Nykyaikaisissa sähköjärjestelmissä suurjännitekaapeleilla on tärkeä rooli. Suurjännitekaapelit takaavat tehokkaan, vakaan ja turvallisen sähköenergian siirron kaupunkien maanalaisista sähköverkoista vuorten ja jokien yli kulkeviin pitkän matkan voimajohtoihin. Tässä artikkelissa tutkitaan perusteellisesti erilaisia korkeajännitekaapeleihin liittyviä teknologioita, mukaan lukien niiden rakenne, luokittelu, valmistusprosessi, suorituskykyominaisuudet, asennus ja huolto.
1. Korkeajännitekaapeleiden perusrakenne
Suurjännitekaapelit koostuvat pääasiassa johtimista, eristekerroksista, suojakerroksista ja suojakerroksista.
Johdin on virran siirtokanava ja se on yleensä valmistettu kuparista tai alumiinista. Kuparilla on hyvä johtavuus ja sitkeys, kun taas alumiini on suhteellisen alhainen ja kevyt. Nämä johtimet ovat yleensä monisäikeisten kierrettyjen johtojen muodossa joustavuuden lisäämiseksi.
Eristyskerros on keskeinen osa suurjännitekaapelia, jolla on rooli virtavuodon estämisessä ja johtimen eristämisessä ulkomaailmasta. Yleisiä eristemateriaaleja ovat silloitettu polyeteeni (XLPE), öljypaperi jne. XLPE:llä on erinomaiset sähköiset ominaisuudet, lämmönkestävyys ja mekaaninen lujuus, ja sitä käytetään laajalti nykyaikaisissa suurjännitekaapeleissa.
Suojakerros on jaettu sisäsuojaukseen ja ulkosuojaukseen. Sisäsuojaa käytetään yhtenäistämään sähkökenttää ja estämään paikallista purkausta vahingoittamasta eristekerrosta; ulompi suoja voi vähentää kaapelin ulkoisen sähkömagneettisen kentän häiriöitä ja myös estää kaapelin sähkömagneettista vaikutusta ulkomaailmaan.
Suojakerros suojaa kaapelia pääasiassa ulkoisten tekijöiden, kuten mekaanisten vaurioiden, kemiallisen korroosion ja veden tunkeutumisen aiheuttamilta vaurioilta. Se koostuu yleensä metallipanssarista ja ulkovaipasta. Metallipanssari voi tarjota mekaanista lujuutta, ja ulkovaipalla on vedenpitävä ja korroosionestotoiminto.
2. Suurjännitekaapeleiden luokittelu
Jännitetason mukaan suurjännitekaapelit voidaan jakaa keskijännitekaapeleihin (yleensä 3-35kV), suurjännitekaapeleihin (35-110kV), ultrakorkeajännitekaapeleihin (110-500kV) ja ultrakorkeajännitekaapeleihin. -jännitekaapelit (yli 500kV). Eri jännitetasoiset kaapelit eroavat rakenteeltaan, eristysvaatimuksiltaan jne.
Eristysmateriaalien näkökulmasta edellä mainittujen XLPE-kaapeleiden ja öljypaperikaapeleiden lisäksi löytyy myös eteeni-propeenikumikaapeleita. Öljypaperikaapeleilla on pitkä historia, mutta korkeiden ylläpitokustannusten ja muiden syiden vuoksi niitä on vähitellen korvattu XLPE-kaapeleilla. Eteenipropeenikumikaapelilla on hyvä joustavuus ja säänkestävyys, ja se sopii joihinkin erikoistilaisuuksiin.
3. Suurjännitekaapelin valmistusprosessi
Korkeajännitekaapelin valmistus on monimutkainen ja herkkä prosessi.
Johtimien valmistus vaatii ensin kuparin tai alumiinin raaka-aineiden venytystä, kiertämistä ja muita prosesseja johtimen mittatarkkuuden ja mekaanisten ominaisuuksien varmistamiseksi. Kierrätyksen aikana säikeiden säikeet on asetettava tiiviisti johtimen johtavuuden parantamiseksi.
Eristekerroksen ekstruusio on yksi tärkeimmistä vaiheista. XLPE-eristekerrokseen XLPE-materiaali ekstrudoidaan korkeassa lämpötilassa ja kiedotaan tasaisesti johtimeen. Ekstruusioprosessin aikana parametreja, kuten lämpötilaa, painetta ja ekstruusionopeutta, on valvottava tiukasti eristekerroksen laadun ja paksuuden tasaisuuden varmistamiseksi.
Suojakerros valmistetaan yleensä metallilankakutomalla tai metallinauhakääreellä. Sisä- ja ulkosuojien valmistusprosessit ovat hieman erilaisia, mutta molemmissa on varmistettava suojakerroksen eheys ja hyvä sähköliitäntä.
Lopuksi suojakerroksen valmistukseen kuuluu metallipanssarin asettaminen ja ulkovaipan ekstruusio. Metallipanssarin tulee sopia tiukasti kaapeliin, ja ulkovaipan pursotuksen tulee varmistaa tasainen ulkonäkö ilman vikoja, kuten kuplia ja halkeamia.
4. Suurjännitekaapeleiden suorituskykyominaisuudet
Sähköisen suorituskyvyn kannalta suurjännitekaapeleilla on oltava korkea eristysvastus, pieni dielektrinen häviö ja hyvä jännitevastus. Korkea eristysvastus voi tehokkaasti estää virtavuodon, alhainen dielektrinen häviö vähentää sähköenergian menetystä lähetyksen aikana ja hyvä jännitevastus varmistaa, että kaapeli voi toimia turvallisesti korkeajänniteympäristössä.
Kaapelin mekaanisten ominaisuuksien kannalta tulee olla riittävä vetolujuus, taivutussäde ja iskunkestävyys. Asennuksen ja käytön aikana kaapeli voi altistua venymiselle, taipumiselle ja ulkoisille voimille. Jos mekaaniset ominaisuudet ovat riittämättömät, on helppo aiheuttaa kaapelivaurioita.
Myös lämpötehokkuus on tärkeä näkökohta. Kaapeli tuottaa lämpöä käytön aikana, erityisesti käytettäessä suurella kuormituksella. Siksi kaapelilla on oltava hyvä lämmönkestävyys ja sen on kyettävä toimimaan normaalisti tietyllä lämpötila-alueella ilman ongelmia, kuten eristyksen vanhenemista. XLPE-kaapelilla on suhteellisen hyvä lämmönkestävyys ja se voi toimia pitkään korkeammissa lämpötiloissa.
5. Suurjännitekaapeleiden asennus ja huolto
Asennuksen suhteen ensimmäinen asia on suunnitella reitti niin, että kaapelin asennuspolku on kohtuullinen ja turvallinen. Asennusprosessin aikana tulee välttää kaapelin liiallista venymistä, taipumista ja puristamista. Pitkän matkan kaapelinlaskussa käytetään yleensä rakentamisen apuna laitteita, kuten kaapelikuljettimia.
Kaapeliliitosten valmistus on keskeinen lenkki asennusprosessissa. Liitoksen laatu vaikuttaa suoraan kaapelin käyttövarmuuteen. Liitoksia tehtäessä kaapeli on kuorittava, puhdistettava, liitettävä ja eristettävä. Jokainen vaihe on suoritettava tiukasti prosessivaatimusten mukaisesti, jotta voidaan varmistaa, että liitoksen sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet vastaavat vaatimuksia.
Huoltotyöt ovat välttämättömiä korkeajännitekaapeleiden pitkäaikaisen vakaan toiminnan kannalta. Säännöllisillä tarkastuksilla voidaan nopeasti havaita, onko kaapelin ulkonäkö vaurioitunut tai vaippa. Samaan aikaan joitain testauslaitteita voidaan käyttää myös kaapelin eristyskyvyn ja osittaisen purkauksen testaamiseen. Jos ongelmia havaitaan, ne tulee korjata tai vaihtaa ajoissa.
6. Vika ja suurjännitekaapeleiden havaitseminen
Korkeajännitekaapeleiden yleisiä vikoja ovat eristyksen rikkoutuminen, johtimien katkeaminen ja liitosvika. Eristeen rikkoutuminen voi johtua eristeen vanhenemisesta, osittaisesta purkauksesta tai ulkoisesta ylijännitteestä. Johtimen katkeaminen johtuu yleensä mekaanisesta ulkoisesta voimasta tai pitkäaikaisesta ylikuormituksesta. Saumavaurio voi johtua huonosta liitoksen valmistusprosessista tai voimakkaasta kuumenemisesta käytön aikana.
Näiden vikojen havaitsemiseksi on olemassa monia havaitsemismenetelmiä. Osittainen purkauksen havaitseminen on yleisesti käytetty menetelmä. Tunnistamalla osittaispurkauksen synnyttämä signaali kaapelissa voidaan määrittää, onko kaapelin sisällä eristysvikoja. Kestojännitetestillä voidaan havaita kaapelin kestojännitekapasiteetti ja löytää mahdolliset eristysongelmat. Lisäksi infrapunalämpökuvaustekniikka voi havaita lämpötilan jakautumisen kaapelin pinnalla, jotta saadaan selville, onko kaapelissa ongelmia, kuten paikallista ylikuumenemista.
7. Suurjännitekaapeleiden käyttö ja kehityssuunta voimajärjestelmissä
Sähköjärjestelmissä suurjännitekaapeleita käytetään laajalti kaupunkien sähköverkon muuntamiseen, suurten voimalaitosten lähteviin linjoihin, merenalaisten kaapelien siirtoon ja muilla aloilla. Kaupunkien sähköverkoissa rajallisen tilan vuoksi maakaapeleiden käyttö voi säästää tilaa ja parantaa kaupungin kauneutta. Suurten voimalaitosten lähtevät johdot edellyttävät suurjännitekaapeleiden käyttöä sähkön siirtämiseen kaukaisille sähköasemille. Merenalainen kaapelisiirto voi toteuttaa meren ylittävän voimansiirron ja tarjota vakaan virtalähteen saarille ja rannikkoalueille.
Sähkötekniikan jatkuvan kehityksen myötä myös suurjännitekaapelit ovat osoittaneet kehityssuuntauksia. Yksi niistä on korkeamman jännitetason kaapeleiden tutkimus, kehitys ja soveltaminen. Pitkän matkan voimansiirron kysynnän kasvaessa painopisteeksi tulee ultrakorkeajännitekaapeleiden kehittäminen. Toinen on kaapelien älykkyys. Integroimalla antureita ja muita laitteita kaapeliin voidaan saavuttaa reaaliaikainen kaapelin toimintatilan seuranta ja vikavaroitus, mikä parantaa kaapelin käyttövarmuutta. Kolmas on ympäristöystävällisten kaapelien kehittäminen. Ihmisten ympäristönsuojeluvaatimusten kasvaessa vähäpäästöisten, kierrätettävien kaapelimateriaalien tutkimus ja kehittäminen on tulevaisuuden kehityssuunta.
Postitusaika: 24.9.2024