I moderne strømsystemer spiller højspændingskabler en afgørende rolle. Fra underjordiske elnet i byer til langdistancetransmissionsledninger over bjerge og floder, højspændingskabler sikrer effektiv, stabil og sikker transmission af elektrisk energi. Denne artikel vil gå i dybden med de forskellige teknologier relateret til højspændingskabler, herunder deres struktur, klassificering, fremstillingsproces, ydeevnekarakteristika, installation og vedligeholdelse.
1.Grundlæggende struktur af højspændingskabler
Højspændingskabler er hovedsageligt sammensat af ledere, isoleringslag, skærmlag og beskyttelseslag.
Lederen er transmissionskanalen for strøm og er normalt lavet af kobber eller aluminium. Kobber har god ledningsevne og duktilitet, mens aluminium er relativt lavt i omkostninger og let i vægt. Disse ledere er generelt i form af flerstrengede snoede ledninger for at øge fleksibiliteten.
Isoleringslaget er en central del af højspændingskablet, som spiller en rolle i at forhindre strømlækage og isolere lederen fra omverdenen. Almindelige isoleringsmaterialer omfatter tværbundet polyethylen (XLPE), oliepapir osv. XLPE har fremragende elektriske egenskaber, varmebestandighed og mekanisk styrke og er meget udbredt i moderne højspændingskabler.
Afskærmningslaget er opdelt i indre afskærmning og udvendig afskærmning. Det indre skjold bruges til at gøre det elektriske felt ensartet og forhindre lokal udladning i at beskadige isoleringslaget; den ydre skærm kan reducere interferensen af det eksterne elektromagnetiske felt på kablet, og også forhindre kablet i at have en elektromagnetisk påvirkning på omverdenen.
Det beskyttende lag beskytter hovedsageligt kablet mod skader fra eksterne faktorer såsom mekanisk skade, kemisk korrosion og vandindtrængning. Det er normalt sammensat af metalpanser og ydre kappe. Metalpansret kan give mekanisk styrke, og den ydre kappe har vandtætte og anti-korrosionsfunktioner.
2. Klassificering af højspændingskabler
I henhold til spændingsniveauet kan højspændingskabler opdeles i mellemspændingskabler (generelt 3-35kV), højspændingskabler (35-110kV), ultrahøjspændingskabler (110-500kV) og ultrahøjspændingskabler -spændingskabler (over 500kV). Kabler med forskellige spændingsniveauer er forskellige i strukturelt design, isoleringskrav osv.
Ud fra isoleringsmaterialernes perspektiv er der ud over de ovenfor nævnte XLPE-kabler og olie-papirkabler også ethylen-propylengummikabler. Olie-papir kabler har en lang historie, men på grund af deres høje vedligeholdelsesomkostninger og andre årsager er de gradvist blevet erstattet af XLPE kabler. Ethylen propylen gummikabel har god fleksibilitet og vejrbestandighed og er velegnet til nogle specielle lejligheder.
3. Fremstillingsproces af højspændingskabel
Fremstillingen af højspændingskabel er en kompleks og delikat proces.
Fremstillingen af ledere kræver først, at kobber- eller aluminiumråmaterialerne strækkes, snos og andre processer for at sikre lederens dimensionelle nøjagtighed og mekaniske egenskaber. Under snoningsprocessen skal strengenes strenge være tæt arrangeret for at forbedre lederens ledningsevne.
Ekstruderingen af isoleringslaget er et af nøgletrinene. Til XLPE-isoleringslaget ekstruderes XLPE-materialet ved høj temperatur og vikles jævnt på lederen. Under ekstruderingsprocessen skal parametre som temperatur, tryk og ekstruderingshastighed kontrolleres strengt for at sikre kvaliteten og tykkelsen af isoleringslagets ensartethed.
Afskærmningslaget er normalt lavet af metaltrådsvævning eller metaltapeindpakning. Fremstillingsprocesserne for de indre og ydre skjolde er lidt forskellige, men begge skal sikre integriteten af skærmlaget og god elektrisk forbindelse.
Endelig omfatter produktionen af det beskyttende lag lægning af metalpanser og ekstrudering af den ydre kappe. Metalpanseret skal passe tæt på kablet, og ekstruderingen af den ydre kappe skal sikre et glat udseende uden defekter som bobler og revner.
4. Ydeevnekarakteristika for højspændingskabler
Med hensyn til elektrisk ydeevne skal højspændingskabler have høj isolationsmodstand, lavt dielektrisk tab og god spændingsmodstand. Høj isolationsmodstand kan effektivt forhindre strømlækage, lavt dielektrisk tab reducerer tabet af elektrisk energi under transmission, og god spændingsmodstand sikrer, at kablet kan fungere sikkert i et højspændingsmiljø.
Med hensyn til mekaniske egenskaber bør kablet have tilstrækkelig trækstyrke, bøjningsradius og slagfasthed. Under installation og drift kan kablet blive udsat for strækning, bøjning og ydre kraftpåvirkninger. Hvis de mekaniske egenskaber er utilstrækkelige, er det let at forårsage kabelskader.
Termisk ydeevne er også et vigtigt aspekt. Kablet vil generere varme under drift, især når det kører under høj belastning. Derfor skal kablet have god varmebestandighed og kunne fungere normalt inden for et bestemt temperaturområde uden problemer som isoleringsældning. XLPE-kabel har relativt god varmebestandighed og kan fungere i lang tid ved højere temperaturer.
5. Installation og vedligeholdelse af højspændingskabler
Med hensyn til installation er den første ting at gøre at planlægge stien for at sikre, at kabellægningsstien er rimelig og sikker. Under lægningsprocessen skal man sørge for at undgå overdreven strækning, bøjning og ekstrudering af kablet. Til langdistance kabellægning bruges udstyr såsom kabeltransportører normalt til at hjælpe byggeriet.
Produktionen af kabelsamlinger er et centralt led i installationsprocessen. Kvaliteten af samlingen påvirker direkte kablets driftssikkerhed. Ved samlinger skal kablet afisoleres, rengøres, tilsluttes og isoleres. Hvert trin skal udføres strengt i overensstemmelse med proceskravene for at sikre, at samlingens elektriske og mekaniske egenskaber opfylder kravene.
Vedligeholdelsesarbejde er afgørende for langsigtet stabil drift af højspændingskabler. Regelmæssige inspektioner kan omgående opdage, om kablets udseende er beskadiget, eller kappen er beskadiget. Samtidig kan noget testudstyr også bruges til at teste kablets isoleringsevne og delvis udledning. Hvis der konstateres problemer, bør de repareres eller udskiftes i tide.
6. Fejl og detektering af højspændingskabler
Almindelige fejl på højspændingskabler omfatter isolationsnedbrud, lederafbrydelse og samlingsfejl. Isolationsnedbrud kan være forårsaget af ældning af isoleringen, delvis afladning eller ekstern overspænding. Lederafbrydelse er normalt forårsaget af mekanisk ekstern kraft eller langvarig overbelastning. Fugefejl kan være forårsaget af dårlig fælles fremstillingsproces eller alvorlig opvarmning under drift.
For at opdage disse fejl er der mange detektionsmetoder. Detektering af delvis udledning er en almindeligt anvendt metode. Ved at detektere signalet, der genereres ved delvis afladning i kablet, kan det afgøres, om der er isolationsfejl inde i kablet. Modstandsspændingstesten kan detektere kablets modstandsspændingskapacitet og finde potentielle isolationsproblemer. Derudover kan infrarød termisk billedteknologi registrere temperaturfordelingen på kablets overflade, for at finde ud af, om kablet har problemer som f.eks. lokal overophedning.
7.Anvendelse og udviklingstendens af højspændingskabler i elsystemer
I kraftsystemer anvendes højspændingskabler i vid udstrækning til transformation af bystrømsnet, udgående linjer fra store kraftværker, undersøiske kabeltransmission og andre områder. I byernes elnet kan brugen af underjordiske kabler på grund af begrænset plads spare plads og forbedre byens skønhed. De udgående linjer fra store kraftværker kræver brug af højspændingskabler til at overføre elektricitet til fjerntliggende transformerstationer. Undersøisk kabeltransmission kan realisere kraftoverførsel på tværs af havet og give stabil strømforsyning til øer og kystområder.
Med den kontinuerlige udvikling af strømteknologi har højspændingskabler også vist nogle udviklingstendenser. Den ene er forskning og udvikling og anvendelse af kabler med højere spændingsniveauer. Med den stigende efterspørgsel efter langdistance-krafttransmission vil udviklingen af ultrahøjspændingskabler blive et fokus. Det andet er kablernes intelligens. Ved at integrere sensorer og andet udstyr i kablet kan der opnås realtidsovervågning af kablets driftsstatus og fejladvarsel, og derved forbedre kablets driftssikkerhed. Den tredje er udviklingen af miljøvenlige kabler. Efterhånden som folks krav til miljøbeskyttelse stiger, vil forskning og udvikling af lavforurenende, genanvendelige kabelmaterialer være en fremtidig udviklingsretning.
Indlægstid: 24. september 2024