In moderne energiesystemen spelen hoogspanningskabels een cruciale rol. Van ondergrondse elektriciteitsnetten in steden tot langeafstandsleidingen over bergen en rivieren: hoogspanningskabels zorgen voor een efficiënte, stabiele en veilige transmissie van elektrische energie. Dit artikel gaat dieper in op de verschillende technologieën met betrekking tot hoogspanningskabels, inclusief hun structuur, classificatie, productieproces, prestatiekenmerken, installatie en onderhoud.
1. Basisstructuur van hoogspanningskabels
Hoogspanningskabels bestaan hoofdzakelijk uit geleiders, isolatielagen, afschermingslagen en beschermlagen.
De geleider is het transmissiekanaal voor stroom en is meestal gemaakt van koper of aluminium. Koper heeft een goede geleidbaarheid en ductiliteit, terwijl aluminium relatief goedkoop en licht van gewicht is. Deze geleiders hebben meestal de vorm van meeraderige, getwiste draden voor een grotere flexibiliteit.
De isolatielaag is een belangrijk onderdeel van de hoogspanningskabel en speelt een rol bij het voorkomen van lekstroom en het isoleren van de geleider van de buitenwereld. Veelgebruikte isolatiematerialen zijn onder andere vernet polyethyleen (XLPE), oliepapier, enz. XLPE heeft uitstekende elektrische eigenschappen, hittebestendigheid en mechanische sterkte en wordt veel gebruikt in moderne hoogspanningskabels.
De afschermingslaag is verdeeld in een binnen- en buitenafscherming. De binnenafscherming zorgt voor een gelijkmatig elektrisch veld en voorkomt dat lokale ontlading de isolatielaag beschadigt; de buitenafscherming vermindert de interferentie van het externe elektromagnetische veld op de kabel en voorkomt tevens dat de kabel een elektromagnetische impact heeft op de buitenwereld.
De beschermlaag beschermt de kabel voornamelijk tegen schade door externe factoren, zoals mechanische schade, chemische corrosie en binnendringend water. Deze bestaat meestal uit een metalen pantser en een buitenmantel. Het metalen pantser biedt mechanische sterkte en de buitenmantel heeft een waterdichte en corrosiewerende functie.
2. Classificatie van hoogspanningskabels
Afhankelijk van het spanningsniveau kunnen hoogspanningskabels worden onderverdeeld in middenspanningskabels (doorgaans 3-35 kV), hoogspanningskabels (35-110 kV), ultrahoogspanningskabels (110-500 kV) en ultrahoogspanningskabels (boven 500 kV). Kabels met verschillende spanningsniveaus verschillen in structureel ontwerp, isolatie-eisen, enz.
Vanuit isolatieperspectief zijn er naast de bovengenoemde XLPE-kabels en olie-papierkabels ook kabels van ethyleen-propyleenrubber. Olie-papierkabels hebben een lange geschiedenis, maar vanwege de hoge onderhoudskosten en andere redenen zijn ze geleidelijk vervangen door XLPE-kabels. Kabels van ethyleen-propyleenrubber zijn flexibel en weerbestendig en geschikt voor speciale gelegenheden.
3. Productieproces van hoogspanningskabel
De productie van hoogspanningskabels is een complex en delicaat proces.
Voor de productie van geleiders moeten de grondstoffen koper of aluminium eerst worden uitgerekt, getordeerd en andere processen ondergaan om de maatnauwkeurigheid en mechanische eigenschappen van de geleider te garanderen. Tijdens het twijnen moeten de strengen dicht op elkaar worden geplaatst om de geleidbaarheid van de geleider te verbeteren.
Het extruderen van de isolatielaag is een van de belangrijkste stappen. Voor de XLPE-isolatielaag wordt het XLPE-materiaal onder hoge temperatuur geëxtrudeerd en gelijkmatig om de geleider gewikkeld. Tijdens het extruderen moeten parameters zoals temperatuur, druk en extrusiesnelheid strikt worden gecontroleerd om de kwaliteit en dikte-uniformiteit van de isolatielaag te garanderen.
De afschermingslaag wordt meestal gemaakt door middel van het weven van metaaldraad of het wikkelen van metaalband. De productieprocessen van de binnen- en buitenafscherming verschillen enigszins, maar beide moeten de integriteit van de afschermingslaag en een goede elektrische verbinding garanderen.
Tot slot omvat de productie van de beschermlaag het aanbrengen van de metalen bepantsering en het extruderen van de buitenmantel. De metalen bepantsering moet strak om de kabel passen en de extrusie van de buitenmantel moet zorgen voor een glad uiterlijk zonder gebreken zoals blaasjes en scheuren.
4. Prestatiekenmerken van hoogspanningskabels
Wat elektrische prestaties betreft, moeten hoogspanningskabels een hoge isolatieweerstand, een laag diëlektrisch verlies en een goede spanningsweerstand hebben. Een hoge isolatieweerstand voorkomt effectief lekstroom, een laag diëlektrisch verlies vermindert het verlies van elektrische energie tijdens de transmissie en een goede spanningsweerstand zorgt ervoor dat de kabel veilig kan functioneren in een hoogspanningsomgeving.
Wat betreft mechanische eigenschappen moet de kabel voldoende treksterkte, buigradius en slagvastheid hebben. Tijdens de installatie en het gebruik kan de kabel worden blootgesteld aan rek, buiging en externe krachten. Als de mechanische eigenschappen onvoldoende zijn, kan dit gemakkelijk leiden tot kabelschade.
Thermische prestaties zijn ook een belangrijk aspect. De kabel genereert warmte tijdens gebruik, vooral onder hoge belasting. Daarom moet de kabel een goede hittebestendigheid hebben en normaal kunnen functioneren binnen een bepaald temperatuurbereik zonder problemen zoals veroudering van de isolatie. XLPE-kabels hebben een relatief goede hittebestendigheid en kunnen langdurig functioneren bij hogere temperaturen.
5. Installatie en onderhoud van hoogspanningskabels
Wat de installatie betreft, is het eerste wat u moet doen het traject plannen om ervoor te zorgen dat de kabel redelijk en veilig wordt gelegd. Tijdens het leggen moet u ervoor zorgen dat de kabel niet te veel wordt uitgerekt, gebogen of geëxtrudeerd. Voor het leggen van kabels over lange afstanden worden meestal apparatuur zoals kabeltransporteurs gebruikt ter ondersteuning van de constructie.
De productie van kabelverbindingen is een belangrijke schakel in het installatieproces. De kwaliteit van de verbinding is direct van invloed op de bedrijfszekerheid van de kabel. Bij het maken van verbindingen moet de kabel worden gestript, gereinigd, aangesloten en geïsoleerd. Elke stap moet strikt volgens de procesvereisten worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de elektrische en mechanische eigenschappen van de verbinding aan de eisen voldoen.
Onderhoud is essentieel voor de stabiele werking van hoogspanningskabels op lange termijn. Regelmatige inspecties kunnen snel aantonen of de kabel uiterlijk of de mantel beschadigd is. Daarnaast kan testapparatuur worden gebruikt om de isolatieprestaties en de gedeeltelijke ontlading van de kabel te testen. Indien er problemen worden geconstateerd, moeten deze tijdig worden gerepareerd of vervangen.
6. Storing en detectie van hoogspanningskabels
Veelvoorkomende storingen in hoogspanningskabels zijn onder meer isolatiebreuk, losraken van geleiders en het falen van verbindingen. Isolatiebreuk kan worden veroorzaakt door veroudering van de isolatie, gedeeltelijke ontlading of externe overspanning. Losraken van geleiders wordt meestal veroorzaakt door mechanische krachten van buitenaf of langdurige overbelasting. Verbindingsbreuk kan worden veroorzaakt door een slecht productieproces of extreme verhitting tijdens bedrijf.
Om deze fouten op te sporen, zijn er vele detectiemethoden. Deelontladingsdetectie is een veelgebruikte methode. Door het signaal te detecteren dat door deelontlading in de kabel wordt gegenereerd, kan worden vastgesteld of er isolatiedefecten in de kabel zitten. De spanningstest kan de spanningscapaciteit van de kabel bepalen en mogelijke isolatieproblemen opsporen. Daarnaast kan infrarood-thermische beeldvorming de temperatuurverdeling op het kabeloppervlak detecteren om te bepalen of de kabel problemen heeft, zoals lokale oververhitting.
7. Toepassing en ontwikkelingstrend van hoogspanningskabels in energiesystemen
In elektriciteitsnetwerken worden hoogspanningskabels veel gebruikt voor de transformatie van stedelijk elektriciteitsnet, de uitgaande leidingen van grote elektriciteitscentrales, onderzeese kabeltransmissie en andere toepassingen. In stedelijke elektriciteitsnetten kan het gebruik van ondergrondse kabels, vanwege de beperkte ruimte, ruimte besparen en de schoonheid van de stad verbeteren. De uitgaande leidingen van grote elektriciteitscentrales vereisen het gebruik van hoogspanningskabels om elektriciteit naar afgelegen onderstations te transporteren. Onderzeese kabeltransmissie kan elektriciteit over zee transporteren en een stabiele stroomvoorziening bieden voor eilanden en kustgebieden.
Met de voortdurende ontwikkeling van de energietechnologie hebben ook hoogspanningskabels een aantal ontwikkelingstrends laten zien. Eén daarvan is het onderzoek, de ontwikkeling en de toepassing van kabels met hogere spanningsniveaus. Met de toenemende vraag naar elektriciteitstransport over lange afstanden zal de ontwikkeling van ultrahoogspanningskabels een focus worden. Ten tweede is er de intelligentie van kabels. Door sensoren en andere apparatuur in de kabel te integreren, kan realtime monitoring van de bedrijfsstatus van de kabel en storingswaarschuwing worden bereikt, waardoor de bedrijfszekerheid van de kabel wordt verbeterd. Ten derde is er de ontwikkeling van milieuvriendelijke kabels. Naarmate de eisen van mensen aan milieubescherming toenemen, zal het onderzoek naar en de ontwikkeling van milieuvriendelijke, recyclebare kabelmaterialen een toekomstige ontwikkelingsrichting zijn.
Plaatsingstijd: 24-09-2024