In moderne energiesystemen spelen hoogspanningskabels een cruciale rol. Van ondergrondse elektriciteitsnetwerken in steden tot transmissielijnen over lange afstanden over bergen en rivieren: hoogspanningskabels zorgen voor een efficiënte, stabiele en veilige transmissie van elektrische energie. In dit artikel worden de verschillende technologieën met betrekking tot hoogspanningskabels diepgaand onderzocht, 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 over het algemeen de vorm van meerstrengige, getwiste draden om de flexibiliteit te vergroten.
De isolatielaag is een belangrijk onderdeel van de hoogspanningskabel en speelt een rol bij het voorkomen van stroomlekken en het isoleren van de geleider van de buitenwereld. Veel voorkomende isolatiematerialen zijn onder meer verknoopt 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 binnenafscherming en buitenafscherming. Het binnenscherm wordt gebruikt om het elektrische veld uniform te maken en te voorkomen dat lokale ontlading de isolatielaag beschadigt; de buitenste afscherming kan de interferentie van het externe elektromagnetische veld op de kabel verminderen en ook voorkomen dat de kabel een elektromagnetische impact op de buitenwereld heeft.
De beschermlaag beschermt de kabel voornamelijk tegen schade door externe factoren zoals mechanische schade, chemische corrosie en binnendringen van water. Het bestaat meestal uit een metalen pantser en een buitenmantel. Het metalen pantser kan mechanische sterkte bieden en de buitenmantel heeft waterdichte en corrosiewerende functies.
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 (110-500 kV). -spanningskabels (boven 500 kV). Kabels met verschillende spanningsniveaus verschillen qua constructief ontwerp, isolatievereisten, enz.
Vanuit het perspectief van isolatiematerialen zijn er naast de hierboven genoemde XLPE-kabels en olie-papierkabels ook ethyleen-propyleen-rubberkabels. Oliepapierkabels hebben een lange geschiedenis, maar vanwege hun hoge onderhoudskosten en andere redenen zijn ze geleidelijk vervangen door XLPE-kabels. Ethyleenpropyleenrubberkabel heeft een goede flexibiliteit en weerbestendigheid en is geschikt voor speciale gelegenheden.
3. Productieproces van hoogspanningskabel
De productie van hoogspanningskabels is een complex en delicaat proces.
De productie van geleiders vereist eerst dat de koper- of aluminiumgrondstoffen worden uitgerekt, gedraaid en andere processen om de maatnauwkeurigheid en mechanische eigenschappen van de geleider te garanderen. Tijdens het twijnproces moeten de strengen van de strengen dicht bij 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 bij hoge temperatuur geëxtrudeerd en gelijkmatig om de geleider gewikkeld. Tijdens het extrusieproces 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 het weven van metaaldraad of het wikkelen van metaaltape. De productieprocessen van de binnen- en buitenschermen zijn enigszins verschillend, maar beide moeten de integriteit van de afschermingslaag en een goede elektrische verbinding garanderen.
Ten slotte omvat de productie van de beschermlaag het leggen van het metalen pantser en het extruderen van de buitenmantel. Het metalen pantser moet strak op de kabel passen en de extrusie van de buitenmantel moet zorgen voor een glad uiterlijk zonder defecten zoals luchtbellen en scheuren.
4. Prestatiekenmerken van hoogspanningskabels
Wat de elektrische prestaties betreft, moeten hoogspanningskabels een hoge isolatieweerstand, een laag diëlektrisch verlies en een goede spanningsweerstand hebben. Een hoge isolatieweerstand kan stroomlekkage effectief voorkomen, een laag diëlektrisch verlies vermindert het verlies van elektrische energie tijdens de transmissie en een goede spanningsweerstand zorgt ervoor dat de kabel veilig kan werken in een hoogspanningsomgeving.
Qua mechanische eigenschappen dient de kabel voldoende treksterkte, buigradius en slagvastheid te hebben. Tijdens installatie en gebruik kan de kabel worden blootgesteld aan uitrekking, buiging en externe krachten. Als de mechanische eigenschappen onvoldoende zijn, is het gemakkelijk om kabelschade te veroorzaken.
Thermische prestaties zijn ook een belangrijk aspect. De kabel zal tijdens bedrijf warmte genereren, vooral wanneer deze onder hoge belasting draait. Daarom moet de kabel een goede hittebestendigheid hebben en binnen een bepaald temperatuurbereik normaal kunnen werken zonder problemen zoals veroudering van de isolatie. XLPE-kabel heeft een relatief goede hittebestendigheid en kan lang werken bij hogere temperaturen.
5. Installatie en onderhoud van hoogspanningskabels
Wat de installatie betreft, is het eerste wat u moet doen het plannen van het pad om ervoor te zorgen dat het kabellegpad redelijk en veilig is. Tijdens het legproces moet erop worden gelet dat de kabel niet overmatig wordt uitgerekt, gebogen en geëxtrudeerd. Voor het leggen van kabels over lange afstanden wordt meestal apparatuur zoals kabeltransporteurs gebruikt om de constructie te vergemakkelijken.
De productie van kabelmoffen is een belangrijke schakel in het installatieproces. De kwaliteit van de verbinding heeft rechtstreeks 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 vereisten voldoen.
Onderhoudswerkzaamheden zijn essentieel voor een langdurig stabiele werking van hoogspanningskabels. Regelmatige inspecties kunnen snel vaststellen of het uiterlijk van de kabel beschadigd is of dat de mantel beschadigd is. Tegelijkertijd kan bepaalde testapparatuur ook worden gebruikt om de isolatieprestaties en gedeeltelijke ontlading van de kabel te testen. Als er problemen worden aangetroffen, moeten deze tijdig worden gerepareerd of vervangen.
6. Storing en detectie van hoogspanningskabels
Veel voorkomende storingen bij hoogspanningskabels zijn onder meer het kapotgaan van de isolatie, het loskomen van de geleider en het falen van verbindingen. Isolatiebreuk kan worden veroorzaakt door veroudering van de isolatie, gedeeltelijke ontlading of externe overspanning. Het loskoppelen van de geleider wordt meestal veroorzaakt door mechanische externe krachten of langdurige overbelasting. Gewrichtsfalen kan worden veroorzaakt door een slecht productieproces van de verbinding of ernstige verhitting tijdens het gebruik.
Om deze fouten te detecteren, zijn er veel detectiemethoden. Deelontladingsdetectie is een veelgebruikte methode. Door het signaal te detecteren dat wordt gegenereerd door gedeeltelijke ontlading in de kabel, kan worden vastgesteld of er isolatiefouten in de kabel aanwezig zijn. De weerstandsspanningstest kan de weerstandsspanningscapaciteit van de kabel detecteren en potentiële isolatieproblemen opsporen. Bovendien kan infrarood-warmtebeeldtechnologie de temperatuurverdeling op het oppervlak van de kabel detecteren, om erachter te komen of de kabel problemen heeft zoals lokale oververhitting.
7. Toepassing en ontwikkelingstrend van hoogspanningskabels in energiesystemen
In energiesystemen worden hoogspanningskabels veel gebruikt bij de transformatie van stedelijke elektriciteitsnetwerken, uitgaande lijnen van grote elektriciteitscentrales, onderzeese kabeltransmissie en andere velden. In stedelijke elektriciteitsnetten kan het gebruik van ondergrondse kabels, vanwege de beperkte ruimte, ruimte besparen en de schoonheid van de stad verbeteren. Voor de uitgaande lijnen van grote elektriciteitscentrales zijn hoogspanningskabels nodig om elektriciteit naar afgelegen onderstations te transporteren. Onderzeese kabeltransmissie kan stroomtransmissie over de zee realiseren en een stabiele stroomvoorziening voor eilanden en kustgebieden bieden.
Met de voortdurende ontwikkeling van energietechnologie hebben hoogspanningskabels ook enkele ontwikkelingstrends laten zien. Eén daarvan is het onderzoek, de ontwikkeling en toepassing van kabels met hogere spanningsniveaus. Met de toenemende vraag naar energietransmissie over lange afstanden zal de ontwikkeling van ultrahoogspanningskabels een aandachtspunt worden. De tweede is de intelligentie van kabels. Door sensoren en andere apparatuur in de kabel te integreren, kan realtime monitoring van de bedrijfsstatus van de kabel en foutwaarschuwingen worden bereikt, waardoor de bedrijfsbetrouwbaarheid van de kabel wordt verbeterd. De derde is de ontwikkeling van milieuvriendelijke kabels. Naarmate de eisen van mensen aan milieubescherming toenemen, zal het onderzoek en de ontwikkeling van weinig vervuilende, recyclebare kabelmaterialen een toekomstige ontwikkelingsrichting zijn.
Posttijd: 24 september 2024