ارسال نور در طول هزاران مایل - کشف رمز و راز و نوآوری کابل های ولتاژ بالا

در سیستم های قدرت مدرن، کابل های فشار قوی نقش حیاتی ایفا می کنند. از شبکه های برق زیرزمینی در شهرها گرفته تا خطوط انتقال مسافت طولانی در سراسر کوه ها و رودخانه ها، کابل های ولتاژ بالا انتقال کارآمد، پایدار و ایمن انرژی الکتریکی را تضمین می کنند. این مقاله به بررسی عمیق فناوری‌های مختلف مرتبط با کابل‌های فشار قوی، از جمله ساختار، طبقه‌بندی، فرآیند ساخت، ویژگی‌های عملکرد، نصب و نگهداری آن‌ها می‌پردازد.
1.ساختار اساسی کابل های فشار قوی

کابل های فشار قوی عمدتا از هادی ها، لایه های عایق، لایه های محافظ و لایه های محافظ تشکیل شده اند.

هادی کانال انتقال جریان است و معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می شود. مس رسانایی و شکل پذیری خوبی دارد، در حالی که آلومینیوم از نظر هزینه نسبتا کم و وزن سبک است. این هادی ها عموماً به شکل سیم های پیچ خورده چند رشته ای برای افزایش انعطاف پذیری هستند.

لایه عایق بخش کلیدی کابل فشار قوی است که در جلوگیری از نشت جریان و جداسازی هادی از دنیای خارج نقش دارد. مواد عایق متداول عبارتند از پلی اتیلن متقاطع (XLPE)، کاغذ روغنی، و غیره.

لایه محافظ به محافظ داخلی و محافظ بیرونی تقسیم می شود. سپر داخلی برای یکنواخت کردن میدان الکتریکی و جلوگیری از تخلیه موضعی از آسیب رساندن به لایه عایق استفاده می شود. سپر بیرونی می تواند تداخل میدان الکترومغناطیسی خارجی روی کابل را کاهش دهد و همچنین از تاثیر الکترومغناطیسی کابل بر دنیای خارج جلوگیری کند.

لایه محافظ عمدتا کابل را در برابر آسیب عوامل خارجی مانند آسیب مکانیکی، خوردگی شیمیایی و نفوذ آب محافظت می کند. معمولاً از زره فلزی و غلاف بیرونی تشکیل شده است. زره فلزی می تواند استحکام مکانیکی را فراهم کند و غلاف بیرونی عملکردهای ضد آب و ضد خوردگی دارد.

2. طبقه بندی کابل های فشار قوی

با توجه به سطح ولتاژ، کابل های فشار قوی را می توان به کابل های فشار متوسط ​​(به طور کلی 3-35 کیلو ولت)، کابل های ولتاژ بالا (35-110 کیلو ولت)، کابل های فشار قوی (110-500 کیلوولت) و کابل های فوق العاده بالا تقسیم کرد. کابل های ولتاژ (بالاتر از 500 کیلو ولت). کابل های سطوح مختلف ولتاژ از نظر طراحی ساختاری، نیازهای عایق و غیره متفاوت هستند.

از منظر مواد عایق، علاوه بر کابل های XLPE و کابل های کاغذ روغنی که در بالا ذکر شد، کابل های لاستیکی اتیلن- پروپیلن نیز وجود دارد. کابل های کاغذ روغنی سابقه ای طولانی دارند، اما به دلیل هزینه های بالای نگهداری و دلایل دیگر، به تدریج جایگزین کابل های XLPE شده اند. کابل لاستیکی اتیلن پروپیلن انعطاف پذیری و مقاومت خوبی در برابر آب و هوا دارد و برای برخی مواقع خاص مناسب است.
3. فرآیند تولید کابل فشار قوی

ساخت کابل فشار قوی یک فرآیند پیچیده و ظریف است.

ساخت رساناها ابتدا مستلزم کشش، پیچش و سایر فرآیندهای مواد خام مس یا آلومینیوم است تا از دقت ابعادی و خواص مکانیکی هادی اطمینان حاصل شود. در طول فرآیند پیچش، رشته‌های رشته‌ها باید از نزدیک مرتب شوند تا رسانایی هادی بهبود یابد.

اکستروژن لایه عایق یکی از مراحل کلیدی است. برای لایه عایق XLPE، ماده XLPE در دمای بالا اکسترود می شود و به طور یکنواخت روی هادی پیچیده می شود. در طول فرآیند اکستروژن، پارامترهایی مانند دما، فشار و سرعت اکستروژن باید به شدت کنترل شوند تا از یکنواختی کیفیت و ضخامت لایه عایق اطمینان حاصل شود.

لایه محافظ معمولاً با بافندگی سیم فلزی یا بسته بندی نوار فلزی ساخته می شود. فرآیندهای ساخت سپرهای داخلی و خارجی کمی متفاوت است، اما هر دو باید از یکپارچگی لایه محافظ و اتصال الکتریکی خوب اطمینان حاصل کنند.

در نهایت، تولید لایه محافظ شامل قرار دادن زره فلزی و اکستروژن غلاف بیرونی است. زره فلزی باید محکم روی کابل قرار گیرد و اکستروژن غلاف بیرونی باید ظاهر صاف و بدون نقصی مانند حباب و ترک را تضمین کند.
4. ویژگی های عملکرد کابل های فشار قوی

از نظر عملکرد الکتریکی، کابل های ولتاژ بالا باید دارای مقاومت عایق بالا، تلفات دی الکتریک کم و مقاومت ولتاژ خوب باشند. مقاومت عایق بالا می تواند به طور موثری از نشت جریان جلوگیری کند، تلفات دی الکتریک کم باعث کاهش اتلاف انرژی الکتریکی در حین انتقال می شود و مقاومت ولتاژ خوب تضمین می کند که کابل می تواند به طور ایمن در یک محیط با ولتاژ بالا کار کند.

از نظر خواص مکانیکی، کابل باید دارای استحکام کششی، شعاع خمشی و مقاومت در برابر ضربه کافی باشد. در طول نصب و بهره برداری، کابل ممکن است در معرض کشش، خم شدن و ضربه نیروی خارجی قرار گیرد. اگر خواص مکانیکی ناکافی باشد، به راحتی می توان به کابل آسیب وارد کرد.

عملکرد حرارتی نیز یک جنبه مهم است. کابل در حین کار تولید گرما می کند، به خصوص زمانی که تحت بار زیاد کار می کند. بنابراین، کابل باید مقاومت حرارتی خوبی داشته باشد و بتواند به طور معمول در یک محدوده دمایی خاص بدون مشکلاتی مانند پیری عایق کار کند. کابل XLPE مقاومت نسبتاً خوبی در برابر حرارت دارد و می تواند برای مدت طولانی در دماهای بالاتر کار کند.
5. نصب و نگهداری کابل های فشار قوی

از نظر نصب، اولین کاری که باید انجام دهید این است که مسیر را برای اطمینان از معقول و ایمن بودن مسیر کابل کشی برنامه ریزی کنید. در طول فرآیند تخمگذار، باید مراقب بود که از کشش، خم شدن و اکستروژن بیش از حد کابل جلوگیری شود. برای کابل کشی در مسافت های طولانی، معمولاً از تجهیزاتی مانند نوار نقاله کابل برای کمک به ساخت استفاده می شود.

تولید اتصالات کابل یک حلقه کلیدی در فرآیند نصب است. کیفیت اتصال مستقیماً بر قابلیت اطمینان عملکرد کابل تأثیر می گذارد. هنگام ایجاد اتصالات، کابل باید جدا شود، تمیز شود، وصل و عایق شود. هر مرحله باید دقیقاً مطابق با الزامات فرآیند انجام شود تا اطمینان حاصل شود که خواص الکتریکی و مکانیکی اتصال مطابق با الزامات است.

کار تعمیر و نگهداری برای عملکرد پایدار طولانی مدت کابل های ولتاژ بالا ضروری است. بازرسی های منظم می تواند به سرعت تشخیص دهد که آیا ظاهر کابل آسیب دیده است یا غلاف آسیب دیده است. در عین حال، می توان از برخی تجهیزات تست نیز برای آزمایش عملکرد عایق و تخلیه جزئی کابل استفاده کرد. در صورت مشاهده مشکل، باید به موقع تعمیر یا تعویض شوند.

6. خرابی و تشخیص کابل های فشار قوی

خرابی های رایج کابل های فشار قوی شامل خرابی عایق، قطع اتصال هادی و خرابی اتصال است. خرابی عایق ممکن است در اثر پیری عایق، تخلیه جزئی یا اضافه ولتاژ خارجی ایجاد شود. قطع اتصال هادی معمولاً در اثر نیروی خارجی مکانیکی یا اضافه بار طولانی مدت ایجاد می شود. خرابی مفصل ممکن است به دلیل فرآیند تولید ضعیف مفصل یا گرم شدن شدید در حین کار ایجاد شود.

به منظور شناسایی این عیوب، روش های تشخیص بسیاری وجود دارد. تشخیص تخلیه جزئی یک روش متداول است. با تشخیص سیگنال تولید شده توسط تخلیه جزئی در کابل، می توان تشخیص داد که آیا عیوب عایق داخل کابل وجود دارد یا خیر. تست ولتاژ مقاومت می تواند ظرفیت ولتاژ مقاومت کابل را تشخیص دهد و مشکلات بالقوه عایق را پیدا کند. علاوه بر این، فناوری تصویربرداری حرارتی مادون قرمز می تواند توزیع دما را بر روی سطح کابل تشخیص دهد، تا بفهمد کابل دارای مشکلاتی مانند گرمای بیش از حد موضعی است یا خیر.
7. کاربرد و روند توسعه کابل های فشار قوی در سیستم های قدرت

در سیستم های قدرت، کابل های ولتاژ بالا به طور گسترده ای در تبدیل شبکه برق شهری، خطوط خروجی نیروگاه های بزرگ، انتقال کابل زیردریایی و سایر زمینه ها استفاده می شود. در شبکه های برق شهری به دلیل محدودیت فضا، استفاده از کابل های زیرزمینی می تواند باعث صرفه جویی در فضا و بهبود زیبایی شهر شود. خطوط خروجی نیروگاه های بزرگ نیازمند استفاده از کابل های فشار قوی برای انتقال برق به پست های دوردست است. انتقال کابل زیردریایی می تواند انتقال برق از طریق دریا را محقق کند و منبع تغذیه پایدار را برای جزایر و مناطق ساحلی فراهم کند.

با توسعه مداوم فناوری برق، کابل های ولتاژ بالا نیز روندهای توسعه ای را نشان داده اند. یکی تحقیق و توسعه و استفاده از کابل هایی با سطوح ولتاژ بالاتر است. با افزایش تقاضا برای انتقال برق از راه دور، توسعه کابل‌های ولتاژ فوق‌العاده مورد توجه قرار خواهد گرفت. مورد دوم هوشمندی کابل ها است. با ادغام سنسورها و سایر تجهیزات در کابل، می توان به نظارت در زمان واقعی وضعیت عملکرد کابل و هشدار خطا دست یافت و در نتیجه قابلیت اطمینان عملکرد کابل را بهبود بخشید. سومین مورد توسعه کابل های سازگار با محیط زیست است. با افزایش نیازهای مردم برای حفاظت از محیط زیست، تحقیق و توسعه مواد کابلی با آلودگی کم و قابل بازیافت مسیر توسعه آینده خواهد بود.