U modernim elektroenergetskim sistemima, visokonaponski kablovi igraju vitalnu ulogu. Od podzemnih elektroenergetskih mreža u gradovima do dalekovoda na velike udaljenosti preko planina i rijeka, visokonaponski kablovi osiguravaju efikasan, stabilan i siguran prijenos električne energije. Ovaj članak će detaljno istražiti različite tehnologije vezane za visokonaponske kablove, uključujući njihovu strukturu, klasifikaciju, proces proizvodnje, karakteristike performansi, instalaciju i održavanje.
1. Osnovna struktura visokonaponskih kablova
Visokonaponski kablovi se uglavnom sastoje od provodnika, izolacijskih slojeva, zaštitnih slojeva i zaštitnih slojeva.
Provodnik je kanal za prenos struje i obično je napravljen od bakra ili aluminija. Bakar ima dobru provodljivost i duktilnost, dok je aluminij relativno jeftin i lagan. Ovi provodnici su uglavnom u obliku višestruko upredenih žica radi povećanja fleksibilnosti.
Izolacijski sloj je ključni dio visokonaponskog kabla, koji igra ulogu u sprječavanju curenja struje i izolaciji provodnika od vanjskog svijeta. Uobičajeni izolacijski materijali uključuju umreženi polietilen (XLPE), uljni papir itd. XLPE ima odlična električna svojstva, otpornost na toplinu i mehaničku čvrstoću, te se široko koristi u modernim visokonaponskim kablovima.
Zaštitni sloj je podijeljen na unutrašnji i vanjski zaštitni sloj. Unutrašnji zaštitni sloj se koristi za ujednačavanje električnog polja i sprječavanje lokalnog pražnjenja koje bi oštetilo izolacijski sloj; vanjski zaštitni sloj može smanjiti interferenciju vanjskog elektromagnetskog polja na kabelu, a također sprječava elektromagnetski utjecaj kabela na vanjski svijet.
Zaštitni sloj uglavnom štiti kabel od oštećenja uzrokovanih vanjskim faktorima kao što su mehanička oštećenja, hemijska korozija i prodor vode. Obično se sastoji od metalnog oklopa i vanjskog plašta. Metalni oklop može pružiti mehaničku čvrstoću, a vanjski plašt ima vodootporne i antikorozivne funkcije.
2. Klasifikacija visokonaponskih kablova
Prema naponskom nivou, visokonaponski kablovi se mogu podijeliti na srednjenaponske kablove (obično 3-35kV), visokonaponske kablove (35-110kV), ultra-visokonaponske kablove (110-500kV) i ultra-visokonaponske kablove (iznad 500kV). Kablovi različitih naponskih nivoa razlikuju se po strukturnom dizajnu, zahtjevima za izolaciju itd.
Sa stanovišta izolacijskih materijala, pored gore spomenutih XLPE kablova i kablova od uljnog papira, postoje i kablovi od etilen-propilenske gume. Kablovi od uljnog papira imaju dugu istoriju, ali zbog visokih troškova održavanja i drugih razloga, postepeno su zamijenjeni XLPE kablovima. Kabl od etilen-propilenske gume ima dobru fleksibilnost i otpornost na vremenske uslove, te je pogodan za neke posebne prilike.
3. Proces proizvodnje visokonaponskog kabla
Proizvodnja visokonaponskih kablova je složen i delikatan proces.
Proizvodnja provodnika prvo zahtijeva istezanje, uvijanje i druge procese bakrenih ili aluminijskih sirovina kako bi se osigurala dimenzionalna tačnost i mehanička svojstva provodnika. Tokom procesa uvijanja, niti provodnika moraju biti gusto raspoređene kako bi se poboljšala provodljivost provodnika.
Ekstruzija izolacijskog sloja je jedan od ključnih koraka. Za XLPE izolacijski sloj, XLPE materijal se ekstrudira na visokoj temperaturi i ravnomjerno namotava oko provodnika. Tokom procesa ekstruzije, parametri poput temperature, pritiska i brzine ekstruzije moraju se strogo kontrolisati kako bi se osigurala kvaliteta i ujednačenost debljine izolacijskog sloja.
Zaštitni sloj se obično izrađuje tkanjem metalne žice ili omotavanjem metalnom trakom. Proizvodni procesi unutrašnjeg i vanjskog štita se malo razlikuju, ali oba moraju osigurati integritet zaštitnog sloja i dobru električnu vezu.
Konačno, proizvodnja zaštitnog sloja uključuje polaganje metalnog oklopa i ekstruziju vanjskog plašta. Metalni oklop treba čvrsto prianjati uz kabel, a ekstruzija vanjskog plašta treba osigurati gladak izgled bez nedostataka poput mjehurića i pukotina.
4. Karakteristike performansi visokonaponskih kablova
Što se tiče električnih performansi, visokonaponski kablovi moraju imati visoku izolacijsku otpornost, niske dielektrične gubitke i dobru naponsku otpornost. Visoku izolacijsku otpornost moguće je efikasno spriječiti curenje struje, niske dielektrične gubitke smanjuje gubitak električne energije tokom prenosa, a dobru naponsku otpornost osigurava da kabl može sigurno raditi u okruženju visokog napona.
Što se tiče mehaničkih svojstava, kabel treba imati dovoljnu zateznu čvrstoću, radijus savijanja i otpornost na udarce. Tokom instalacije i rada, kabel može biti izložen istezanju, savijanju i utjecaju vanjskih sila. Ako mehanička svojstva nisu dovoljna, lako je oštetiti kabel.
Termičke performanse su također važan aspekt. Kabl će generirati toplinu tokom rada, posebno pri radu pod velikim opterećenjem. Stoga kabel mora imati dobru otpornost na toplinu i biti u stanju normalno raditi unutar određenog temperaturnog raspona bez problema poput starenja izolacije. XLPE kabel ima relativno dobru otpornost na toplinu i može raditi dugo vremena na višim temperaturama.
5. Ugradnja i održavanje visokonaponskih kablova
Što se tiče instalacije, prvo što treba uraditi jeste isplanirati putanju kako bi se osiguralo da je putanja polaganja kabla razumna i sigurna. Tokom procesa polaganja treba voditi računa da se izbjegne prekomjerno istezanje, savijanje i istiskivanje kabla. Za polaganje kablova na velike udaljenosti, oprema poput kablovskih transportera se obično koristi kao pomoć pri izgradnji.
Proizvodnja kablovskih spojnica je ključna karika u procesu instalacije. Kvalitet spojnice direktno utiče na pouzdanost rada kabla. Prilikom izrade spojnica, kabl treba ogoliti, očistiti, spojiti i izolovati. Svaki korak treba izvesti strogo u skladu sa zahtjevima procesa kako bi se osiguralo da električna i mehanička svojstva spojnice ispunjavaju zahtjeve.
Radovi na održavanju su neophodni za dugoročan i stabilan rad visokonaponskih kablova. Redovnim pregledima se može brzo otkriti da li je oštećen izgled kabla ili omotač. Istovremeno, neka oprema za ispitivanje može se koristiti i za testiranje performansi izolacije i djelimičnog pražnjenja kabla. Ako se pronađu problemi, treba ih na vrijeme popraviti ili zamijeniti.
6. Kvar i detekcija visokonaponskih kablova
Uobičajeni kvarovi visokonaponskih kablova uključuju proboj izolacije, prekid veze provodnika i kvar spoja. Proboj izolacije može biti uzrokovan starenjem izolacije, djelimičnim pražnjenjem ili vanjskim prenaponom. Prekid veze provodnika obično je uzrokovan mehaničkom vanjskom silom ili dugotrajnim preopterećenjem. Kvar spoja može biti uzrokovan lošim procesom proizvodnje spoja ili jakim zagrijavanjem tokom rada.
Da bi se otkrili ovi kvarovi, postoji mnogo metoda detekcije. Detekcija djelimičnog pražnjenja je često korištena metoda. Detekcijom signala generiranog djelimičnim pražnjenjem u kablu, može se utvrditi da li postoje defekti izolacije unutar kabla. Ispitivanje naponske otpornosti može detektovati kapacitet naponske otpornosti kabla i pronaći potencijalne probleme s izolacijom. Pored toga, infracrvena tehnologija termovizijskog snimanja može detektovati raspodjelu temperature na površini kabla, kako bi se utvrdilo da li kabl ima problema poput lokalnog pregrijavanja.
7. Trend primjene i razvoja visokonaponskih kablova u elektroenergetskim sistemima
U elektroenergetskim sistemima, visokonaponski kablovi se široko koriste u transformaciji gradske elektroenergetske mreže, odlaznim vodovima velikih elektrana, podmorskom kablovskom prenosu i drugim oblastima. U gradskim elektroenergetskim mrežama, zbog ograničenog prostora, upotreba podzemnih kablova može uštedjeti prostor i poboljšati ljepotu grada. Odlazni vodovi velikih elektrana zahtijevaju upotrebu visokonaponskih kablova za prenos električne energije do udaljenih trafostanica. Podmorski kablovski prenos može ostvariti prekomorski prenos energije i obezbijediti stabilno napajanje ostrva i obalnih područja.
S kontinuiranim razvojem energetske tehnologije, visokonaponski kablovi također pokazuju neke trendove razvoja. Jedan je istraživanje, razvoj i primjena kablova s višim naponskim nivoima. S porastom potražnje za prijenosom energije na velike udaljenosti, razvoj ultravisokonaponskih kablova će postati fokus. Drugi je inteligencija kablova. Integracijom senzora i druge opreme u kabel, može se postići praćenje radnog stanja kabela u stvarnom vremenu i upozorenje na kvarove, čime se poboljšava pouzdanost rada kabela. Treći je razvoj ekološki prihvatljivih kablova. Kako se povećavaju zahtjevi ljudi za zaštitom okoliša, istraživanje i razvoj materijala za kablove s niskim zagađenjem i koji se mogu reciklirati bit će budući smjer razvoja.
Vrijeme objave: 24. septembar 2024.