В современных энергосистемах высоковольтные кабели играют жизненно важную роль. От подземных электросетей в городах до дальних линий электропередачи через горы и реки высоковольтные кабели обеспечивают эффективную, стабильную и безопасную передачу электроэнергии. В этой статье будут подробно рассмотрены различные технологии, связанные с высоковольтными кабелями, включая их структуру, классификацию, процесс производства, эксплуатационные характеристики, установку и обслуживание.
1.Основная конструкция высоковольтных кабелей
Высоковольтные кабели в основном состоят из проводников, изоляционных слоев, экранирующих слоев и защитных слоев.
Проводник — это канал передачи тока, который обычно изготавливается из меди или алюминия. Медь обладает хорошей проводимостью и пластичностью, а алюминий относительно дешев и легок. Эти проводники обычно имеют форму многожильных скрученных проводов для повышения гибкости.
Изоляционный слой является ключевой частью высоковольтного кабеля, который играет роль в предотвращении утечки тока и изоляции проводника от внешнего мира. Обычные изоляционные материалы включают сшитый полиэтилен (XLPE), масляную бумагу и т. д. XLPE обладает превосходными электрическими свойствами, термостойкостью и механической прочностью и широко используется в современных высоковольтных кабелях.
Экранирующий слой делится на внутренний экран и внешний экран. Внутренний экран используется для того, чтобы сделать электрическое поле однородным и предотвратить повреждение слоя изоляции локальным разрядом; внешний экран может уменьшить помехи внешнего электромагнитного поля на кабеле, а также предотвратить электромагнитное воздействие кабеля на внешний мир.
Защитный слой в основном защищает кабель от повреждений, вызванных внешними факторами, такими как механические повреждения, химическая коррозия и проникновение воды. Обычно он состоит из металлической брони и внешней оболочки. Металлическая броня может обеспечить механическую прочность, а внешняя оболочка имеет водонепроницаемые и антикоррозионные функции.
2. Классификация высоковольтных кабелей
По уровню напряжения высоковольтные кабели можно разделить на кабели среднего напряжения (обычно 3-35 кВ), кабели высокого напряжения (35-110 кВ), кабели сверхвысокого напряжения (110-500 кВ) и кабели сверхвысокого напряжения (выше 500 кВ). Кабели разных уровней напряжения отличаются конструктивным исполнением, требованиями к изоляции и т. д.
С точки зрения изоляционных материалов, помимо кабелей XLPE и кабелей с масляной бумагой, упомянутых выше, существуют также кабели с этиленпропиленовой резиной. Кабели с масляной бумагой имеют долгую историю, но из-за высоких затрат на обслуживание и других причин они постепенно были заменены кабелями с XLPE. Кабель с этиленпропиленовой резиной обладает хорошей гибкостью и устойчивостью к атмосферным воздействиям и подходит для некоторых особых случаев.
3. Процесс производства высоковольтного кабеля
Производство высоковольтного кабеля — сложный и деликатный процесс.
Изготовление проводников требует, чтобы медное или алюминиевое сырье сначала растягивалось, скручивалось и подвергалось другим процессам для обеспечения точности размеров и механических свойств проводника. В процессе скручивания жилы жил должны быть расположены близко друг к другу для улучшения проводимости проводника.
Экструзия изоляционного слоя является одним из ключевых этапов. Для изоляционного слоя XLPE материал XLPE экструдируется при высокой температуре и равномерно наматывается на проводник. В процессе экструзии необходимо строго контролировать такие параметры, как температура, давление и скорость экструзии, чтобы обеспечить качество и однородность толщины изоляционного слоя.
Экранирующий слой обычно изготавливается путем плетения металлической проволоки или обмотки металлической лентой. Процессы изготовления внутренних и внешних экранов немного отличаются, но оба должны обеспечивать целостность экранирующего слоя и хорошее электрическое соединение.
Наконец, изготовление защитного слоя включает в себя укладку металлической брони и экструзию внешней оболочки. Металлическая броня должна плотно прилегать к кабелю, а экструзия внешней оболочки должна обеспечивать гладкий внешний вид без дефектов, таких как пузыри и трещины.
4. Эксплуатационные характеристики высоковольтных кабелей
С точки зрения электрических характеристик, высоковольтные кабели должны иметь высокое сопротивление изоляции, низкие диэлектрические потери и хорошее сопротивление напряжению. Высокое сопротивление изоляции может эффективно предотвращать утечку тока, низкие диэлектрические потери снижают потери электроэнергии во время передачи, а хорошее сопротивление напряжению гарантирует, что кабель может безопасно работать в среде высокого напряжения.
С точки зрения механических свойств кабель должен иметь достаточную прочность на разрыв, радиус изгиба и ударопрочность. В процессе монтажа и эксплуатации кабель может подвергаться растяжению, изгибу и воздействию внешних сил. Если механические свойства недостаточны, то легко повредить кабель.
Тепловые характеристики также являются важным аспектом. Кабель будет выделять тепло во время работы, особенно при работе под высокой нагрузкой. Поэтому кабель должен иметь хорошую термостойкость и нормально работать в определенном диапазоне температур без таких проблем, как старение изоляции. Кабель XLPE имеет относительно хорошую термостойкость и может работать в течение длительного времени при более высоких температурах.
5. Монтаж и обслуживание высоковольтных кабелей
Что касается установки, то первое, что нужно сделать, это спланировать путь, чтобы обеспечить разумность и безопасность пути прокладки кабеля. В процессе прокладки следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерного растяжения, изгиба и выдавливания кабеля. Для прокладки кабеля на большие расстояния обычно используется оборудование, такое как кабельные конвейеры, для помощи в строительстве.
Изготовление кабельных муфт является ключевым звеном в процессе монтажа. Качество соединения напрямую влияет на эксплуатационную надежность кабеля. При изготовлении муфт кабель необходимо зачистить, соединить и изолировать. Каждый этап должен выполняться строго в соответствии с требованиями технологического процесса, чтобы электрические и механические свойства соединения соответствовали требованиям.
Техническое обслуживание необходимо для долгосрочной стабильной работы высоковольтных кабелей. Регулярные проверки позволяют быстро определить, поврежден ли внешний вид кабеля или повреждена ли оболочка. В то же время, некоторые испытательные приборы могут также использоваться для проверки эффективности изоляции и частичного разряда кабеля. При обнаружении проблем их следует вовремя отремонтировать или заменить.
6. Выявление и устранение неисправностей высоковольтных кабелей
Обычные неисправности высоковольтных кабелей включают пробой изоляции, отсоединение проводника и отказ соединения. Пробой изоляции может быть вызван старением изоляции, частичным разрядом или внешним перенапряжением. Отсоединение проводника обычно вызывается механической внешней силой или длительной перегрузкой. Отказ соединения может быть вызван некачественным процессом изготовления соединения или сильным нагревом во время работы.
Для обнаружения этих неисправностей существует множество методов обнаружения. Обнаружение частичного разряда является широко используемым методом. Обнаруживая сигнал, генерируемый частичным разрядом в кабеле, можно определить, есть ли дефекты изоляции внутри кабеля. Испытание выдерживаемым напряжением может определить выдерживаемое напряжение кабеля и обнаружить потенциальные проблемы с изоляцией. Кроме того, технология инфракрасного тепловидения может обнаружить распределение температуры на поверхности кабеля, чтобы выяснить, есть ли у кабеля такие проблемы, как локальный перегрев.
7.Применение и тенденции развития высоковольтных кабелей в энергосистемах
В энергосистемах высоковольтные кабели широко используются в городских электросетях, отходящих линиях крупных электростанций, подводной кабельной передаче и других областях. В городских электросетях из-за ограниченного пространства использование подземных кабелей может сэкономить место и улучшить красоту города. Отходящие линии крупных электростанций требуют использования высоковольтных кабелей для передачи электроэнергии на удаленные подстанции. Подводная кабельная передача может реализовать передачу электроэнергии через море и обеспечить стабильное электроснабжение островов и прибрежных районов.
С непрерывным развитием энергетических технологий высоковольтные кабели также продемонстрировали некоторые тенденции развития. Одна из них - это исследования, разработки и применение кабелей с более высокими уровнями напряжения. С ростом спроса на передачу электроэнергии на большие расстояния разработка сверхвысоковольтных кабелей станет основным направлением. Вторая - это интеллектуальность кабелей. Интегрируя датчики и другое оборудование в кабель, можно добиться мониторинга рабочего состояния кабеля в режиме реального времени и предупреждения о неисправностях, тем самым повышая эксплуатационную надежность кабеля. Третья - это разработка экологически чистых кабелей. Поскольку требования людей к защите окружающей среды растут, исследования и разработки малозагрязняющих, перерабатываемых материалов для кабелей станут будущим направлением развития.
Время публикации: 24-сен-2024