Στα σύγχρονα συστήματα ισχύος, τα καλώδια υψηλής τάσης διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο. Από τα υπόγεια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας σε πόλεις σε γραμμές μεταφοράς μεγάλων αποστάσεων σε βουνά και 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 καλώδια υψηλής τάσης, συμπεριλαμβανομένης της δομής, της ταξινόμησης, της διαδικασίας παραγωγής, των χαρακτηριστικών απόδοσης, της εγκατάστασης και της συντήρησης.
1. Βασική δομή καλωδίων υψηλής τάσης
Τα καλώδια υψηλής τάσης αποτελούνται κυρίως από αγωγούς, στρώματα μόνωσης, στρώματα θωράκισης και προστατευτικά στρώματα.
Ο αγωγός είναι το κανάλι μετάδοσης για το ρεύμα και είναι συνήθως κατασκευασμένο από χαλκό ή αλουμίνιο. Ο χαλκός έχει καλή αγωγιμότητα και ολκιμότητα, ενώ το αλουμίνιο είναι σχετικά χαμηλό σε κόστος και φως στο βάρος. Αυτοί οι αγωγοί είναι γενικά με τη μορφή πολλαπλών συρματόσχοινων για να αυξήσουν την ευελιξία.
Το στρώμα μόνωσης αποτελεί βασικό μέρος του καλωδίου υψηλής τάσης, το οποίο παίζει ρόλο στην πρόληψη της τρέχουσας διαρροής και την απομόνωση του αγωγού από τον έξω κόσμο. Τα κοινά μονωτικά υλικά περιλαμβάνουν πολυαιθυλενίου διασυνδεδεμένου πολυαιθυλενίου (XLPE), χαρτί πετρελαίου κλπ. Το XLPE διαθέτει εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, αντοχή στη θερμότητα και μηχανική αντοχή και χρησιμοποιείται ευρέως σε σύγχρονα καλώδια υψηλής τάσης.
Το στρώμα θωράκισης χωρίζεται σε εσωτερική θωράκιση και εξωτερική θωράκιση. Η εσωτερική ασπίδα χρησιμοποιείται για να καταστήσει την ομοιόμορφη ομοιόμορφο πεδίο και να αποτρέψει την τοπική απόρριψη από την καταστροφή του στρώματος μόνωσης. Η εξωτερική ασπίδα μπορεί να μειώσει την παρεμβολή του εξωτερικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο καλώδιο και επίσης να εμποδίσει το καλώδιο να έχει ηλεκτρομαγνητική επίδραση στον εξωτερικό κόσμο.
Το προστατευτικό στρώμα προστατεύει κυρίως το καλώδιο από ζημιές από εξωτερικούς παράγοντες όπως η μηχανική βλάβη, η χημική διάβρωση και η εισβολή του νερού. Συνήθως αποτελείται από μεταλλική θωράκιση και εξωτερική θήκη. Η μεταλλική θωράκιση μπορεί να παρέχει μηχανική αντοχή και η εξωτερική θήκη έχει αδιάβροχη και αντι-διάσημο λειτουργίες.
2. Ταξινόμηση καλωδίων υψηλής τάσης
Σύμφωνα με το επίπεδο τάσης, τα καλώδια υψηλής τάσης μπορούν να χωριστούν σε καλώδια μέσης τάσης (γενικά 3-35KV), καλώδια υψηλής τάσης (35-110KV), καλώδια υψηλής τάσης (110-500KV) και καλώδια υψηλής τάσης (πάνω από 500kV). Τα καλώδια διαφορετικών επιπέδων τάσης διαφέρουν στον δομικό σχεδιασμό, στις απαιτήσεις μόνωσης κ.λπ.
Από την άποψη των μονωτικών υλικών, εκτός από τα καλώδια XLPE και τα καλώδια πετρελαίου που αναφέρονται παραπάνω, υπάρχουν επίσης καλώδια καουτσούκ αιθυλενίου-προπυλενίου. Τα καλώδια πετρελαίου έχουν μακρά ιστορία, αλλά λόγω του υψηλού κόστους συντήρησης και άλλων λόγων, έχουν αντικατασταθεί σταδιακά από καλώδια XLPE. Το καλώδιο καουτσούκ με προπυλενίου με αιθυλένιο έχει καλή ευελιξία και αντοχή στο καιρό και είναι κατάλληλο για ορισμένες ειδικές περιπτώσεις.
3. Διαδικασία κατασκευής καλωδίου υψηλής τάσης
Η κατασκευή καλωδίου υψηλής τάσης είναι μια πολύπλοκη και λεπτή διαδικασία.
Η κατασκευή των αγωγών απαιτεί πρώτα να τεντωθούν οι πρώτες ύλες του χαλκού ή του αλουμινίου για να διασφαλιστεί η ακρίβεια και οι μηχανικές ιδιότητες του αγωγού. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συστροφής, τα σκέλη των κλώνων πρέπει να είναι στενά διατεταγμένα για να βελτιώσουν την αγωγιμότητα του αγωγού.
Η εξώθηση του στρώματος μόνωσης είναι ένα από τα βασικά βήματα. Για το στρώμα μόνωσης XLPE, το υλικό XLPE εξωθάζεται σε υψηλή θερμοκρασία και ομοιόμορφα τυλιγμένο στον αγωγό. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξώθησης, οι παράμετροι όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η ταχύτητα εξώθησης πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να εξασφαλιστεί η ομοιομορφία ποιότητας και πάχους του στρώματος μόνωσης.
Το στρώμα θωράκισης γίνεται συνήθως με μεταλλική ύφανση σύρματος ή μεταλλική ταινία. Οι διαδικασίες παραγωγής των εσωτερικών και εξωτερικών ασπίδων είναι ελαφρώς διαφορετικές, αλλά και οι δύο πρέπει να εξασφαλίσουν την ακεραιότητα του στρώματος θωράκισης και της καλής ηλεκτρικής σύνδεσης.
Τέλος, η παραγωγή του προστατευτικού στρώματος περιλαμβάνει την τοποθέτηση της μεταλλικής θωράκισης και την εξώθηση του εξωτερικού θήκη. Η μεταλλική θωράκιση θα πρέπει να ταιριάζει σφιχτά στο καλώδιο και η εξώθηση της εξωτερικής θήκης 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 αντοχή στην τάση. Η υψηλή αντίσταση μόνωσης μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά τη διαρροή ρεύματος, η χαμηλή διηλεκτρική απώλεια μειώνει την απώλεια της ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της μετάδοσης και η καλή αντίσταση στην τάση εξασφαλίζει ότι το καλώδιο μπορεί να λειτουργεί με ασφάλεια σε περιβάλλον υψηλής τάσης.
Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, το καλώδιο θα πρέπει να έχει επαρκή αντοχή εφελκυσμού, ακτίνα κάμψης και αντοχή στην κρούση. Κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης και της λειτουργίας, το καλώδιο μπορεί να υποβληθεί σε αντίκτυπο τέντωμα, κάμψη και εξωτερική δύναμη. Εάν οι μηχανικές ιδιότητες είναι ανεπαρκείς, είναι εύκολο να προκαλέσει βλάβη του καλωδίου.
Η θερμική απόδοση είναι επίσης μια σημαντική πτυχή. Το καλώδιο θα δημιουργήσει θερμότητα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, ειδικά όταν λειτουργεί κάτω από υψηλό φορτίο. Ως εκ τούτου, το καλώδιο πρέπει να έχει καλή αντοχή στη θερμότητα και να είναι σε θέση 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 λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
5. Εγκατάσταση και συντήρηση καλωδίων υψηλής τάσης
Από την άποψη της εγκατάστασης, 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 διάρκεια της διαδικασίας τοποθέτησης, πρέπει να ληφθεί μέριμνα για να αποφευχθεί η υπερβολική έκταση, η κάμψη και η εξώθηση του καλωδίου. Για την τοποθέτηση καλωδίων μεγάλων αποστάσεων, ο εξοπλισμός όπως οι μεταφορείς καλωδίων χρησιμοποιείται συνήθως για να βοηθήσει την κατασκευή.
Η παραγωγή των καλωδίων είναι ένας βασικός σύνδεσμος στη διαδικασία εγκατάστασης. Η ποιότητα της άρθρωσης επηρεάζει άμεσα τη λειτουργική αξιοπιστία του καλωδίου. Κατά τη δημιουργία αρθρώσεων, το καλώδιο πρέπει να απογυμνωθεί, να καθαριστεί, να συνδεθεί και να μονωθεί. Κάθε βήμα πρέπει να διεξαχθεί αυστηρά σύμφωνα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας για να διασφαλιστεί ότι οι ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες της άρθρωσης πληρούν τις απαιτήσεις.
Οι εργασίες συντήρησης είναι απαραίτητες για τη μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία καλωδίων υψηλής τάσης. Οι τακτικές επιθεωρήσεις μπορούν να ανιχνεύσουν αμέσως εάν η εμφάνιση του καλωδίου είναι κατεστραμμένη ή η θήκη είναι κατεστραμμένη. Ταυτόχρονα, κάποιος εξοπλισμός δοκιμών μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δοκιμή της απόδοσης της μόνωσης και της μερικής απόρριψης του καλωδίου. Εάν εντοπιστούν προβλήματα, πρέπει να επισκευαστούν ή να αντικατασταθούν εγκαίρως.
6. Αποτυχία και ανίχνευση καλωδίων υψηλής τάσης
Οι συνήθεις αποτυχίες των καλωδίων υψηλής τάσης περιλαμβάνουν κατανομή μόνωσης, αποσύνδεση του αγωγού και κοινή αποτυχία. Η διάσπαση της μόνωσης μπορεί να προκληθεί από τη γήρανση της μόνωσης, τη μερική εκκένωση ή την εξωτερική υπερτιμία. Η αποσύνδεση του αγωγού προκαλείται συνήθως από μηχανική εξωτερική δύναμη ή μακροπρόθεσμη υπερφόρτωση. Η αποτυχία της άρθρωσης μπορεί να προκληθεί από κακή διαδικασία κατασκευής ή σοβαρή θέρμανση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.
Προκειμένου να ανιχνευθούν αυτά τα σφάλματα, υπάρχουν πολλές μεθόδους ανίχνευσης. Η μερική ανίχνευση εκφόρτισης είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται συνήθως. Με την ανίχνευση του σήματος που παράγεται με μερική απόρριψη στο καλώδιο, μπορεί να προσδιοριστεί εάν υπάρχουν ελαττώματα μόνωσης μέσα στο καλώδιο. Η δοκιμή τάσης αντιστάθμισης μπορεί να ανιχνεύσει την ικανότητα τάσης αντοχής του καλωδίου και να βρει δυνητικά προβλήματα μόνωσης. Επιπλέον, η τεχνολογία υπέρυθρης θερμικής απεικόνισης μπορεί να ανιχνεύσει την κατανομή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του καλωδίου, έτσι ώστε να διαπιστωθεί εάν το καλώδιο έχει προβλήματα όπως η τοπική υπερθέρμανση.
7. Παρουσίαση και αναπτυξιακή τάση των καλωδίων υψηλής τάσης σε συστήματα ισχύος
Στα συστήματα ισχύος, τα καλώδια υψηλής τάσης χρησιμοποιούνται ευρέως στον μετασχηματισμό του αστικού δικτύου, τις εξερχόμενες γραμμές μεγάλων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, την υποβρύχια μετάδοση καλωδίων και 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 ηλεκτροπαραγωγής απαιτούν τη χρήση καλωδίων υψηλής τάσης για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε απομακρυσμένους υποσταθμούς. Η υποβρύχια μετάδοση καλωδίων μπορεί να συνειδητοποιήσει τη μετάδοση ισχύος διασταυρούμενης θάλασσας και να παρέχει σταθερή τροφοδοσία 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 η ανάπτυξη και η εφαρμογή καλωδίων με υψηλότερα επίπεδα τάσης. Με την αύξηση της ζήτησης για μετάδοση ισχύος μεγάλων αποστάσεων, η ανάπτυξη καλωδίων εξαιρετικά υψηλής τάσης θα αποτελέσει εστίαση. Το δεύτερο είναι η νοημοσύνη των καλωδίων. Με την ενσωμάτωση αισθητήρων και άλλου εξοπλισμού στο καλώδιο, μπορεί να επιτευχθεί παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της κατάστασης λειτουργίας του καλωδίου και προειδοποίησης σφάλματος, βελτιώνοντας έτσι την αξιοπιστία της λειτουργίας του καλωδίου. Το τρίτο είναι η ανάπτυξη φιλικών καλωδίων προς το περιβάλλον. Καθώς αυξάνονται οι απαιτήσεις των ανθρώπων για την προστασία του περιβάλλοντος, η έρευνα και η ανάπτυξη χαμηλής ρύπανσης, τα ανακυκλώσιμα καλωδιακά υλικά θα είναι μια μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης.
Χρόνος δημοσίευσης: Σεπ-24-2024