av högspänningskablar
Beroende på spänningsnivå kan högspänningskablar delas in i mellanspänningskablar (vanligtvis 3–35 kV), högspänningskablar (35–110 kV), ultrahögspänningskablar (110–500 kV) och ultrahögspänningskablar (över 500 kV). Kablar med olika spänningsnivåer skiljer sig åt i strukturell design, isoleringskrav etc.
Ur isoleringsmaterialperspektiv finns det, förutom de ovan nämnda XLPE-kablarna och oljepapperskablarna, även etylen-propylengummikablar. Oljepapperskablar har en lång historia, men på grund av deras höga underhållskostnader och andra skäl har de gradvis ersatts av XLPE-kablar. Etylen-propylengummikablar har god flexibilitet och väderbeständighet och är lämpliga för vissa speciella tillfällen.
3. Tillverkningsprocess för högspänningskabel
Tillverkningen av högspänningskablar är en komplex och delikat process.
Tillverkningen av ledare kräver först att koppar- eller aluminiumråmaterialet sträcks, vrids och andra processer används för att säkerställa ledarens dimensionsnoggrannhet och mekaniska egenskaper. Under vridningsprocessen måste trådarna vara tätt anordnade för att förbättra ledarens konduktivitet.
Extruderingen av isoleringsskiktet är ett av de viktigaste stegen. För XLPE-isoleringsskiktet extruderas XLPE-materialet vid hög temperatur och lindas jämnt runt ledaren. Under extruderingsprocessen måste parametrar som temperatur, tryck och extruderingshastighet kontrolleras noggrant för att säkerställa isoleringsskiktets kvalitet och tjocklek.
Skärmskiktet tillverkas vanligtvis genom metalltrådsvävning eller metallbandslindning. Tillverkningsprocesserna för de inre och yttre skärmarna är något olika, men båda måste säkerställa skärmskiktets integritet och god elektrisk anslutning.
Slutligen inkluderar tillverkningen av det skyddande lagret läggning av metallpansringen och extrudering av den yttre manteln. Metallpansringen ska sitta tätt mot kabeln, och extruderingen av den yttre manteln ska säkerställa ett slätt utseende utan defekter som bubblor och sprickor.
4. Prestandaegenskaper hos högspänningskablar
När det gäller elektrisk prestanda behöver högspänningskablar ha hög isolationsresistans, låg dielektrisk förlust och god spänningsresistans. Hög isolationsresistans kan effektivt förhindra strömläckage, låg dielektrisk förlust minskar förlusten av elektrisk energi under överföring, och god spänningsresistans säkerställer att kabeln kan fungera säkert i en högspänningsmiljö.
När det gäller mekaniska egenskaper bör kabeln ha tillräcklig draghållfasthet, böjningsradie och slagtålighet. Under installation och drift kan kabeln utsättas för sträckning, böjning och yttre kraftpåverkan. Om de mekaniska egenskaperna är otillräckliga är det lätt att orsaka kabelskador.
Termisk prestanda är också en viktig aspekt. Kabeln genererar värme under drift, särskilt vid hög belastning. Därför måste kabeln ha god värmebeständighet och kunna fungera normalt inom ett visst temperaturområde utan problem som åldring av isoleringen. XLPE-kabel har relativt god värmebeständighet och kan fungera under lång tid vid högre temperaturer.
5. Installation och underhåll av högspänningskablar
När det gäller installation är det första man bör göra att planera kabelvägen för att säkerställa att kabeldragningen är rimlig och säker. Under läggningsprocessen bör man vara försiktig så att man undviker överdriven sträckning, böjning och utpressning av kabeln. Vid långa kabeldragningar används vanligtvis utrustning som kabeltransportörer för att underlätta konstruktionen.
Tillverkningen av kabelskarvar är en viktig del av installationsprocessen. Skarvens kvalitet påverkar direkt kabelns driftsäkerhet. Vid tillverkning av skarvar måste kabeln avisoleras, rengöras, anslutas och isoleras. Varje steg måste utföras strikt i enlighet med processkraven för att säkerställa att skarvens elektriska och mekaniska egenskaper uppfyller kraven.
Underhållsarbete är avgörande för långsiktig stabil drift av högspänningskablar. Regelbundna inspektioner kan snabbt upptäcka om kabelns utseende är skadat eller om manteln är skadad. Samtidigt kan viss testutrustning också användas för att testa kabelns isoleringsprestanda och partiella urladdning. Om problem upptäcks bör de repareras eller bytas ut i tid.
6. Fel och detektering av högspänningskablar
Vanliga fel på högspänningskablar inkluderar isoleringsbrott, ledarbrott och skarvfel. Isolationsbrott kan orsakas av åldring av isoleringen, partiell urladdning eller extern överspänning. Ledarbrott orsakas vanligtvis av mekanisk yttre kraft eller långvarig överbelastning. Skarvfel kan orsakas av dålig tillverkningsprocess för skarvar eller kraftig uppvärmning under drift.
För att upptäcka dessa fel finns det många detekteringsmetoder. Detektering av partiell urladdning är en vanligt förekommande metod. Genom att detektera signalen som genereras av partiell urladdning i kabeln kan man avgöra om det finns isoleringsdefekter inuti kabeln. Spänningstestet kan detektera kabelns spänningskapacitet och hitta potentiella isoleringsproblem. Dessutom kan infraröd värmeavbildningsteknik detektera temperaturfördelningen på kabelns yta för att ta reda på om kabeln har problem som lokal överhettning.
7. Tillämpning och utvecklingstrend för högspänningskablar i kraftsystem
I kraftsystem används högspänningskablar i stor utsträckning för att omvandla stadskraftnät, utgående ledningar från stora kraftverk, överföring av sjökablar och andra områden. I stadskraftnät kan användningen av underjordiska kablar på grund av begränsat utrymme spara utrymme och förbättra stadens skönhet. Utgående ledningar från stora kraftverk kräver användning av högspänningskablar för att överföra el till avlägsna transformatorstationer. Sjökabelöverföring kan realisera kraftöverföring över havet och ge stabil strömförsörjning för öar och kustområden.
Med den kontinuerliga utvecklingen av kraftteknik har även högspänningskablar visat vissa utvecklingstrender. En är forskning och utveckling samt tillämpning av kablar med högre spänningsnivåer. Med den ökande efterfrågan på långdistanskraftöverföring kommer utvecklingen av ultrahögspänningskablar att bli ett fokus. Den andra är kablarnas intelligens. Genom att integrera sensorer och annan utrustning i kabeln kan realtidsövervakning av kabelns driftsstatus och felvarning uppnås, vilket förbättrar kabelns driftsäkerhet. Den tredje är utvecklingen av miljövänliga kablar. I takt med att människors krav på miljöskydd ökar kommer forskning och utveckling av föroreningssnåla, återvinningsbara kabelmaterial att vara en framtida utvecklingsriktning.
Publiceringstid: 24 sep-2024