U modernim elektroenergetskim sustavima, visokonaponski kabeli igraju vitalnu ulogu. Od podzemnih elektroenergetskih mreža u gradovima do dalekovoda na velike udaljenosti preko planina i rijeka, visokonaponski kabeli osiguravaju učinkovit, stabilan i siguran prijenos električne energije. Ovaj članak će detaljno istražiti različite tehnologije povezane s visokonaponskim kabelima, uključujući njihovu strukturu, klasifikaciju, proizvodni proces, karakteristike performansi, instalaciju i održavanje.
1. Osnovna struktura visokonaponskih kabela
Visokonaponski kabeli uglavnom se sastoje od vodiča, izolacijskih slojeva, zaštitnih slojeva i zaštitnih slojeva.
Vodič je prijenosni kanal za struju i obično je izrađen od bakra ili aluminija. Bakar ima dobru vodljivost i duktilnost, dok je aluminij relativno jeftin i lagan. Ovi vodiči su obično u obliku višestruko upredenih žica radi povećanja fleksibilnosti.
Izolacijski sloj ključni je dio visokonaponskog kabela koji igra ulogu u sprječavanju curenja struje i izoliranju vodiča od vanjskog svijeta. Uobičajeni izolacijski materijali uključuju umreženi polietilen (XLPE), uljni papir itd. XLPE ima izvrsna električna svojstva, otpornost na toplinu i mehaničku čvrstoću te se široko koristi u modernim visokonaponskim kabelima.
Zaštitni sloj podijeljen je na unutarnji i vanjski zaštitni sloj. Unutarnji zaštitni sloj koristi se za ujednačavanje električnog polja i sprječavanje lokalnog pražnjenja koje bi oštetilo izolacijski sloj; vanjski zaštitni sloj može smanjiti interferenciju vanjskog elektromagnetskog polja na kabelu, a također sprječava elektromagnetski utjecaj kabela na vanjski svijet.
Zaštitni sloj uglavnom štiti kabel od oštećenja vanjskim čimbenicima poput mehaničkih oštećenja, kemijske korozije i prodora vode. Obično se sastoji od metalnog oklopa i vanjskog plašta. Metalni oklop može pružiti mehaničku čvrstoću, a vanjski plašt ima vodootporne i antikorozivne funkcije.
2. Klasifikacija visokonaponskih kabela
Prema naponskoj razini, visokonaponski kabeli mogu se podijeliti na srednjenaponske kabele (općenito 3-35 kV), visokonaponske kabele (35-110 kV), ultravisokonaponske kabele (110-500 kV) i ultravisokonaponske kabele (iznad 500 kV). Kablovi različitih naponskih razina razlikuju se po strukturnoj izvedbi, zahtjevima za izolaciju itd.
S gledišta izolacijskih materijala, uz gore spomenute XLPE kabele i kabele od uljnog papira, postoje i kabeli od etilen-propilenske gume. Kabeli od uljnog papira imaju dugu povijest, ali zbog visokih troškova održavanja i drugih razloga, postupno su zamijenjeni XLPE kabelima. Kabel od etilen-propilenske gume ima dobru fleksibilnost i otpornost na vremenske uvjete te je prikladan za neke posebne prigode.
3. Proces proizvodnje visokonaponskog kabela
Proizvodnja visokonaponskih kabela je složen i delikatan proces.
Proizvodnja vodiča prvo zahtijeva istezanje, uvijanje i druge procese bakrenih ili aluminijskih sirovina kako bi se osigurala dimenzijska točnost i mehanička svojstva vodiča. Tijekom procesa uvijanja, niti moraju biti gusto raspoređene kako bi se poboljšala vodljivost vodiča.
Ekstruzija izolacijskog sloja jedan je od ključnih koraka. Za XLPE izolacijski sloj, XLPE materijal se ekstrudira na visokoj temperaturi i ravnomjerno namotava na vodič. Tijekom procesa ekstruzije, parametri poput temperature, tlaka i brzine ekstruzije moraju se strogo kontrolirati kako bi se osigurala kvaliteta i ujednačenost debljine izolacijskog sloja.
Zaštitni sloj se obično izrađuje tkanjem metalne žice ili omatanjem metalnom trakom. Proizvodni procesi unutarnjeg i vanjskog štita se malo razlikuju, ali oba moraju osigurati integritet zaštitnog sloja i dobru električnu vezu.
Konačno, proizvodnja zaštitnog sloja uključuje polaganje metalnog oklopa i ekstruziju vanjskog plašta. Metalni oklop treba čvrsto prianjati uz kabel, a ekstruzija vanjskog plašta treba osigurati gladak izgled bez nedostataka poput mjehurića i pukotina.
4. Karakteristike performansi visokonaponskih kabela
Što se tiče električnih performansi, visokonaponski kabeli moraju imati visoku izolacijsku otpornost, niske dielektrične gubitke i dobru naponsku otpornost. Visoki izolacijski otpor može učinkovito spriječiti curenje struje, niski dielektrični gubici smanjuju gubitak električne energije tijekom prijenosa, a dobra naponska otpornost 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 vanjskih sila. Ako mehanička svojstva nisu dovoljna, lako je oštetiti kabel.
Toplinske performanse su također važan aspekt. Kabel će generirati toplinu tijekom rada, posebno pri radu pod velikim opterećenjem. Stoga kabel mora imati dobru otpornost na toplinu i moći normalno raditi unutar određenog temperaturnog raspona bez problema poput starenja izolacije. XLPE kabel ima relativno dobru otpornost na toplinu i može dugo raditi na višim temperaturama.
5. Ugradnja i održavanje visokonaponskih kabela
Što se tiče instalacije, prvo što treba učiniti je isplanirati putanju kako bi se osiguralo da je put polaganja kabela razuman i siguran. Tijekom procesa polaganja treba paziti da se izbjegne pretjerano istezanje, savijanje i istiskivanje kabela. Za polaganje kabela na velike udaljenosti obično se koristi oprema poput kabelskih transportera kao pomoć u izgradnji.
Proizvodnja kabelskih spojnica ključna je karika u procesu instalacije. Kvaliteta spojnice izravno utječe na pouzdanost rada kabela. Prilikom izrade spojnica, kabel treba oguliti, očistiti, spojiti i izolirati. Svaki korak treba provesti strogo u skladu sa zahtjevima procesa kako bi se osiguralo da električna i mehanička svojstva spojnice zadovoljavaju zahtjeve.
Održavanje je ključno za dugoročan stabilan rad visokonaponskih kabela. Redovitim pregledima može se brzo otkriti je li oštećen vanjski izgled kabela ili je oštećen plašt. Istovremeno, neka ispitna oprema može se koristiti i za ispitivanje izolacijskih performansi i djelomičnog pražnjenja kabela. Ako se pronađu problemi, treba ih na vrijeme popraviti ili zamijeniti.
6. Kvar i otkrivanje visokonaponskih kabela
Uobičajeni kvarovi visokonaponskih kabela uključuju proboj izolacije, prekid veze vodiča i pucanje spoja. Proboj izolacije može biti uzrokovan starenjem izolacije, djelomičnim pražnjenjem ili vanjskim prenaponom. Prekid veze vodiča obično je uzrokovan mehaničkom vanjskom silom ili dugotrajnim preopterećenjem. Kvar spoja može biti uzrokovan lošim postupkom proizvodnje spoja ili jakim zagrijavanjem tijekom rada.
Kako bi se otkrili ovi kvarovi, postoje mnoge metode detekcije. Detekcija djelomičnog pražnjenja je često korištena metoda. Detekcijom signala generiranog djelomičnim pražnjenjem u kabelu može se utvrditi postoje li izolacijski nedostaci unutar kabela. Ispitivanje naponske otpornosti može otkriti naponsku otpornost kabela i pronaći potencijalne probleme s izolacijom. Osim toga, infracrvena tehnologija termovizijskog snimanja može otkriti raspodjelu temperature na površini kabela, kako bi se utvrdilo ima li kabel problema poput lokalnog pregrijavanja.
7. Primjena i trend razvoja visokonaponskih kabela u elektroenergetskim sustavima
U elektroenergetskim sustavima, visokonaponski kabeli se široko koriste u transformaciji gradske elektroenergetske mreže, odlaznim vodovima velikih elektrana, podmorskom kabelskom prijenosu i drugim područjima. U gradskim elektroenergetskim 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 energije preko mora i osigurati stabilnu opskrbu energijom za otoke i obalna područja.
S kontinuiranim razvojem energetske tehnologije, visokonaponski kabeli također su pokazali neke trendove razvoja. Prvi je istraživanje, razvoj i primjena kabela s višim naponskim razinama. S porastom potražnje za prijenosom energije na velike udaljenosti, razvoj ultravisokonaponskih kabela postat će u fokusu. Drugi je inteligencija kabela. Integracijom senzora i druge opreme u kabel može se postići praćenje radnog stanja kabela u stvarnom vremenu i upozorenje na kvarove, čime se poboljšava pouzdanost rada kabela. Treći je razvoj ekološki prihvatljivih kabela. Kako se povećavaju zahtjevi ljudi za zaštitom okoliša, istraživanje i razvoj materijala za kabele s niskim stupnjem onečišćenja i koji se mogu reciklirati bit će budući smjer razvoja.
Vrijeme objave: 24. rujna 2024.