שליחת אור לאורך אלפי מיילים-בחינת התעלומה והחדשנות של כבלים מתח גבוה

במערכות כוח מודרניות, כבלים במתח גבוה ממלאים תפקיד חיוני. מרשתות כוח תת-קרקעיות בערים ועד קווי הילוכים למרחקים ארוכים על הרים ונהרות, כבלים מתח גבוה מבטיחים העברה יעילה, יציבה ובטוחה של אנרגיה חשמלית. מאמר זה יבדוק לעומק את הטכנולוגיות השונות הקשורות לכבלים במתח גבוה, כולל מבנה, סיווג, תהליך הייצור, מאפייני הביצועים, ההתקנה והתחזוקה שלהם.
1. מבנה בסיסי של כבלי מתח גבוה

כבלי מתח גבוה מורכבים בעיקר ממוליכים, שכבות בידוד, שכבות מיגון ושכבות מגן.

המוליך הוא ערוץ השידור לזרם והוא עשוי בדרך כלל נחושת או אלומיניום. לנחושת מוליכות טובה ומשיכות, ואילו האלומיניום נמוך יחסית בעלות ובאור במשקל. מוליכים אלה הם בדרך כלל בצורה של חוטים מעוותים רב-גדילים כדי להגביר את הגמישות.

שכבת הבידוד היא חלק מרכזי בכבל המתח הגבוה, הממלא תפקיד במניעת דליפה נוכחית ובבידוד המוליך מהעולם החיצון. חומרי בידוד נפוצים כוללים פוליאתילן צולב (XLPE), נייר שמן וכו '. XLPE יש תכונות חשמליות מצוינות, עמידות בחום וכוח מכני, והיא נמצאת בשימוש נרחב בכבלים מודרניים במתח גבוה.

שכבת המגן מחולקת למגן פנימי ומגנה חיצונית. המגן הפנימי משמש כדי להפוך את השדה החשמלי לאחיד ולמנוע פגיעה מקומית לפגוע בשכבת הבידוד; המגן החיצוני יכול להפחית את ההפרעה של השדה האלקטרומגנטי החיצוני בכבל, ולמנוע גם מהכבל להשפיע על האלקטרומגנטית על העולם החיצון.

שכבת המגן מגנה בעיקר על הכבל מפני נזק על ידי גורמים חיצוניים כמו נזק מכני, קורוזיה כימית וחדירת מים. בדרך כלל הוא מורכב משריון מתכת ונדן חיצוני. שריון המתכת יכול לספק חוזק מכני, ולנדנה החיצונית פונקציות אטומות למים ואנטי קורוזיה.

2. סיווג כבלי מתח גבוה

על פי מפלס המתח, ניתן לחלק כבלים במתח גבוה לכבלים במתח בינוני (בדרך כלל 3-35KV), כבלי מתח גבוה (35-110KV), כבלי מתח גבוה במיוחד (110-500 קילוואט) וכבלי מתח גבוה במיוחד (מעל 500KV). כבלים ברמות מתח שונות נבדלות זה מזה בתכנון מבני, דרישות בידוד וכו '.

מנקודת המבט של חומרי בידוד, בנוסף לכבלים XLPE וכבלי נייר שמן שהוזכרו לעיל, ישנם גם כבלי גומי אתילן-פרופילן. לכבלים של נייר נפט היסטוריה ארוכה, אך בשל עלויות התחזוקה הגבוהות שלהם ומסיבות אחרות, הם הוחלפו בהדרגה על ידי כבלי XLPE. לכבל גומי אתילן פרופילן יש גמישות טובה ועמידות בפני מזג אוויר, ומתאים לאירועים מיוחדים.
3. תהליך ייצור של כבל מתח גבוה

ייצור כבל מתח גבוה הוא תהליך מורכב ועדין.

ייצור המוליכים מחייב תחילה את חומרי הגלם הנחושת או האלומיניום לתהליכים, מעוותים ותהליכים אחרים כדי להבטיח את הדיוק הממדי והתכונות המכניות של המוליך. במהלך תהליך הפיתול, יש לארגן מקרוב את גדילי הגדילים כדי לשפר את המוליכות של המוליך.

שחול שכבת הבידוד הוא אחד משלבי המפתח. עבור שכבת הבידוד XLPE, חומר ה- XLPE מוחצן בטמפרטורה גבוהה ועטוף באופן שווה על המוליך. במהלך תהליך שחול, יש לשלוט בקפדנות על פרמטרים כמו טמפרטורה, לחץ, לחץ ומהירות שחול כדי להבטיח את האיכות ואת אחידות העובי של שכבת הבידוד.

שכבת המגן מיוצרת בדרך כלל על ידי אריגת תיל מתכת או עטיפת קלטת מתכת. תהליכי הייצור של המגן הפנימי והחיצוני הם מעט שונים, אך שניהם צריכים להבטיח את שלמות שכבת המגן וחיבור חשמלי טוב.

לבסוף, ייצור שכבת המגן כולל את הנחת שריון המתכת ושחזור הנדן החיצוני. שריון המתכת צריך להתאים בחוזקה על הכבל, ושחול הנדן החיצוני צריך להבטיח מראה חלק ללא פגמים כמו בועות וסדקים.
4. מאפייני ביצועים של כבלי מתח גבוה

מבחינת הביצועים החשמליים, כבלי מתח גבוה צריכים להיות בעלי עמידות לבידוד גבוהה, אובדן דיאלקטרי נמוך ועמידות בפני מתח טוב. עמידות לבידוד גבוהה יכולה למנוע ביעילות דליפת זרם, אובדן דיאלקטרי נמוך מפחית את אובדן האנרגיה החשמלית במהלך ההולכה, ועמידות בפני מתח טוב מבטיחה שהכבל יכול לפעול בבטחה בסביבת מתח גבוה.

מבחינת תכונות מכניות, הכבל צריך להיות בעל חוזק מתיחה מספיק, רדיוס כיפוף ועמידות בפני השפעה. במהלך ההתקנה וההפעלה, הכבל עשוי להיות נתון להשפעה של מתיחות, כיפוף וכוח חיצוני. אם המאפיינים המכניים אינם מספיקים, קל לגרום נזק לכבלים.

ביצועים תרמיים הם גם היבט חשוב. הכבל ייצר חום במהלך הפעולה, במיוחד כאשר הוא פועל תחת עומס גבוה. לפיכך, הכבל צריך להיות בעל עמידות טובה בפני חום ולהיות מסוגל לעבוד כרגיל בטווח טמפרטורות מסוים ללא בעיות כמו הזדקנות בידוד. לכבל XLPE יש עמידות חום טובה יחסית ויכול לפעול במשך זמן רב בטמפרטורות גבוהות יותר.
5. התקנה ותחזוקה של כבלי מתח גבוה

מבחינת ההתקנה, הדבר הראשון שצריך לעשות הוא לתכנן את הנתיב כדי להבטיח שנתיב הנחת הכבלים יהיה סביר ובטוח. בתהליך ההנחה יש להקפיד על הימנעות ממתח, כיפוף ושחול של הכבל. להפסקת כבלים למרחקים ארוכים, בדרך כלל משתמשים בציוד כמו מסועי כבלים לסייע בבנייה.

ייצור מפרקי הכבלים הוא קישור מפתח בתהליך ההתקנה. איכות המפרק משפיעה ישירות על אמינות התפעול של הכבל. בעת ביצוע המפרקים, יש להפשיט, לנקות, לחבר ולבודד את הכבל. כל שלב צריך להתבצע בקפדנות בהתאם לדרישות התהליך כדי להבטיח כי התכונות החשמליות והמכניות של המפרק עומדות בדרישות.

עבודות תחזוקה חיוניות להפעלה יציבה לטווח הארוך של כבלים מתח גבוה. בדיקות קבועות יכולות לגלות מייד אם מראה הכבלים נפגע או שנדן נפגע. במקביל, ניתן להשתמש בציוד בדיקה מסוים גם לבדיקת ביצועי הבידוד ואת הפריקה החלקית של הכבל. אם נמצאות בעיות, יש לתקן אותן או להחליף אותן בזמן.

6. כישלון וגילוי כבלים במתח גבוה

כשלים נפוצים של כבלי מתח גבוה כוללים פירוק בידוד, ניתוק מוליכים וכישלון מפרקים. פירוט בידוד עשוי להיגרם כתוצאה מהזדקנות בידוד, פריקה חלקית או מתח יתר חיצוני. ניתוק מוליך נגרם בדרך כלל על ידי כוח חיצוני מכני או עומס יתר לטווח הארוך. כישלון משותף עלול להיגרם כתוצאה מתהליך ייצור משותף לקוי או חימום קשה במהלך הפעולה.

על מנת לאתר תקלות אלה, ישנן שיטות גילוי רבות. איתור פריקה חלקית הוא שיטה נפוצה. על ידי איתור האות שנוצר על ידי פריקה חלקית בכבל, ניתן לקבוע אם ישנם פגמים בבידוד בתוך הכבל. מבחן המתח העמידה יכול לאתר את יכולת המתח העמידה של הכבל ולמצוא בעיות בידוד פוטנציאליות. בנוסף, טכנולוגיית הדמיה תרמית אינפרא אדום יכולה לאתר את חלוקת הטמפרטורה על פני הכבל, כדי לגלות אם לכבל יש בעיות כמו התחממות יתר מקומית.
7. מגמת יישום ופיתוח של כבלים במתח גבוה במערכות חשמל

במערכות חשמל, כבלי מתח גבוה נמצאים בשימוש נרחב בשינוי רשת חשמל עירוני, קווים יוצאים של תחנות כוח גדולות, העברת כבל צוללת ושדות אחרים. ברשתות כוח עירוניות, בגלל שטח מוגבל, השימוש בכבלים תת -קרקעיים יכול לחסוך מקום ולשפר את היופי של העיר. הקווים היוצאים של תחנות כוח גדולות דורשים שימוש בכבלים מתח גבוה להעברת חשמל לתחנות משנות מרוחקות. העברת כבל הצוללת יכולה לממש העברת חשמל חוצה ים ולספק אספקת חשמל יציבה לאיים ואזורי החוף.

עם פיתוח רציף של טכנולוגיית כוח, כבלי מתח גבוה הראו גם מגמות פיתוח. האחד הוא המחקר והפיתוח והיישום של כבלים עם רמות מתח גבוהות יותר. עם עליית הביקוש להעברת כוח למרחקים ארוכים, פיתוח כבלי מתח גבוה במיוחד יהפוך למוקד. השני הוא האינטליגנציה של הכבלים. על ידי שילוב חיישנים וציוד אחר בכבל, ניתן להשיג ניטור בזמן אמת אחר מצב ההפעלה של הכבל ואזהרת תקלות, ובכך לשפר את אמינות התפעול של הכבל. השלישי הוא פיתוח כבלים ידידותיים לסביבה. ככל שהדרישות של אנשים להגנת הסביבה גדלות, המחקר והפיתוח של חומרי כבלים בעלי זוקות נמוכות, חומרי כבלים הניתנים למחזור יהיו כיוון פיתוח עתידי.