Στα σύγχρονα συστήματα ισχύος, τα καλώδια υψηλής τάσης παίζουν ζωτικό ρόλο. Από τα υπόγεια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας στις πόλεις έως τις γραμμές μεταφοράς μεγάλων αποστάσεων στα βουνά και τα ποτάμια, τα καλώδια υψηλής τάσης εξασφαλίζουν αποτελεσματική, σταθερή και ασφαλή μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό το άρθρο θα διερευνήσει σε βάθος τις διάφορες τεχνολογίες που σχετίζονται με τα καλώδια υψηλής τάσης, συμπεριλαμβανομένης της δομής, της ταξινόμησης, της διαδικασίας κατασκευής, των χαρακτηριστικών απόδοσης, της εγκατάστασης και της συντήρησής τους.
1.Βασική δομή καλωδίων υψηλής τάσης
Τα καλώδια υψηλής τάσης αποτελούνται κυρίως από αγωγούς, μονωτικά στρώματα, στρώματα θωράκισης και προστατευτικά στρώματα.
Ο αγωγός είναι το κανάλι μετάδοσης ρεύματος και συνήθως είναι κατασκευασμένος από χαλκό ή αλουμίνιο. Ο χαλκός έχει καλή αγωγιμότητα και ολκιμότητα, ενώ το αλουμίνιο είναι σχετικά χαμηλό σε κόστος και ελαφρύ σε βάρος. Αυτοί οι αγωγοί έχουν γενικά τη μορφή στριμμένων καλωδίων πολλαπλών κλώνων για αύξηση της ευελιξίας.
Το μονωτικό στρώμα είναι βασικό μέρος του καλωδίου υψηλής τάσης, το οποίο παίζει ρόλο στην πρόληψη της διαρροής ρεύματος και στην απομόνωση του αγωγού από τον έξω κόσμο. Τα κοινά μονωτικά υλικά περιλαμβάνουν το διασυνδεδεμένο πολυαιθυλένιο (XLPE), το λαδόχαρτο κ.λπ. Το XLPE έχει εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, αντοχή στη θερμότητα και μηχανική αντοχή και χρησιμοποιείται ευρέως στα σύγχρονα καλώδια υψηλής τάσης.
Το στρώμα θωράκισης χωρίζεται σε εσωτερική θωράκιση και εξωτερική θωράκιση. Η εσωτερική θωράκιση χρησιμοποιείται για να κάνει το ηλεκτρικό πεδίο ομοιόμορφο και να εμποδίζει την τοπική εκκένωση να καταστρέψει το μονωτικό στρώμα. η εξωτερική θωράκιση μπορεί να μειώσει την παρεμβολή του εξωτερικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο καλώδιο και επίσης να εμποδίσει το καλώδιο να έχει ηλεκτρομαγνητική επίδραση στον έξω κόσμο.
Το προστατευτικό στρώμα προστατεύει κυρίως το καλώδιο από ζημιές από εξωτερικούς παράγοντες όπως μηχανικές βλάβες, χημική διάβρωση και διείσδυση νερού. Συνήθως αποτελείται από μεταλλική θωράκιση και εξωτερικό περίβλημα. Η μεταλλική θωράκιση μπορεί να παρέχει μηχανική αντοχή και το εξωτερικό περίβλημα έχει αδιάβροχες και αντιδιαβρωτικές λειτουργίες.
2. Ταξινόμηση καλωδίων υψηλής τάσης
Σύμφωνα με το επίπεδο τάσης, τα καλώδια υψηλής τάσης μπορούν να χωριστούν σε καλώδια μέσης τάσης (γενικά 3-35 kV), καλώδια υψηλής τάσης (35-110 kV), καλώδια υπερυψηλής τάσης (110-500 kV) και υπερυψηλές -καλώδια τάσης (πάνω από 500kV). Τα καλώδια διαφορετικών επιπέδων τάσης διαφέρουν ως προς τη δομική σχεδίαση, τις απαιτήσεις μόνωσης κ.λπ.
Από την άποψη των μονωτικών υλικών, εκτός από τα καλώδια XLPE και τα καλώδια λαδιού που αναφέρθηκαν παραπάνω, υπάρχουν και καλώδια από καουτσούκ αιθυλενίου-προπυλενίου. Τα καλώδια λαδιού έχουν μακρά ιστορία, αλλά λόγω του υψηλού κόστους συντήρησης και άλλων λόγων, σταδιακά αντικαταστάθηκαν από καλώδια XLPE. Το καλώδιο από καουτσούκ αιθυλενίου προπυλενίου έχει καλή ευελιξία και αντοχή στις καιρικές συνθήκες και είναι κατάλληλο για ορισμένες ειδικές περιπτώσεις.
3. Διαδικασία κατασκευής καλωδίου υψηλής τάσης
Η κατασκευή καλωδίων υψηλής τάσης είναι μια πολύπλοκη και λεπτή διαδικασία.
Η κατασκευή αγωγών απαιτεί πρώτα τις πρώτες ύλες χαλκού ή αλουμινίου να τεντωθούν, να συστραφούν και άλλες διαδικασίες για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια διαστάσεων και οι μηχανικές ιδιότητες του αγωγού. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συστροφής, οι κλώνοι των κλώνων πρέπει να είναι στενά διατεταγμένοι ώστε να βελτιώνεται η αγωγιμότητα του αγωγού.
Η εξώθηση του μονωτικού στρώματος είναι ένα από τα βασικά βήματα. Για το μονωτικό στρώμα XLPE, το υλικό XLPE εξωθείται σε υψηλή θερμοκρασία και τυλίγεται ομοιόμορφα στον αγωγό. Κατά τη διαδικασία εξώθησης, παράμετροι όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η ταχύτητα εξώθησης πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να διασφαλιστεί η ομοιομορφία ποιότητας και πάχους του στρώματος μόνωσης.
Το στρώμα θωράκισης κατασκευάζεται συνήθως με ύφανση μεταλλικού σύρματος ή περιτύλιξης μεταλλικής ταινίας. Οι διαδικασίες κατασκευής της εσωτερικής και της εξωτερικής θωράκισης είναι ελαφρώς διαφορετικές, αλλά και οι δύο πρέπει να διασφαλίζουν την ακεραιότητα του στρώματος θωράκισης και την καλή ηλεκτρική σύνδεση.
Τέλος, η παραγωγή του προστατευτικού στρώματος περιλαμβάνει την τοποθέτηση της μεταλλικής θωράκισης και την εξώθηση του εξωτερικού περιβλήματος. Η μεταλλική θωράκιση πρέπει να εφαρμόζει σφιχτά στο καλώδιο και η εξώθηση του εξωτερικού περιβλήματος θα πρέπει να εξασφαλίζει ομαλή εμφάνιση χωρίς ελαττώματα όπως φυσαλίδες και ρωγμές.
4. Χαρακτηριστικά απόδοσης καλωδίων υψηλής τάσης
Όσον αφορά την ηλεκτρική απόδοση, τα καλώδια υψηλής τάσης πρέπει να έχουν υψηλή αντίσταση μόνωσης, χαμηλή διηλεκτρική απώλεια και καλή αντίσταση τάσης. Η υψηλή αντίσταση μόνωσης μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά τη διαρροή ρεύματος, η χαμηλή διηλεκτρική απώλεια μειώνει την απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη μετάδοση και η καλή αντίσταση τάσης διασφαλίζει ότι το καλώδιο μπορεί να λειτουργεί με ασφάλεια σε περιβάλλον υψηλής τάσης.
Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, το καλώδιο πρέπει να έχει επαρκή αντοχή σε εφελκυσμό, ακτίνα κάμψης και αντοχή σε κρούση. Κατά την εγκατάσταση και τη λειτουργία, το καλώδιο μπορεί να υποβληθεί σε τέντωμα, κάμψη και πρόσκρουση εξωτερικής δύναμης. Εάν οι μηχανικές ιδιότητες είναι ανεπαρκείς, είναι εύκολο να προκληθεί ζημιά στο καλώδιο.
Η θερμική απόδοση είναι επίσης μια σημαντική πτυχή. Το καλώδιο θα παράγει θερμότητα κατά τη λειτουργία, ειδικά όταν λειτουργεί υπό υψηλό φορτίο. Ως εκ τούτου, το καλώδιο πρέπει να έχει καλή αντοχή στη θερμότητα και να μπορεί να λειτουργεί κανονικά μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας χωρίς προβλήματα όπως η γήρανση της μόνωσης. Το καλώδιο XLPE έχει σχετικά καλή αντοχή στη θερμότητα και μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
5. Εγκατάσταση και συντήρηση καλωδίων υψηλής τάσης
Όσον αφορά την εγκατάσταση, το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να σχεδιάσετε τη διαδρομή για να διασφαλίσετε ότι η διαδρομή τοποθέτησης καλωδίων είναι λογική και ασφαλής. Κατά τη διαδικασία τοποθέτησης, πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε να αποφευχθεί η υπερβολική τάνυση, κάμψη και εξώθηση του καλωδίου. Για την τοποθέτηση καλωδίων σε μεγάλες αποστάσεις, συνήθως χρησιμοποιείται εξοπλισμός όπως οι μεταφορείς καλωδίων για την υποβοήθηση της κατασκευής.
Η παραγωγή αρμών καλωδίων αποτελεί βασικό κρίκο στη διαδικασία εγκατάστασης. Η ποιότητα της άρθρωσης επηρεάζει άμεσα την αξιοπιστία λειτουργίας του καλωδίου. Κατά την κατασκευή αρμών, το καλώδιο πρέπει να απογυμνωθεί, να καθαριστεί, να συνδεθεί και να μονωθεί. Κάθε βήμα πρέπει να εκτελείται αυστηρά σύμφωνα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας για να διασφαλιστεί ότι οι ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες του αρμού πληρούν τις απαιτήσεις.
Οι εργασίες συντήρησης είναι απαραίτητες για τη μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία των καλωδίων υψηλής τάσης. Οι τακτικοί έλεγχοι μπορούν να ανιχνεύσουν αμέσως εάν η εμφάνιση του καλωδίου είναι κατεστραμμένη ή η θήκη είναι κατεστραμμένη. Ταυτόχρονα, κάποιος εξοπλισμός δοκιμών μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή της απόδοσης μόνωσης και της μερικής εκφόρτισης του καλωδίου. Εάν εντοπιστούν προβλήματα, θα πρέπει να επισκευαστούν ή να αντικατασταθούν εγκαίρως.
6. Βλάβη και ανίχνευση καλωδίων υψηλής τάσης
Οι συνήθεις αστοχίες των καλωδίων υψηλής τάσης περιλαμβάνουν τη βλάβη της μόνωσης, την αποσύνδεση του αγωγού και την αστοχία της άρθρωσης. Η βλάβη της μόνωσης μπορεί να προκληθεί από γήρανση της μόνωσης, μερική εκφόρτιση ή εξωτερική υπέρταση. Η αποσύνδεση του αγωγού συνήθως προκαλείται από μηχανική εξωτερική δύναμη ή μακροχρόνια υπερφόρτωση. Η αστοχία της άρθρωσης μπορεί να προκληθεί από κακή διαδικασία κατασκευής αρμών ή έντονη θέρμανση κατά τη λειτουργία.
Για τον εντοπισμό αυτών των σφαλμάτων, υπάρχουν πολλές μέθοδοι ανίχνευσης. Η ανίχνευση μερικής εκκένωσης είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος. Ανιχνεύοντας το σήμα που παράγεται από μερική εκφόρτιση στο καλώδιο, μπορεί να προσδιοριστεί εάν υπάρχουν ελαττώματα μόνωσης μέσα στο καλώδιο. Η δοκιμή αντοχής τάσης μπορεί να ανιχνεύσει την ικανότητα αντοχής τάσης του καλωδίου και να βρει πιθανά προβλήματα μόνωσης. Επιπλέον, η τεχνολογία υπέρυθρης θερμικής απεικόνισης μπορεί να ανιχνεύσει την κατανομή θερμοκρασίας στην επιφάνεια του καλωδίου, ώστε να διαπιστώσει εάν το καλώδιο έχει προβλήματα όπως τοπική υπερθέρμανση.
7. Τάση εφαρμογής και εξέλιξης καλωδίων υψηλής τάσης σε συστήματα ισχύος
Στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, τα καλώδια υψηλής τάσης χρησιμοποιούνται ευρέως στον μετασχηματισμό του αστικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, στις εξερχόμενες γραμμές μεγάλων σταθμών παραγωγής ενέργειας, στη μετάδοση υποθαλάσσιων καλωδίων και σε άλλα πεδία. Στα αστικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω του περιορισμένου χώρου, η χρήση υπόγειων καλωδίων μπορεί να εξοικονομήσει χώρο και να βελτιώσει την ομορφιά της πόλης. Οι εξερχόμενες γραμμές μεγάλων σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απαιτούν τη χρήση καλωδίων υψηλής τάσης για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε απομακρυσμένους υποσταθμούς. Η υποβρύχια καλωδιακή μετάδοση μπορεί να πραγματοποιήσει διαθαλάσσια μετάδοση ισχύος και να παρέχει σταθερή τροφοδοσία ρεύματος για νησιά και παράκτιες περιοχές.
Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας ισχύος, τα καλώδια υψηλής τάσης έχουν επίσης δείξει ορισμένες τάσεις ανάπτυξης. Το ένα είναι η έρευνα και ανάπτυξη και εφαρμογή καλωδίων με υψηλότερα επίπεδα τάσης. Με την αύξηση της ζήτησης για μεταφορά ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις, η ανάπτυξη καλωδίων εξαιρετικά υψηλής τάσης θα γίνει στο επίκεντρο. Το δεύτερο είναι η ευφυΐα των καλωδίων. Με την ενσωμάτωση αισθητήρων και άλλου εξοπλισμού στο καλώδιο, μπορεί να επιτευχθεί παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της κατάστασης λειτουργίας του καλωδίου και προειδοποίηση σφαλμάτων, βελτιώνοντας έτσι την αξιοπιστία λειτουργίας του καλωδίου. Το τρίτο είναι η ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον καλωδίων. Καθώς οι απαιτήσεις των ανθρώπων για προστασία του περιβάλλοντος αυξάνονται, η έρευνα και η ανάπτυξη ανακυκλώσιμων καλωδίων χαμηλής ρύπανσης υλικών θα είναι μια μελλοντική αναπτυξιακή κατεύθυνση.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-24-2024