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

در سیستم های قدرت مدرن ، کابل های ولتاژ بالا نقش اساسی دارند. از شبکه های برق زیرزمینی در شهرها گرفته تا خطوط انتقال مسافت طولانی در کوه ها و رودخانه ها ، کابل های ولتاژ بالا انتقال کارآمد ، پایدار و ایمن انرژی الکتریکی را تضمین می کنند. در این مقاله به طور عمیق فن آوری های مختلف مربوط به کابل های ولتاژ بالا ، از جمله ساختار ، طبقه بندی ، فرآیند تولید ، ویژگی های عملکرد ، نصب و نگهداری آنها را بررسی می کند.
1. ساختار بادی کابل های ولتاژ بالا

کابل های ولتاژ بالا عمدتاً از هادی ها ، لایه های عایق ، لایه های محافظ و لایه های محافظ تشکیل شده اند.

هادی کانال انتقال برای جریان است و معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می شود. مس دارای هدایت و انعطاف پذیری خوبی است ، در حالی که آلومینیوم از نظر هزینه و وزن نسبتاً کم است. این هادی ها به طور کلی به صورت سیمهای پیچ خورده چند رشته ای برای افزایش انعطاف پذیری هستند.

لایه عایق بخش مهمی از کابل ولتاژ بالا است که در جلوگیری از نشت فعلی و جداسازی هادی از دنیای خارج نقش ایفا می کند. مواد عایق متداول شامل پلی اتیلن متقاطع (XLPE) ، کاغذ روغن و غیره است. XLPE دارای خواص الکتریکی عالی ، مقاومت در برابر گرما و استحکام مکانیکی است و به طور گسترده در کابل های مدرن با ولتاژ بالا استفاده می شود.

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

لایه محافظ به طور عمده از کابل در برابر آسیب توسط عوامل خارجی مانند آسیب مکانیکی ، خوردگی شیمیایی و نفوذ آب محافظت می کند. معمولاً از زره های فلزی و غلاف بیرونی تشکیل شده است. زره های فلزی می توانند استحکام مکانیکی را فراهم کنند و غلاف بیرونی دارای عملکردهای ضد آب و ضد خوردگی است.

2. طبقه بندی کابل های ولتاژ بالا

با توجه به سطح ولتاژ ، کابل های ولتاژ بالا را می توان به کابل های ولتاژ متوسط ​​(به طور کلی 3-35kV) ، کابل های ولتاژ بالا (35-110 کیلو ولت) ، کابل های ولتاژ فوق العاده بالا (110-500 کیلو ولت) و کابل های ولتاژ فوق العاده بالا (بالاتر از 500kV) تقسیم کرد. کابل های سطح ولتاژ مختلف در طراحی ساختاری ، الزامات عایق و غیره متفاوت است.

از منظر مواد عایق ، علاوه بر کابل های XLPE و کابل های کاغذی که در بالا ذکر شد ، کابل های لاستیکی اتیلن-پروپیلن نیز وجود دارد. کابل های کاغذی دارای سابقه طولانی هستند ، اما به دلیل هزینه های بالای نگهداری و دلایل دیگر ، آنها به تدریج توسط کابل های XLPE جایگزین شده اند. کابل لاستیکی اتیلن پروپیلن از انعطاف پذیری و مقاومت در برابر آب و هوا برخوردار است و برای برخی موارد خاص مناسب است.
3. فرآیند تولید کابل ولتاژ بالا

ساخت کابل با ولتاژ بالا یک فرآیند پیچیده و ظریف است.

ساخت هادی ها ابتدا به مواد اولیه مس یا آلومینیوم نیاز دارند تا فرآیندهای کشیده ، پیچ خورده و سایر فرآیندها برای اطمینان از دقت بعدی و خصوصیات مکانیکی هادی اطمینان حاصل کنند. در طی فرآیند پیچش ، رشته های رشته ها باید از نزدیک مرتب شوند تا هدایت هادی را بهبود بخشند.

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

لایه محافظ معمولاً توسط سیم فلزی یا بسته بندی نوار فلزی ساخته می شود. فرآیندهای تولید سپرهای داخلی و بیرونی کمی متفاوت هستند ، اما هر دو باید از یکپارچگی لایه محافظ و اتصال الکتریکی خوب اطمینان حاصل کنند.

سرانجام ، تولید لایه محافظ شامل تخمگذار زره فلزی و اکستروژن غلاف بیرونی است. زره فلزی باید محکم روی کابل قرار بگیرد و اکستروژن غلاف بیرونی باید از ظاهر صاف و بدون نقص مانند حباب و ترک اطمینان حاصل کند.
4. ویژگی های عملکرد کابل های ولتاژ بالا

از نظر عملکرد الکتریکی ، کابلهای با ولتاژ بالا نیاز به مقاومت عایق بالا ، از دست دادن دی الکتریک کم و مقاومت ولتاژ خوب دارند. مقاومت به عایق بالا می تواند به طور موثری از نشت جریان جلوگیری کند ، از بین رفتن دی الکتریک کم ، از بین رفتن انرژی الکتریکی در هنگام انتقال کاهش می یابد و مقاومت ولتاژ خوب باعث می شود که کابل بتواند با خیال راحت در یک محیط ولتاژ بالا کار کند.

از نظر خصوصیات مکانیکی ، کابل باید از استحکام کششی کافی ، شعاع خمش و مقاومت در برابر ضربه برخوردار باشد. در حین نصب و بهره برداری ، کابل ممکن است در معرض کشش ، خمش و تأثیر نیروی خارجی قرار بگیرد. اگر خواص مکانیکی کافی نباشد ، به راحتی می توان آسیب کابل را ایجاد کرد.

عملکرد حرارتی نیز جنبه مهمی است. کابل در حین کار ، به خصوص هنگام کار با بار زیاد ، گرما ایجاد می کند. بنابراین ، کابل نیاز به مقاومت در برابر حرارت خوب دارد و قادر به کار عادی در محدوده دما خاص و بدون مشکل مانند پیری عایق است. کابل XLPE مقاومت نسبتاً خوبی دارد و می تواند برای مدت طولانی در دماهای بالاتر کار کند.
5. نصب و نگهداری کابل های ولتاژ بالا

از نظر نصب ، اولین کاری که باید انجام شود ، برنامه ریزی مسیر برای اطمینان از اینکه مسیر تخمگذار کابل منطقی و ایمن است. در طی فرآیند تخمگذار ، باید مراقب باشید تا از کشش بیش از حد ، خم شدن و اکستروژن کابل جلوگیری شود. برای تخمگذار کابل از راه دور ، از تجهیزات مانند نقاله های کابل معمولاً برای کمک به ساخت و ساز استفاده می شود.

تولید اتصالات کابل یک پیوند کلیدی در فرآیند نصب است. کیفیت مفصل مستقیماً بر قابلیت اطمینان عملکرد کابل تأثیر می گذارد. هنگام ساخت اتصالات ، کابل باید سلب ، تمیز ، متصل و عایق بندی شود. هر مرحله باید مطابق با الزامات فرآیند انجام شود تا اطمینان حاصل شود که خصوصیات الکتریکی و مکانیکی مفصل الزامات را برآورده می کند.

کار تعمیر و نگهداری برای عملکرد پایدار طولانی مدت کابلهای ولتاژ بالا ضروری است. بازرسی های منظم می توانند فوراً تشخیص دهند که آیا ظاهر کابل آسیب دیده است یا غلاف آسیب دیده است. در عین حال ، برخی از تجهیزات آزمایش نیز می توانند برای آزمایش عملکرد عایق و تخلیه جزئی کابل استفاده شوند. در صورت یافتن مشکلات ، آنها باید به موقع تعمیر یا جایگزین شوند.

6. خرابی و تشخیص کابل های ولتاژ بالا

خرابی های رایج کابل های ولتاژ بالا شامل تجزیه عایق ، قطع هادی و نارسایی مشترک است. تجزیه عایق ممکن است در اثر پیری عایق ، تخلیه جزئی یا ولتاژ خارجی ایجاد شود. قطع ارتباط هادی معمولاً در اثر نیروی خارجی مکانیکی یا اضافه بار طولانی مدت ایجاد می شود. خرابی مفصل ممکن است در اثر تولید ضعیف مفصل یا گرمایش شدید در حین کار ایجاد شود.

به منظور تشخیص این گسلها ، روشهای تشخیص بسیاری وجود دارد. تشخیص تخلیه جزئی روشی متداول است. با تشخیص سیگنال ایجاد شده توسط تخلیه جزئی در کابل ، می توان مشخص کرد که آیا نقص عایق در داخل کابل وجود دارد یا خیر. آزمایش ولتاژ مقاومت می تواند ظرفیت ولتاژ مقاومت در برابر کابل را تشخیص داده و مشکلات عایق احتمالی را پیدا کند. علاوه بر این ، فناوری تصویربرداری حرارتی مادون قرمز می تواند توزیع دما را روی سطح کابل تشخیص دهد ، تا دریابید که آیا کابل مشکلاتی مانند گرمای بیش از حد محلی دارد یا خیر.
7. برنامه و روند توسعه کابل های ولتاژ بالا در سیستم های برق

در سیستم های برق ، کابل های با ولتاژ بالا به طور گسترده ای در تحول شبکه برق شهری ، خطوط خروجی نیروگاه های بزرگ ، انتقال کابل زیر دریایی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرند. در شبکه های برق شهری ، به دلیل فضای محدود ، استفاده از کابل های زیرزمینی می تواند فضا را نجات داده و زیبایی های شهر را بهبود بخشد. خطوط خروجی نیروگاه های بزرگ نیاز به استفاده از کابل های ولتاژ بالا برای انتقال برق به پست های دوردست دارد. انتقال کابل زیردریایی می تواند انتقال انرژی متقاطع را تحقق بخشد و منبع تغذیه پایدار جزایر و مناطق ساحلی را فراهم کند.

با توسعه مداوم فناوری قدرت ، کابل های ولتاژ بالا نیز برخی از روندهای توسعه را نشان داده اند. یکی تحقیق و توسعه و کاربرد کابل هایی با سطح ولتاژ بالاتر است. با افزایش تقاضا برای انتقال انرژی از راه دور ، توسعه کابل های ولتاژ فوق العاده بالا به یک تمرکز تبدیل می شود. دوم اطلاعات کابل ها است. با ادغام سنسورها و سایر تجهیزات در کابل ، نظارت بر وضعیت واقعی کابل و هشدار گسل می تواند حاصل شود ، در نتیجه قابلیت اطمینان عملکرد کابل را بهبود می بخشد. سوم توسعه کابل های سازگار با محیط زیست است. با افزایش نیاز افراد برای حمایت از محیط زیست ، تحقیقات و توسعه مواد کابل قابل بازیافت کم ، یک جهت توسعه آینده خواهد بود.