U modernim elektroenergetskim sustavima visokonaponski kabeli igraju vitalnu ulogu. Od podzemnih električnih mreža u gradovima do dalekovoda preko planina i rijeka, visokonaponski kabeli osiguravaju učinkovit, stabilan i siguran prijenos električne energije. Ovaj će članak detaljno istražiti različite tehnologije povezane s visokonaponskim kabelima, uključujući njihovu strukturu, klasifikaciju, proizvodni proces, karakteristike izvedbe, instalaciju i održavanje.
1.Osnovna struktura visokonaponskih kabela
Visokonaponski kabeli uglavnom se sastoje od vodiča, izolacijskih slojeva, zaštitnih slojeva i zaštitnih slojeva.
Vodič je kanal za prijenos struje i obično je izrađen od bakra ili aluminija. Bakar ima dobru vodljivost i duktilnost, dok je aluminij relativno niske cijene i male težine. Ovi vodiči općenito su u obliku višežilnih upredenih žica kako bi se povećala fleksibilnost.
Izolacijski sloj je ključni dio visokonaponskog kabela, koji igra ulogu u sprječavanju curenja struje i izolaciji vodiča od vanjskog svijeta. Uobičajeni izolacijski materijali uključuju umreženi polietilen (XLPE), uljani papir, itd. XLPE ima izvrsna električna svojstva, otpornost na toplinu i mehaničku čvrstoću te se široko koristi u modernim visokonaponskim kabelima.
Zaštitni sloj je podijeljen na unutarnji i vanjski oklop. Unutarnji štit se koristi za ujednačavanje električnog polja i sprječavanje oštećenja izolacijskog sloja lokalnim pražnjenjem; vanjski štit može smanjiti smetnje vanjskog elektromagnetskog polja na kabelu, a također spriječiti da kabel ima elektromagnetski utjecaj na vanjski svijet.
Zaštitni sloj uglavnom štiti kabel od oštećenja vanjskim čimbenicima kao što su mehanička oštećenja, kemijska korozija i prodor vode. Obično se sastoji od metalnog oklopa i vanjskog omotača. Metalni oklop može pružiti mehaničku čvrstoću, a vanjski omotač ima vodootporne i antikorozivne funkcije.
2. Podjela visokonaponskih kabela
Prema naponskoj razini, visokonaponske kabele možemo podijeliti na srednjenaponske kabele (općenito 3-35kV), visokonaponske kabele (35-110kV), ultravisoke naponske kabele (110-500kV) i ultravisoke -naponski kablovi (iznad 500kV). Kabeli različitih naponskih razina razlikuju se po strukturnom dizajnu, zahtjevima za izolaciju itd.
Iz perspektive izolacijskih materijala, osim gore spomenutih XLPE kabela i kabela od uljanog papira, postoje i kabeli od etilen-propilenske gume. Kabeli od uljanog papira imaju dugu povijest, ali zbog visokih troškova održavanja i drugih razloga postupno su zamijenjeni kabelima od XLPE. Kabel od etilen propilen gume ima dobru fleksibilnost i otpornost na vremenske uvjete, te je pogodan za neke posebne prilike.
3. Proces izrade visokonaponskog kabela
Proizvodnja visokonaponskog kabela je složen i delikatan proces.
Proizvodnja vodiča prvo zahtijeva rastezanje, uvijanje bakrenih ili aluminijskih sirovina i druge postupke kako bi se osigurala točnost dimenzija i mehanička svojstva vodiča. Tijekom procesa uvijanja, niti niti moraju biti blisko raspoređene kako bi se poboljšala vodljivost vodiča.
Ekstruzija izolacijskog sloja jedan je od ključnih koraka. Za XLPE izolacijski sloj, XLPE materijal je ekstrudiran na visokoj temperaturi i ravnomjerno omotan na vodič. Tijekom procesa ekstruzije, parametri kao što su temperatura, tlak i brzina ekstruzije moraju biti strogo kontrolirani kako bi se osigurala kvaliteta i ujednačenost debljine izolacijskog sloja.
Zaštitni sloj obično se izrađuje pletenjem metalne žice ili omotavanjem metalnom trakom. Proizvodni procesi unutarnjeg i vanjskog oklopa malo se razlikuju, ali oba moraju osigurati cjelovitost zaštitnog sloja i dobru električnu vezu.
Konačno, izrada zaštitnog sloja uključuje postavljanje metalnog oklopa i istiskivanje vanjskog omotača. Metalni oklop trebao bi čvrsto pristajati na kabel, a ekstruzija vanjskog omotača trebala bi osigurati glatki izgled bez nedostataka poput mjehurića i pukotina.
4. Radne karakteristike visokonaponskih kabela
Što se tiče električnih performansi, visokonaponski kabeli moraju imati visoku otpornost na izolaciju, male gubitke dielektrika i dobru otpornost na napon. Visoki otpor izolacije može učinkovito spriječiti curenje struje, nizak dielektrični gubitak smanjuje gubitak električne energije tijekom prijenosa, a dobar naponski otpor osigurava da kabel može sigurno raditi u okruženju visokog napona.
Što se tiče mehaničkih svojstava, kabel treba imati dovoljnu vlačnu čvrstoću, radijus savijanja i otpornost na udarce. Tijekom instalacije i rada, kabel može biti izložen istezanju, savijanju i utjecaju vanjske sile. Ako su mehanička svojstva nedovoljna, lako je uzrokovati oštećenje kabela.
Toplinska izvedba također je važan aspekt. Kabel će stvarati toplinu tijekom rada, posebno kada radi pod velikim opterećenjem. Stoga kabel mora imati dobru toplinsku otpornost i biti sposoban normalno raditi unutar određenog temperaturnog raspona bez problema kao što je starenje izolacije. XLPE kabel ima relativno dobru toplinsku otpornost i može dugo raditi na višim temperaturama.
5. Postavljanje i održavanje visokonaponskih kabela
Što se tiče instalacije, prvo što treba učiniti je isplanirati stazu kako biste osigurali da je staza polaganja kabela razumna i sigurna. Tijekom procesa polaganja treba paziti da se izbjegne prekomjerno rastezanje, savijanje i istiskivanje kabela. Za polaganje kabela na velikim udaljenostima, oprema kao što su kabelski transporteri obično se koristi kao pomoć pri izgradnji.
Proizvodnja kabelskih spojnica ključna je karika u procesu ugradnje. Kvaliteta spoja izravno utječe na radnu pouzdanost kabela. Prilikom izrade spojnica kabel je potrebno ogoliti, očistiti, spojiti i izolirati. Svaki korak potrebno je izvesti strogo u skladu sa zahtjevima procesa kako bi se osiguralo da električna i mehanička svojstva spoja ispunjavaju zahtjeve.
Radovi na održavanju neophodni su za dugoročno stabilan rad visokonaponskih kabela. Redoviti pregledi mogu odmah otkriti je li kabel oštećen na izgledu ili je omotač oštećen. U isto vrijeme, neka oprema za ispitivanje također se može koristiti za ispitivanje izvedbe izolacije i djelomičnog pražnjenja kabela. Ako se pronađu problemi, treba ih popraviti ili zamijeniti na vrijeme.
6. Kvar i detekcija visokonaponskih kabela
Uobičajeni kvarovi visokonaponskih kabela uključuju proboj izolacije, odspajanje vodiča i kvar spojeva. Proboj izolacije može biti uzrokovan starenjem izolacije, djelomičnim pražnjenjem ili vanjskim prenaponom. Isključivanje vodiča obično je uzrokovano mehaničkom vanjskom silom ili dugotrajnim preopterećenjem. Kvar spoja može biti uzrokovan lošim procesom proizvodnje spoja ili jakim zagrijavanjem tijekom rada.
Za otkrivanje ovih grešaka postoje mnoge metode otkrivanja. Detekcija djelomičnog pražnjenja često je korištena metoda. Detektiranjem signala generiranog djelomičnim pražnjenjem u kabelu, može se utvrditi postoje li nedostaci izolacije unutar kabela. Ispitivanje otpornog napona može otkriti kapacitet otpornog napona kabela i pronaći potencijalne probleme s izolacijom. Osim toga, infracrvena tehnologija toplinske slike može detektirati raspodjelu temperature na površini kabela, kako bi otkrila ima li kabel problema poput lokalnog pregrijavanja.
7.Primjena i trend razvoja visokonaponskih kabela u elektroenergetskim sustavima
U elektroenergetskim sustavima, visokonaponski kabeli naširoko se koriste u transformaciji gradske elektroenergetske mreže, izlaznim vodovima velikih elektrana, podmorskim kabelskim prijenosom i drugim područjima. U gradskim električnim mrežama, zbog ograničenog prostora, korištenje podzemnih kabela može uštedjeti prostor i poboljšati ljepotu grada. Odlazni vodovi velikih elektrana zahtijevaju korištenje visokonaponskih kabela za prijenos električne energije do udaljenih trafostanica. Podmorski kabelski prijenos može ostvariti prijenos električne energije preko mora i osigurati stabilnu opskrbu električnom energijom za otoke i obalna područja.
Kontinuiranim razvojem elektroenergetske tehnologije i visokonaponski kabeli pokazuju određene razvojne trendove. Jedan je istraživanje i razvoj te primjena kabela viših naponskih razina. S povećanjem potražnje za prijenosom električne energije na velike udaljenosti, razvoj kabela ultra visokog napona postat će u fokusu. Druga je inteligencija kabela. Integriranjem senzora i druge opreme u kabel može se postići praćenje radnog statusa kabela u stvarnom vremenu i upozorenje na kvar, čime se poboljšava radna pouzdanost kabela. Treći je razvoj ekološki prihvatljivih kabela. Kako se zahtjevi ljudi za zaštitom okoliša povećavaju, istraživanje i razvoj materijala za kabele s niskom razinom zagađenja koji se mogu reciklirati bit će smjer budućeg razvoja.
Vrijeme objave: 24. rujna 2024