En els sistemes de potència moderns, els cables d’alta tensió tenen un paper vital. Des de les xarxes elèctriques subterrànies a 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 d’energia elèctrica. Aquest article explorarà a fons les diverses tecnologies relacionades amb cables d’alta tensió, inclosos la seva estructura, classificació, procés de fabricació, característiques de rendiment, instal·lació i manteniment.
1. Estructura bàsica de cables d’alta tensió
Els cables d’alta tensió es componen principalment de conductors, capes d’aïllament, capes de blindatge i capes de protecció.
El conductor és el canal de transmissió per a corrent i sol estar fet de coure o alumini. El coure té una bona conductivitat i ductilitat, mentre que l’alumini és relativament baix de cost i de pes. Aquests conductors es troben generalment en forma de cables retorçats de diverses cadenes per augmentar la flexibilitat.
La capa d’aïllament és una part clau del cable d’alta tensió, que té un paper en la prevenció de les fuites de corrent i l’aïllament del conductor del món exterior. Els materials aïllants comuns inclouen el polietilè reticulat (XLPE), el paper d’oli, etc. XLPE té excel·lents propietats elèctriques, resistència a la calor i resistència mecànica i s’utilitza àmpliament en cables moderns d’alta tensió.
La capa de blindatge es divideix en blindatge interior i blindatge exterior. L’escut interior s’utilitza per fer l’uniforme de camp elèctric 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 dels danys per factors externs com ara danys mecànics, corrosió química i intrusió de l’aigua. Normalment es compon d’armadura metàl·lica i beina exterior. L’armadura metàl·lica pot proporcionar resistència mecànica i la beina exterior té funcions impermeables i anti-corrosió.
2. Classificació de cables d’alta tensió
Segons el nivell de tensió, els cables d’alta tensió es poden dividir en cables de tensió mitjana (generalment 3-35kV), cables d’alta tensió (35-110kV), cables d’alt-alt de tensió (110-500kV) i cables d’ultra-alt-voltatge (per sobre de 500kV). 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 de petroli esmentats anteriorment, també hi ha cables de goma d’etilè-propilè. Els cables de paper de petroli tenen una llarga història, però a causa dels seus elevats costos de manteniment i altres motius, han estat substituïts gradualment per cables XLPE. El cable de goma d’etilè propilè té una bona flexibilitat i resistència al temps i és adequat per a algunes ocasions especials.
3. Procés de fabricació de cable d’alta tensió
La fabricació de cable d’alta tensió és un procés complex i delicat.
La fabricació de conductors primer requereix que les matèries primeres de coure o alumini s’estenguin, es torcin i altres processos per assegurar la precisió dimensional i les propietats mecàniques del conductor. Durant el procés de gir, les cadenes de les cadenes s’han d’organitzar de prop 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’extreu a alta temperatura i s’embolica uniformement al conductor. Durant el procés d’extrusió, els paràmetres com la temperatura, la pressió i la velocitat d’extrusió s’han de controlar estrictament per assegurar la uniformitat de qualitat i gruix de la capa d’aïllament.
La capa de blindatge es fa generalment mitjançant teixit de filferro metàl·lic o embolcall de cinta metàl·lica. Els processos de fabricació dels escuts interiors i exteriors són lleugerament diferents, però tots dos necessiten assegurar la integritat de la capa de blindatge i una bona connexió elèctrica.
Finalment, la producció de la capa protectora inclou la posada de l’armadura metàl·lica i l’extrusió de la beina exterior. L’armadura metàl·lica ha d’encaixar fortament sobre el cable i l’extrusió de la beina exterior hauria d’assegurar un aspecte suau sense defectes com ara bombolles i esquerdes.
4. Característiques de rendiment dels cables d’alta tensió
En termes de rendiment elèctric, els cables d’alta tensió han de tenir una gran resistència d’aïllament, baixa pèrdua dielèctrica i bona resistència a la tensió. L’alta resistència d’aïllament pot prevenir eficaçment les fuites de corrent, la baixa pèrdua dielèctrica redueix la pèrdua d’energia elèctrica durant la transmissió i una bona resistència a la tensió garanteix que el cable pot funcionar amb seguretat en un entorn d’alta tensió.
En termes de propietats mecàniques, el cable hauria de tenir una resistència a la tracció suficient, un radi de doblegament i una resistència a l’impacte. Durant la instal·lació i el funcionament, el cable pot estar sotmès a un impacte de la força i la força externa. Si les propietats mecàniques són insuficients, és fàcil causar danys per cable.
El rendiment tèrmic també és un aspecte important. El cable generarà calor durant el funcionament, sobretot quan s’executa sota càrrega elevada. Per tant, el cable ha de tenir una bona resistència a la calor i poder treballar normalment dins d’un determinat rang de temperatures 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
En termes d’instal·lació, el primer que cal fer és planificar el camí per assegurar -se que la ruta de posada del cable sigui raonable i segura. Durant el procés de posada, s’ha de tenir cura d’evitar estiraments excessius, flexions i extrusió del cable. Per a la col·locació de cables de llarga distància, els equips com els transportadors de cable s’utilitzen normalment per ajudar a la construcció.
La producció de juntes de cable és un enllaç clau del procés d’instal·lació. La qualitat de l’articulació afecta directament la fiabilitat operativa del cable. En fer articulacions, el cable ha de ser despullat, netejat, connectat i aïllat. Cada pas s’ha de dur a terme estrictament d’acord amb els requisits del procés per assegurar -se que les propietats elèctriques i mecàniques de l’articulació compleixen els requisits.
Els treballs de manteniment són essencials per al funcionament estable a llarg termini de cables d’alta tensió. Les inspeccions periòdiques poden detectar ràpidament si l’aspecte del cable està danyat o la beina està danyada. Al mateix temps, alguns equips de prova també es poden utilitzar per provar el rendiment d’aïllament i la descàrrega parcial del cable. Si es troben problemes, s’han de reparar o substituir a temps.
6. Falla i detecció de cables d’alta tensió
Les fallades comunes dels cables d’alta tensió inclouen la ruptura d’aïllament, la desconnexió del conductor i la fallada articular. El desglossament de l'aïllament pot ser causat per l'envelliment de l'aïllament, la descàrrega parcial o la sobretensió externa. La desconnexió del conductor sol ser causada per força externa mecànica o sobrecàrrega a llarg termini. La fallada conjunta pot ser causada per un mal procés de fabricació conjunta o calefacció greu durant el funcionament.
Per tal de detectar aquestes falles, hi ha molts mètodes de detecció. La detecció parcial de l’alta és un mètode d’ús habitual. En detectar el senyal generat per descàrrega parcial al cable, es pot determinar si hi ha defectes d’aïllament dins del cable. La prova de tensió de resisteix pot detectar la capacitat de tensió del cable i trobar possibles problemes d’aïllament. A més, la tecnologia d’imatge tèrmica d’infrarojos pot detectar la distribució de la temperatura a la superfície del cable, per tal de saber si el cable té problemes com el sobreescalfament local.
7. Tendència d’aplicació i desenvolupament de cables d’alta tensió en sistemes d’alimentació
En els sistemes de potència, els cables d’alta tensió s’utilitzen àmpliament en la transformació de la xarxa de potència urbana, les línies sortints de grans estacions de potència, la transmissió de cables submarins i altres camps. A les xarxes elèctriques urbanes, a causa d’un espai limitat, l’ús de cables subterranis pot estalviar espai i millorar la bellesa de la ciutat. Les línies sortides de grans centrals requereixen l’ús de cables d’alta tensió per transmetre electricitat a subestacions llunyanes. La transmissió de cables submarins pot realitzar una transmissió d’energia del mar i proporcionar un subministrament elèctric estable per a les illes i les zones costaneres.
Amb el desenvolupament continu de la tecnologia de potència, els cables d’alta tensió també han mostrat algunes tendències de desenvolupament. Una és la investigació i el desenvolupament i l’aplicació de cables amb nivells de tensió més elevats. Amb l’augment de la demanda de transmissió de potència de llarga distància, el desenvolupament de cables d’alt voltatge es convertirà en un focus. El segon és la intel·ligència dels cables. Integrant els sensors i altres equips al cable, es pot aconseguir un seguiment en temps real de l’estat de funcionament del cable i l’avís de falles, millorant així la fiabilitat operativa del cable. El tercer és el desenvolupament de cables respectuosos amb el medi ambient. A mesura que augmenten els requisits de les persones per a la protecció del medi ambient, la investigació i el desenvolupament de baixa contaminació, els materials de cable reciclables seran una direcció futura de desenvolupament.
Posada a l’hora: el 24 de setembre de 2014