En els sistemes elèctrics moderns, els cables d'alta tensió tenen un paper vital. Des de les xarxes elèctriques subterrànies de les ciutats fins a les línies de transmissió de llarga distància a través de muntanyes i rius, els cables d'alta tensió garanteixen una transmissió eficient, estable i segura de l'energia elèctrica. Aquest article explorarà en profunditat les diverses tecnologies relacionades amb els cables d'alta tensió, incloent-hi la seva estructura, classificació, procés de fabricació, característiques de rendiment, instal·lació i manteniment.
1. Estructura bàsica dels cables d'alta tensió
Els cables d'alta tensió estan compostos principalment de conductors, capes d'aïllament, capes de blindatge i capes protectores.
El conductor és el canal de transmissió del corrent i normalment està fet de coure o alumini. El coure té bona conductivitat i ductilitat, mentre que l'alumini és relativament baix en cost i lleuger. Aquests conductors generalment tenen forma de cables trenats de diversos fils per augmentar la flexibilitat.
La capa d'aïllament és una part clau del cable d'alta tensió, que juga un paper en la prevenció de fuites de corrent i l'aïllament del conductor del món exterior. Els materials aïllants comuns inclouen el polietilè reticulat (XLPE), el paper oliat, etc. El XLPE té excel·lents propietats elèctriques, resistència a la calor i resistència mecànica, i s'utilitza àmpliament en els cables d'alta tensió moderns.
La capa de blindatge es divideix en blindatge interior i blindatge exterior. El blindatge interior s'utilitza per fer que el camp elèctric sigui uniforme i evitar que la descàrrega local danyi la capa d'aïllament; el blindatge exterior pot reduir la interferència del camp electromagnètic extern al cable i també evitar que el cable tingui un impacte electromagnètic al món exterior.
La capa protectora protegeix principalment el cable de danys per factors externs com ara danys mecànics, corrosió química i intrusió d'aigua. Normalment està composta per una armadura metàl·lica i una funda exterior. L'armadura metàl·lica pot proporcionar resistència mecànica i la funda exterior té funcions impermeables i anticorrosió.
2. Classificació dels cables d'alta tensió
Segons el nivell de tensió, els cables d'alta tensió es poden dividir en cables de mitjana tensió (generalment 3-35 kV), cables d'alta tensió (35-110 kV), cables d'ultra alta tensió (110-500 kV) i cables d'ultra alta tensió (per sobre de 500 kV). Els cables de diferents nivells de tensió difereixen en el disseny estructural, els requisits d'aïllament, etc.
Des de la perspectiva dels materials aïllants, a més dels cables XLPE i els cables de paper oliat esmentats anteriorment, també hi ha cables de cautxú d'etilè-propilè. Els cables de paper oliat tenen una llarga història, però a causa dels seus elevats costos de manteniment i altres motius, han estat gradualment substituïts per cables XLPE. El cable de cautxú d'etilè-propilè té bona flexibilitat i resistència a les inclemències del temps, i és adequat per a algunes ocasions especials.
3. Procés de fabricació de cables d'alta tensió
La fabricació de cables d'alta tensió és un procés complex i delicat.
La fabricació de conductors requereix primer que les matèries primeres de coure o alumini siguin estirades, torçades i altres processos per garantir la precisió dimensional i les propietats mecàniques del conductor. Durant el procés de torçada, els fils dels fils han d'estar disposats estretament per millorar la conductivitat del conductor.
L'extrusió de la capa d'aïllament és un dels passos clau. Per a la capa d'aïllament XLPE, el material XLPE s'extrudeix a alta temperatura i s'embolica uniformement sobre el conductor. Durant el procés d'extrusió, els paràmetres com la temperatura, la pressió i la velocitat d'extrusió s'han de controlar estrictament per garantir la qualitat i la uniformitat del gruix de la capa d'aïllament.
La capa de blindatge normalment es fa mitjançant un teixit de filferro metàl·lic o un embolcall de cinta metàl·lica. Els processos de fabricació dels blindatges interior i exterior són lleugerament diferents, però tots dos han de garantir la integritat de la capa de blindatge i una bona connexió elèctrica.
Finalment, la producció de la capa protectora inclou la col·locació de l'armadura metàl·lica i l'extrusió de la funda exterior. L'armadura metàl·lica s'ha d'ajustar fermament al cable i l'extrusió de la funda exterior ha de garantir un aspecte llis sense defectes com ara bombolles i esquerdes.
4. Característiques de rendiment dels cables d'alta tensió
Pel que fa al rendiment elèctric, els cables d'alta tensió han de tenir una alta resistència d'aïllament, baixa pèrdua dielèctrica i bona resistència a la tensió. Una alta resistència d'aïllament pot prevenir eficaçment les fuites de corrent, una baixa pèrdua dielèctrica redueix la pèrdua d'energia elèctrica durant la transmissió i una bona resistència a la tensió garanteix que el cable pugui funcionar amb seguretat en un entorn d'alta tensió.
Pel que fa a les propietats mecàniques, el cable ha de tenir una resistència a la tracció, un radi de flexió i una resistència a l'impacte suficients. Durant la instal·lació i el funcionament, el cable pot estar sotmès a estiraments, flexions i impactes de forces externes. Si les propietats mecàniques són insuficients, és fàcil que es facin malbé el cable.
El rendiment tèrmic també és un aspecte important. El cable generarà calor durant el funcionament, especialment quan funciona sota una càrrega elevada. Per tant, el cable ha de tenir una bona resistència a la calor i ser capaç de funcionar normalment dins d'un cert rang de temperatura sense problemes com l'envelliment de l'aïllament. El cable XLPE té una resistència a la calor relativament bona i pot funcionar durant molt de temps a temperatures més altes.
5. Instal·lació i manteniment de cables d'alta tensió
Pel que fa a la instal·lació, el primer que cal fer és planificar el camí per garantir que la ruta de col·locació del cable sigui raonable i segura. Durant el procés de col·locació, cal tenir cura d'evitar l'estirament, la flexió i l'extrusió excessius del cable. Per a la col·locació de cables de llarga distància, se solen utilitzar equips com ara transportadors de cable per ajudar a la construcció.
La producció d'unions de cable és un enllaç clau en el procés d'instal·lació. La qualitat de la unió afecta directament la fiabilitat de funcionament del cable. Quan es fan unions, cal pelar, netejar, connectar i aïllar el cable. Cada pas s'ha de dur a terme estrictament d'acord amb els requisits del procés per garantir que les propietats elèctriques i mecàniques de la unió compleixin els requisits.
El manteniment és essencial per al funcionament estable a llarg termini dels cables d'alta tensió. Les inspeccions regulars poden detectar ràpidament si l'aspecte del cable o la funda estan danyades. Al mateix temps, també es poden utilitzar alguns equips de prova per provar el rendiment de l'aïllament i la descàrrega parcial del cable. Si es troben problemes, s'han de reparar o substituir a temps.
6. Fallada i detecció de cables d'alta tensió
Les fallades comunes dels cables d'alta tensió inclouen la ruptura de l'aïllament, la desconnexió del conductor i la fallada de les juntes. La ruptura de l'aïllament pot ser causada per l'envelliment de l'aïllament, una descàrrega parcial o una sobretensió externa. La desconnexió del conductor sol ser causada per una força externa mecànica o una sobrecàrrega a llarg termini. La fallada de les juntes pot ser causada per un procés de fabricació deficient de les juntes o per un escalfament intens durant el funcionament.
Per detectar aquests defectes, hi ha molts mètodes de detecció. La detecció de descàrrega parcial és un mètode que s'utilitza habitualment. En detectar el senyal generat per la descàrrega parcial al cable, es pot determinar si hi ha defectes d'aïllament a l'interior del cable. La prova de tensió de resistència pot detectar la capacitat de tensió de resistència del cable i trobar possibles problemes d'aïllament. A més, la tecnologia d'imatges tèrmiques per infrarojos pot detectar la distribució de la temperatura a la superfície del cable, per tal d'esbrinar si el cable té problemes com ara un sobreescalfament local.
7. Aplicació i tendència de desenvolupament dels cables d'alta tensió en sistemes elèctrics
En els sistemes d'energia, els cables d'alta tensió s'utilitzen àmpliament en la transformació de la xarxa elèctrica urbana, les línies de sortida de grans centrals elèctriques, la transmissió per cable submarí i altres camps. A les xarxes elèctriques urbanes, a causa de l'espai limitat, l'ús de cables subterranis pot estalviar espai i millorar la bellesa de la ciutat. Les línies de sortida de grans centrals elèctriques requereixen l'ús de cables d'alta tensió per transmetre electricitat a subestacions distants. La transmissió per cable submarí pot realitzar la transmissió d'energia transoceànica i proporcionar un subministrament d'energia estable per a illes i zones costaneres.
Amb el desenvolupament continu de la tecnologia energètica, els cables d'alta tensió també han mostrat algunes tendències de desenvolupament. Una és la investigació, el desenvolupament i l'aplicació de cables amb nivells de tensió més alts. Amb l'augment de la demanda de transmissió d'energia a llarga distància, el desenvolupament de cables d'ultraalta tensió esdevindrà un focus. La segona és la intel·ligència dels cables. Mitjançant la integració de sensors i altres equips al cable, es pot aconseguir un seguiment en temps real de l'estat de funcionament del cable i l'avís d'errors, millorant així la fiabilitat de funcionament del cable. La tercera és el desenvolupament de cables respectuosos amb el medi ambient. A mesura que augmenten les necessitats de protecció del medi ambient de les persones, la investigació i el desenvolupament de materials de cable reciclables i de baixa contaminació seran una direcció de desenvolupament futur.
Data de publicació: 24 de setembre de 2024