Šiuolaikinėse elektros energijos sistemose aukštos įtampos kabeliai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį. Nuo požeminių elektros tinklų miestuose iki tolimųjų perdavimo linijų per kalnus ir upes, aukštos įtampos kabeliai užtikrina efektyvų, stabilų ir saugų elektros energijos perdavimą. Šiame straipsnyje bus išsamiai išnagrinėtos įvairios su aukštos įtampos kabeliais susijusios technologijos, įskaitant jų struktūrą, klasifikaciją, gamybos procesą, eksploatacines charakteristikas, montavimą ir priežiūrą.
1. Aukštos įtampos kabelių pagrindinė struktūra
Aukštos įtampos kabeliai daugiausia sudaryti iš laidininkų, izoliacijos sluoksnių, ekranavimo sluoksnių ir apsauginių sluoksnių.
Laidininkas yra srovės perdavimo kanalas ir paprastai yra pagamintas iš vario arba aliuminio. Varis pasižymi geru laidumu ir plastiškumu, o aliuminis yra santykinai pigus ir lengvas. Šie laidininkai paprastai būna daugiagyslių susuktų laidų pavidalo, kad padidėtų lankstumas.
Izoliacijos sluoksnis yra pagrindinė aukštos įtampos kabelio dalis, atliekanti vaidmenį užkertant kelią srovės nuotėkiui ir izoliuojant laidininką nuo išorinio pasaulio. Įprastos izoliacinės medžiagos yra susiūtas polietilenas (XLPE), aliejinis popierius ir kt. XLPE pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis, atsparumu karščiui ir mechaniniam stiprumui, todėl yra plačiai naudojamas šiuolaikiniuose aukštos įtampos kabeliuose.
Ekranuojantis sluoksnis yra padalintas į vidinį ir išorinį. Vidinis ekranas naudojamas elektriniam laukui suvienodinti ir apsaugoti izoliacijos sluoksnį nuo vietinių išlydžių; išorinis ekranas gali sumažinti išorinio elektromagnetinio lauko trukdžius kabeliui ir neleisti kabeliui daryti elektromagnetinio poveikio išoriniam pasauliui.
Apsauginis sluoksnis daugiausia apsaugo kabelį nuo pažeidimų, kuriuos sukelia išoriniai veiksniai, tokie kaip mechaniniai pažeidimai, cheminė korozija ir vandens prasiskverbimas. Paprastai jį sudaro metalinis šarvas ir išorinis apvalkalas. Metalinis šarvas gali suteikti mechaninį stiprumą, o išorinis apvalkalas atlieka vandeniui ir korozijai atsparias funkcijas.
2. Aukštos įtampos kabelių klasifikacija
Pagal įtampos lygį aukštos įtampos kabeliai gali būti skirstomi į vidutinės įtampos kabelius (paprastai 3–35 kV), aukštos įtampos kabelius (35–110 kV), itin aukštos įtampos kabelius (110–500 kV) ir itin aukštos įtampos kabelius (virš 500 kV). Skirtingų įtampos lygių kabeliai skiriasi konstrukcine konstrukcija, izoliacijos reikalavimais ir kt.
Kalbant apie izoliacines medžiagas, be jau minėtų XLPE ir alyvos-popieriaus kabelių, taip pat yra etileno-propileno gumos kabeliai. Alyvos-popieriaus kabeliai turi ilgą istoriją, tačiau dėl didelių priežiūros išlaidų ir kitų priežasčių juos palaipsniui pakeitė XLPE kabeliai. Etileno-propileno gumos kabelis yra lankstus ir atsparus oro sąlygoms, todėl tinka kai kurioms ypatingoms progoms.
3. Aukštos įtampos kabelio gamybos procesas
Aukštos įtampos kabelių gamyba yra sudėtingas ir kruopštus procesas.
Laidininkų gamybai pirmiausia reikia ištempti, susukti ir atlikti kitus procesus, kad būtų užtikrintas laidininko matmenų tikslumas ir mechaninės savybės, naudojant vario arba aliuminio žaliavas. Sukimo proceso metu gijų pluoštai turi būti glaudžiai išdėstyti, kad būtų pagerintas laidininko laidumas.
Izoliacijos sluoksnio ekstruzija yra vienas iš pagrindinių etapų. XLPE izoliacijos sluoksniui XLPE medžiaga ekstruduojama aukštoje temperatūroje ir tolygiai apvyniojama ant laidininko. Ekstruzijos proceso metu turi būti griežtai kontroliuojami tokie parametrai kaip temperatūra, slėgis ir ekstruzijos greitis, siekiant užtikrinti izoliacijos sluoksnio kokybę ir storio vienodumą.
Ekranuojantis sluoksnis paprastai gaminamas metaline viela arba metaline juosta. Vidinio ir išorinio ekranų gamybos procesai šiek tiek skiriasi, tačiau abu turi užtikrinti ekranuojančio sluoksnio vientisumą ir gerą elektros jungtį.
Galiausiai, apsauginio sluoksnio gamyba apima metalinio šarvo klojimą ir išorinio apvalkalo išspaudimą. Metalinis šarvas turi tvirtai priglusti prie kabelio, o išorinio apvalkalo išspaudimas turi užtikrinti lygią išvaizdą be defektų, tokių kaip burbuliukai ir įtrūkimai.
4. Aukštos įtampos kabelių eksploatacinės charakteristikos
Kalbant apie elektrines charakteristikas, aukštos įtampos kabeliai turi pasižymėti didele izoliacijos varža, mažais dielektriniais nuostoliais ir gera įtampos varža. Didelė izoliacijos varža gali veiksmingai užkirsti kelią srovės nuotėkiui, maži dielektriniai nuostoliai sumažina elektros energijos nuostolius perdavimo metu, o gera įtampos varža užtikrina, kad kabelis galėtų saugiai veikti aukštos įtampos aplinkoje.
Kalbant apie mechanines savybes, kabelis turi turėti pakankamą tempiamąjį stiprumą, lenkimo spindulį ir atsparumą smūgiams. Montavimo ir eksploatavimo metu kabelis gali būti tempiamas, lenkiamas ir veikiamas išorinių jėgų. Jei mechaninės savybės yra nepakankamos, kabelį lengva pažeisti.
Šiluminės savybės taip pat yra svarbus aspektas. Kabelis eksploatacijos metu generuos šilumą, ypač esant didelei apkrovai. Todėl kabelis turi būti atsparus karščiui ir normaliai veikti tam tikrame temperatūros diapazone be problemų, tokių kaip izoliacijos senėjimas. XLPE kabelis yra gana atsparus karščiui ir gali ilgą laiką veikti aukštesnėje temperatūroje.
5. Aukštos įtampos kabelių įrengimas ir priežiūra
Kalbant apie montavimą, pirmiausia reikia suplanuoti kelią, kad kabelio tiesimo kelias būtų pagrįstas ir saugus. Klojant reikia stengtis išvengti per didelio kabelio tempimo, lenkimo ir išstūmimo. Didelio nuotolio kabelių tiesimui paprastai naudojama įranga, pavyzdžiui, kabelių konvejeriai.
Kabelių jungčių gamyba yra pagrindinė montavimo proceso grandis. Jungties kokybė tiesiogiai veikia kabelio veikimo patikimumą. Gaminant jungtis, kabelį reikia nuimti nuo izoliacijos, išvalyti, prijungti ir izoliuoti. Kiekvienas žingsnis turi būti atliekamas griežtai laikantis proceso reikalavimų, siekiant užtikrinti, kad jungties elektrinės ir mechaninės savybės atitiktų reikalavimus.
Aukštos įtampos kabelių ilgalaikiam stabiliam veikimui būtini priežiūros darbai. Reguliarūs patikrinimai gali greitai nustatyti, ar pažeista kabelio išvaizda, ar apvalkalas. Tuo pačiu metu kai kuri bandymo įranga taip pat gali būti naudojama kabelio izoliacijos savybėms ir daliniam iškrovimui patikrinti. Jei randama problemų, jas reikia laiku sutaisyti arba pakeisti.
6. Aukštos įtampos kabelių gedimai ir aptikimas
Dažniausi aukštos įtampos kabelių gedimai yra izoliacijos nutrūkimas, laidininko atjungimas ir jungties pažeidimas. Izoliacijos pažeidimą gali sukelti izoliacijos senėjimas, dalinis iškrovimas arba išorinė viršįtampis. Laidininko atjungimą dažniausiai sukelia mechaninė išorinė jėga arba ilgalaikė perkrova. Jungties gedimą gali sukelti prastas jungties gamybos procesas arba didelis įkaitimas eksploatacijos metu.
Šiems gedimams aptikti yra daug aptikimo metodų. Dažniausiai naudojamas metodas yra dalinio išlydžio aptikimas. Aptikus dalinio išlydžio kabelyje generuojamą signalą, galima nustatyti, ar kabelio viduje yra izoliacijos defektų. Atsparios įtampos bandymas gali nustatyti kabelio atsparumo įtampą ir rasti galimas izoliacijos problemas. Be to, infraraudonųjų spindulių terminio vaizdo technologija gali aptikti temperatūros pasiskirstymą kabelio paviršiuje, kad būtų galima išsiaiškinti, ar kabelis neturi problemų, tokių kaip vietinis perkaitimas.
7. Aukštos įtampos kabelių pritaikymas ir plėtros tendencijos elektros energijos sistemose
Elektros energijos sistemose aukštos įtampos kabeliai plačiai naudojami miestų elektros tinklų transformavimui, didelių elektrinių išeinančioms linijoms, povandeninių kabelių perdavimui ir kitose srityse. Miesto elektros tinkluose dėl ribotos erdvės požeminių kabelių naudojimas gali sutaupyti vietos ir pagerinti miesto vaizdą. Didelių elektrinių išeinančioms linijoms reikia naudoti aukštos įtampos kabelius, kad būtų galima perduoti elektros energiją į tolimas pastotes. Povandeninių kabelių perdavimas gali užtikrinti elektros energijos perdavimą tarp jūros ir stabilų elektros energijos tiekimą saloms ir pakrančių zonoms.
Nuolat tobulėjant energetikos technologijoms, aukštos įtampos kabeliai taip pat parodė tam tikras vystymosi tendencijas. Viena iš jų – aukštesnės įtampos kabelių tyrimai, plėtra ir taikymas. Didėjant tolimojo nuotolio elektros energijos perdavimo paklausai, dėmesio centre atsiras itin aukštos įtampos kabelių kūrimas. Antra – kabelių išmanumas. Integruojant jutiklius ir kitą įrangą į kabelį, galima realiuoju laiku stebėti kabelio veikimo būseną ir įspėti apie gedimus, taip pagerinant kabelio veikimo patikimumą. Trečia – aplinkai nekenksmingų kabelių kūrimas. Didėjant žmonių aplinkos apsaugos reikalavimams, mažai taršių, perdirbamų kabelių medžiagų tyrimai ir plėtra bus būsima plėtros kryptis.
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 24 d.