Mūsdienu energosistēmās augstsprieguma kabeļiem ir būtiska loma. Sākot ar pazemes elektrotīkliem pilsētās un beidzot ar tālsatiksmes pārvades līnijām pāri kalniem un upēm, augstsprieguma kabeļi nodrošina efektīvu, stabilu un drošu elektroenerģijas pārvadi. Šajā rakstā tiks padziļināti izpētītas dažādas ar augstsprieguma kabeļiem saistītās tehnoloģijas, tostarp to struktūra, klasifikācija, ražošanas process, veiktspējas raksturlielumi, uzstādīšana un apkope.
1. Augstsprieguma kabeļu pamatstruktūra
Augstsprieguma kabeļi galvenokārt sastāv no vadītājiem, izolācijas slāņiem, ekranēšanas slāņiem un aizsargslāņiem.
Vadītājs ir strāvas pārraides kanāls, un tas parasti ir izgatavots no vara vai alumīnija. Vara ir laba vadītspēja un elastība, savukārt alumīnijs ir salīdzinoši lēts un viegls. Šie vadītāji parasti ir daudzdzīslu savītu stiepļu formā, lai palielinātu elastību.
Izolācijas slānis ir galvenā augstsprieguma kabeļa sastāvdaļa, kam ir nozīme strāvas noplūdes novēršanā un vadītāja izolācijā no ārpasaules. Izplatītākie izolācijas materiāli ir šķērssaistīts polietilēns (XLPE), eļļas papīrs utt. XLPE ir izcilas elektriskās īpašības, karstumizturība un mehāniskā izturība, un to plaši izmanto mūsdienu augstsprieguma kabeļos.
Ekranēšanas slānis ir sadalīts iekšējā ekranējumā un ārējā ekranējumā. Iekšējais ekrāns kalpo, lai vienmērīgi sadalītu elektrisko lauku un novērstu lokālas izlādes radītus bojājumus izolācijas slānim; ārējais ekrāns var samazināt ārējā elektromagnētiskā lauka ietekmi uz kabeli, kā arī novērst kabeļa elektromagnētisko ietekmi uz ārpasauli.
Aizsargslānis galvenokārt aizsargā kabeli no bojājumiem, ko rada ārēji faktori, piemēram, mehāniski bojājumi, ķīmiska korozija un ūdens iekļūšana. Tas parasti sastāv no metāla bruņas un ārējā apvalka. Metāla bruņas var nodrošināt mehānisko izturību, un ārējam apvalkam ir ūdensnecaurlaidīgas un pretkorozijas funkcijas.
2. Augstsprieguma kabeļu klasifikācija
Atkarībā no sprieguma līmeņa augstsprieguma kabeļus var iedalīt vidēja sprieguma kabeļos (parasti 3–35 kV), augstsprieguma kabeļos (35–110 kV), īpaši augsta sprieguma kabeļos (110–500 kV) un īpaši augsta sprieguma kabeļos (virs 500 kV). Dažādu sprieguma līmeņu kabeļi atšķiras pēc konstrukcijas, izolācijas prasībām utt.
No izolācijas materiālu viedokļa papildus iepriekšminētajiem XLPE kabeļiem un eļļas-papīra kabeļiem pastāv arī etilēna-propilēna gumijas kabeļi. Eļļas-papīra kabeļiem ir sena vēsture, taču augsto uzturēšanas izmaksu un citu iemeslu dēļ tos pakāpeniski ir aizstājuši XLPE kabeļi. Etilēna-propilēna gumijas kabelim ir laba elastība un izturība pret laikapstākļiem, un tas ir piemērots dažiem īpašiem gadījumiem.
3. Augstsprieguma kabeļu ražošanas process
Augstsprieguma kabeļu ražošana ir sarežģīts un delikāts process.
Vadītāju ražošanā vispirms ir nepieciešams vara vai alumīnija izejvielu stiepšana, savīšana un citi procesi, lai nodrošinātu vadītāja izmēru precizitāti un mehāniskās īpašības. Savīšanas procesā dzīslu dzīslām jābūt cieši izvietotām, lai uzlabotu vadītāja vadītspēju.
Izolācijas slāņa ekstrūzija ir viens no galvenajiem posmiem. XLPE izolācijas slānim XLPE materiāls tiek ekstrudēts augstā temperatūrā un vienmērīgi uztīts uz vadītāja. Ekstrūzijas procesa laikā ir stingri jākontrolē tādi parametri kā temperatūra, spiediens un ekstrūzijas ātrums, lai nodrošinātu izolācijas slāņa kvalitāti un biezuma vienmērīgumu.
Ekranēšanas slānis parasti tiek izgatavots, aužot metāla stiepli vai aptinot metāla lenti. Iekšējā un ārējā ekranēšanas ražošanas procesi nedaudz atšķiras, taču abiem ir jānodrošina ekranēšanas slāņa integritāte un labs elektriskais savienojums.
Visbeidzot, aizsargslāņa izgatavošana ietver metāla bruņas uzklāšanu un ārējā apvalka ekstrūziju. Metāla bruņām cieši jāpieguļ kabelim, un ārējā apvalka ekstrūzijai jānodrošina gluds izskats bez defektiem, piemēram, burbuļiem un plaisām.
4. Augstsprieguma kabeļu veiktspējas raksturlielumi
Runājot par elektriskajām īpašībām, augstsprieguma kabeļiem ir jābūt ar augstu izolācijas pretestību, zemiem dielektriskiem zudumiem un labu sprieguma pretestību. Augsta izolācijas pretestība var efektīvi novērst strāvas noplūdi, zemi dielektriskie zudumi samazina elektroenerģijas zudumus pārraides laikā, un laba sprieguma pretestība nodrošina kabeļa drošu darbību augstsprieguma vidē.
Runājot par mehāniskajām īpašībām, kabelim jābūt ar pietiekamu stiepes izturību, lieces rādiusu un triecienizturību. Uzstādīšanas un ekspluatācijas laikā kabelis var tikt pakļauts stiepšanai, locīšanai un ārēja spēka iedarbībai. Ja mehāniskās īpašības nav pietiekamas, kabeli var viegli sabojāt.
Svarīgs aspekts ir arī termiskā veiktspēja. Kabelis darbības laikā radīs siltumu, īpaši darbojoties ar lielu slodzi. Tāpēc kabelim ir jābūt labai karstumizturībai un tam jāspēj normāli darboties noteiktā temperatūras diapazonā bez problēmām, piemēram, izolācijas novecošanās. XLPE kabelim ir relatīvi laba karstumizturība, un tas var ilgstoši darboties augstākā temperatūrā.
5. Augstsprieguma kabeļu uzstādīšana un apkope
Runājot par uzstādīšanu, pirmais, kas jādara, ir plānot ceļu, lai nodrošinātu, ka kabeļu ieguldīšanas ceļš ir saprātīgs un drošs. Ieklāšanas procesā jāuzmanās, lai izvairītos no pārmērīgas kabeļu stiepšanas, locīšanas un izspiešanas. Tālsatiksmes kabeļu ieguldīšanai parasti tiek izmantots aprīkojums, piemēram, kabeļu konveijeri, lai palīdzētu būvniecībā.
Kabeļu savienojumu ražošana ir galvenā saikne uzstādīšanas procesā. Savienojuma kvalitāte tieši ietekmē kabeļa darbības uzticamību. Veidojot savienojumus, kabelis ir jānoņem no izolācijas, jātīra, jāsavieno un jāizolē. Katrs solis ir jāveic stingri saskaņā ar procesa prasībām, lai nodrošinātu, ka savienojuma elektriskās un mehāniskās īpašības atbilst prasībām.
Augstsprieguma kabeļu ilgstošai un stabilai darbībai ir nepieciešama apkope. Regulāras pārbaudes var ātri noteikt, vai kabeļa izskats ir bojāts vai apvalks ir bojāts. Tajā pašā laikā dažas testēšanas iekārtas var izmantot arī kabeļa izolācijas veiktspējas un daļējas izlādes pārbaudei. Ja tiek konstatētas problēmas, tās savlaicīgi jāremontē vai jānomaina.
6. Augstsprieguma kabeļu atteice un noteikšana
Biežākie augstsprieguma kabeļu bojājumi ir izolācijas bojājums, vadītāja atvienošanās un savienojuma atteice. Izolācijas bojājumu var izraisīt izolācijas novecošanās, daļēja izlāde vai ārējs pārspriegums. Vadītāja atvienošanos parasti izraisa mehānisks ārējs spēks vai ilgstoša pārslodze. Savienojuma bojājumus var izraisīt nepareiza savienojuma ražošanas process vai spēcīga sakaršana darbības laikā.
Lai atklātu šos defektus, ir daudz noteikšanas metožu. Daļējas izlādes noteikšana ir bieži izmantota metode. Nosakot daļējas izlādes radīto signālu kabelī, var noteikt, vai kabeļa iekšpusē ir izolācijas defekti. Izturības sprieguma tests var noteikt kabeļa izturības sprieguma kapacitāti un atrast potenciālas izolācijas problēmas. Turklāt infrasarkanās termiskās attēlveidošanas tehnoloģija var noteikt temperatūras sadalījumu kabeļa virsmā, lai noskaidrotu, vai kabelim ir tādas problēmas kā lokāla pārkaršana.
7. Augstsprieguma kabeļu pielietojums un attīstības tendences energosistēmās
Energosistēmās augstsprieguma kabeļus plaši izmanto pilsētu elektrotīklu pārveidošanā, lielu elektrostaciju izejošajās līnijās, zemūdens kabeļu pārvadē un citās jomās. Pilsētu elektrotīklos ierobežotās telpas dēļ pazemes kabeļu izmantošana var ietaupīt vietu un uzlabot pilsētas skaistumu. Lielu elektrostaciju izejošajām līnijām ir nepieciešams izmantot augstsprieguma kabeļus, lai pārvadītu elektroenerģiju uz attālām apakšstacijām. Zemūdens kabeļu pārvade var realizēt pāri jūrai paredzētu elektroenerģijas pārvadi un nodrošināt stabilu elektroapgādi salām un piekrastes zonām.
Līdz ar nepārtrauktu elektroenerģijas tehnoloģiju attīstību, arī augstsprieguma kabeļi ir parādījuši dažas attīstības tendences. Viena no tām ir augstāka sprieguma kabeļu izpēte, izstrāde un pielietošana. Pieaugot pieprasījumam pēc tālsatiksmes elektroenerģijas pārvades, uzmanības centrā nonāks īpaši augsta sprieguma kabeļu izstrāde. Otrā ir kabeļu intelekts. Integrējot kabelī sensorus un citas iekārtas, var panākt kabeļa darbības stāvokļa uzraudzību reāllaikā un kļūmju brīdinājumus, tādējādi uzlabojot kabeļa darbības uzticamību. Trešā ir videi draudzīgu kabeļu izstrāde. Pieaugot cilvēku prasībām attiecībā uz vides aizsardzību, nākotnes attīstības virziens būs zema piesārņojuma, pārstrādājamu kabeļu materiālu izpēte un izstrāde.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 24. septembris