В современных энергосистемах высоковольтные кабели играют жизненно важную роль. От подземных электросетей в городах до магистральных 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, монтаж и обслуживание.
1.Базовая конструкция высоковольтных кабелей.
Высоковольтные кабели состоят в основном из проводников, слоев изоляции, экранирующих слоев и защитных слоев.
Проводник является каналом передачи тока и обычно изготавливается из меди или алюминия. Медь обладает хорошей проводимостью и пластичностью, тогда как алюминий относительно недорог и легок по весу. 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. К распространенным изоляционным материалам относятся сшитый полиэтилен (XLPE), промасленная бумага и т. д. Сшитый полиэтилен обладает превосходными электрическими свойствами, термостойкостью и механической прочностью и широко используется в современных высоковольтных кабелях.
Экранирующий слой делится на внутреннюю защиту и внешнюю защиту. Внутренний экран служит для обеспечения однородности электрического поля и предотвращения повреждения изоляционного слоя местными разрядами; 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 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 выполняет 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 сверхвысокого напряжения. -кабели напряжения (выше 500кВ). Кабели разного уровня напряжения различаются конструктивным исполнением, требованиями к изоляции и т. д.
С точки зрения изоляционных материалов, помимо упомянутых выше кабелей из сшитого полиэтилена и бумажно-масляных кабелей, существуют также кабели из этиленпропиленовой резины. Кабели с масляно-бумажной прокладкой имеют долгую историю, но из-за высоких затрат на техническое обслуживание и по другим причинам они постепенно были заменены кабелями из сшитого полиэтилена. Кабель из этилен-пропиленовой резины обладает хорошей гибкостью и устойчивостью к атмосферным воздействиям и подходит для особых случаев.
3. Процесс изготовления высоковольтного кабеля.
Производство высоковольтного кабеля – сложный и деликатный процесс.
Производство проводников сначала требует растягивания, скручивания и других процессов медного или алюминиевого сырья, чтобы обеспечить точность размеров и механические свойства проводника. В процессе скрутки жилы жил должны располагаться вплотную, чтобы улучшить проводимость проводника.
Экструзия изоляционного слоя является одним из ключевых этапов. Для изоляционного слоя из сшитого полиэтилена материал из сшитого полиэтилена экструдируется при высокой температуре и равномерно наматывается на проводник. В процессе экструзии такие параметры, как температура, давление и скорость экструзии, должны строго контролироваться, чтобы обеспечить качество и однородность толщины изоляционного слоя.
Экранирующий слой обычно изготавливается путем плетения металлической проволоки или обмотки металлической лентой. Процессы изготовления внутреннего и внешнего экранов немного отличаются, но в обоих необходимо обеспечить 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 хорошую устойчивость к напряжению. Высокое сопротивление изоляции может эффективно предотвратить утечку тока, низкие диэлектрические потери уменьшают потери электрической энергии при передаче, а хорошая устойчивость к напряжению гарантирует безопасную работу кабеля в среде высокого напряжения.
По механическим свойствам кабель должен обладать достаточной прочностью на разрыв, радиусом изгиба и ударопрочностью. В процессе монтажа и эксплуатации кабель может подвергаться растяжению, изгибу и внешнему силовому воздействию. Если механические свойства недостаточны, можно легко повредить кабель.
Тепловые характеристики также являются важным аспектом. Кабель будет выделять тепло во время работы, особенно при работе под высокой нагрузкой. Следовательно, кабель должен иметь хорошую термостойкость и иметь возможность нормально работать в определенном диапазоне температур без таких проблем, как старение изоляции. Кабель из сшитого полиэтилена обладает относительно хорошей термостойкостью и может длительное время работать при более высоких температурах.
5. Монтаж и обслуживание высоковольтных кабелей.
Что касается установки, первое, что нужно сделать, это спланировать путь, чтобы обеспечить разумность и безопасность пути прокладки кабеля. В процессе прокладки следует соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерного растяжения, изгиба и выдавливания кабеля. Для прокладки кабеля на большие расстояния обычно используется такое оборудование, как кабельные конвейеры, помогающее строительству.
Изготовление кабельных муфт – ключевое звено в процессе монтажа. Качество соединения напрямую влияет на надежность эксплуатации кабеля. При выполнении соединений кабель необходимо зачистить, зачистить, соединить и изолировать. Каждый этап необходимо выполнять строго в соответствии с технологическими требованиями, чтобы электрические и механические свойства соединения соответствовали предъявляемым требованиям.
Работы по техническому обслуживанию необходимы для долгосрочной стабильной работы высоковольтных кабелей. Регулярные осмотры позволяют быстро обнаружить повреждение внешнего вида кабеля или повреждение оболочки. В то же время некоторое испытательное оборудование также можно использовать для проверки характеристик изоляции и частичного разряда кабеля. При обнаружении проблем их следует вовремя устранить или заменить.
6. Неисправность и обнаружение высоковольтных кабелей.
К частым неисправностям высоковольтных кабелей относятся пробой изоляции, отсоединение проводников и разрушение соединения. Пробой изоляции может быть вызван старением изоляции, частичным разрядом или внешним перенапряжением. Отключение проводника обычно вызвано внешней механической силой или длительной перегрузкой. Выход из строя соединения может быть вызван некачественным процессом изготовления соединения или сильным нагревом во время работы.
Для обнаружения этих неисправностей существует множество методов обнаружения. Обнаружение частичных разрядов является широко используемым методом. Обнаружив сигнал, генерируемый частичным разрядом в кабеле, можно определить, имеются ли дефекты изоляции внутри кабеля. Испытание на выдерживаемое напряжение позволяет определить выдерживаемое напряжение кабеля и выявить потенциальные проблемы с изоляцией. Кроме того, технология инфракрасного тепловидения может определять 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 при преобразовании городских электросетей, отходящих линиях крупных электростанций, подводной кабельной передаче и других областях. В городских электросетях из-за ограниченности пространства использование подземных кабелей позволяет сэкономить место и улучшить красоту города. Отходящие линии крупных электростанций требуют использования высоковольтных кабелей для передачи электроэнергии на удаленные подстанции. Подводная кабельная передача может обеспечить передачу электроэнергии через море и обеспечить стабильное электроснабжение островов и прибрежных районов.
С непрерывным развитием энергетических технологий высоковольтные кабели также продемонстрировали некоторые тенденции развития. Одним из них является исследование, разработка и применение кабелей с более высоким уровнем напряжения. С ростом спроса на передачу электроэнергии на большие расстояния в центре внимания станет разработка кабелей сверхвысокого напряжения. Второе — интеллект кабелей. Путем интеграции датчиков и другого оборудования в кабель можно обеспечить мониторинг рабочего состояния кабеля в режиме реального времени и предупреждение о неисправностях, тем самым повышая эксплуатационную надежность кабеля. Третье – разработка экологически чистых кабелей. Поскольку требования людей к защите окружающей среды растут, исследования и разработки малозагрязняющих, пригодных для вторичной переработки кабельных материалов станут будущим направлением развития.
Время публикации: 24 сентября 2024 г.