I moderne elsystemer spiller højspændingskabler en afgørende rolle. Fra underjordiske elnet i byer til langdistanceledninger over bjerge og floder sikrer højspændingskabler effektiv, stabil og sikker transmission af elektrisk energi. Denne artikel vil undersøge de forskellige teknologier relateret til højspændingskabler i dybden, herunder deres struktur, klassificering, fremstillingsproces, ydeevneegenskaber, installation og vedligeholdelse.
1. Grundlæggende struktur af højspændingskabler
Højspændingskabler består hovedsageligt af ledere, isoleringslag, afskærmningslag 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 billigt og let i vægt. Disse ledere er generelt i form af flertrådet snoede tråde 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 bruges i vid udstrækning i moderne højspændingskabler.
Afskærmningslaget er opdelt i indre afskærmning og ydre afskærmning. Den indre afskærmning bruges til at gøre det elektriske felt ensartet og forhindre lokale udladninger i at beskadige isoleringslaget; den ydre afskærmning kan reducere interferensen fra det eksterne elektromagnetiske felt på kablet og også forhindre kablet i at have en elektromagnetisk påvirkning på omverdenen.
Det beskyttende lag beskytter primært kablet mod skader forårsaget af eksterne faktorer såsom mekanisk skade, kemisk korrosion og vandindtrængning. Det er normalt sammensat af metalpansring og ydre kappe. Metalpansringen kan give mekanisk styrke, og den ydre kappe har vandtætte og korrosionsbestandige funktioner.
2. Klassificering af højspændingskabler
Højspændingskabler kan opdeles i mellemspændingskabler (generelt 3-35 kV), højspændingskabler (35-110 kV), ultrahøjspændingskabler (110-500 kV) og ultrahøjspændingskabler (over 500 kV) alt efter spændingsniveau. Kabler med forskellige spændingsniveauer adskiller sig i strukturelt design, isoleringskrav osv.
Fra et isoleringsmaterialeperspektiv findes der ud over de ovennævnte XLPE-kabler og oliepapirkabler også ethylen-propylen-gummikabler. Oliepapirkabler har en lang historie, men på grund af deres høje vedligeholdelsesomkostninger og andre årsager er de gradvist blevet erstattet af XLPE-kabler. Ethylen-propylen-gummikabler har god fleksibilitet og vejrbestandighed og er velegnede til særlige lejligheder.
3. Fremstillingsproces for højspændingskabel
Fremstillingen af højspændingskabler er en kompleks og delikat proces.
Fremstillingen af ledere kræver først, at kobber- eller aluminiumråmaterialerne strækkes, snos og andre processer udføres for at sikre lederens dimensionsnøjagtighed og mekaniske egenskaber. Under snoningsprocessen skal trådene placeres tæt for at forbedre lederens ledningsevne.
Ekstrudering af isoleringslaget er et af nøgletrinene. For XLPE-isoleringslaget ekstruderes XLPE-materialet ved høj temperatur og vikles jævnt om lederen. Under ekstruderingsprocessen skal parametre som temperatur, tryk og ekstruderingshastighed kontrolleres nøje for at sikre isoleringslagets kvalitet og tykkelsesensartethed.
Afskærmningslaget fremstilles normalt ved hjælp af metaltrådsvævning eller metalbåndsindpakning. Fremstillingsprocesserne for de indre og ydre skjolde er en smule forskellige, men begge skal sikre afskærmningslagets integritet og en god elektrisk forbindelse.
Endelig omfatter produktionen af det beskyttende lag lægning af metalpansringen og ekstrudering af den ydre kappe. Metalpansringen skal sidde tæt på kablet, og ekstruderingen af den ydre kappe skal sikre et glat udseende uden defekter såsom bobler og revner.
4. Ydeevneegenskaber 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 skal 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 f.eks. ældning af isoleringen. 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 det første, man skal gøre, at planlægge ruten for at sikre, at kabellægningsruten er rimelig og sikker. Under lægningsprocessen skal man være forsigtig med at undgå overdreven strækning, bøjning og ekstrudering af kablet. Ved kabellægning over lange afstande bruges udstyr som kabeltransportører normalt til at hjælpe med konstruktionen.
Produktionen af kabelmuffer er et centralt led i installationsprocessen. Samlingens kvalitet påvirker direkte kablets driftssikkerhed. Ved fremstilling af samlinger skal kablet afisoleres, rengøres, tilsluttes og isoleres. Hvert trin skal udføres nøje 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 hurtigt opdage, om kablets udseende er beskadiget, eller om kappen er beskadiget. Samtidig kan noget testudstyr også bruges til at teste kablets isoleringsevne og delvise afladning. Hvis der findes problemer, bør de repareres eller udskiftes i tide.
6. Fejl og detektering af højspændingskabler
Almindelige fejl i højspændingskabler omfatter isoleringsnedbrud, lederafbrydelse og samlingsfejl. Isolationsnedbrud kan skyldes ældning af isoleringen, delvis afladning eller ekstern overspænding. Lederafbrydelse skyldes normalt mekanisk ekstern kraft eller langvarig overbelastning. Samlingsfejl kan skyldes dårlig fremstillingsproces for samlinger eller kraftig opvarmning under drift.
For at detektere disse fejl findes der mange detektionsmetoder. Detektion af delvis afladning er en almindeligt anvendt metode. Ved at detektere signalet genereret af delvis afladning i kablet kan det bestemmes, om der er isolationsfejl inde i kablet. Holdbarhedsspændingstesten kan detektere kablets spændingskapacitet og finde potentielle isoleringsproblemer. Derudover kan infrarød termisk billeddannelsesteknologi detektere temperaturfordelingen på kablets overflade for at finde ud af, om kablet har problemer såsom lokal overophedning.
7. Anvendelse og udviklingstendens for højspændingskabler i elsystemer
I elsystemer anvendes højspændingskabler i vid udstrækning til transformation af byernes elnet, udgående linjer fra store kraftværker, transmission af søkabler og andre områder. I byernes elnet kan brugen af underjordiske kabler på grund af begrænset plads spare plads og forbedre byens skønhed. Udgående linjer fra store kraftværker kræver brug af højspændingskabler til at overføre elektricitet til fjerne transformerstationer. Transmission af søkabler kan realisere strømtransmission over 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, udvikling og anvendelse af kabler med højere spændingsniveauer. Med den stigende efterspørgsel efter langdistance-strømtransmission vil udviklingen af ultrahøjspændingskabler blive et fokuspunkt. Den anden er kablers intelligens. Ved at integrere sensorer og andet udstyr i kablet kan man opnå realtidsovervågning af kablets driftsstatus og fejladvarsel, hvorved kablets driftssikkerhed forbedres. 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.
Opslagstidspunkt: 24. september 2024