Nos sistemas eléctricos modernos, os cables de alta tensión desempeñan un papel vital. Desde as redes eléctricas subterráneas das cidades ata as liñas de transmisión de longa distancia a través de montañas e ríos, os cables de alta tensión garanten unha transmisión eficiente, estable e segura da enerxía eléctrica. Este artigo explorará en profundidade as diversas tecnoloxías relacionadas cos cables de alta tensión, incluíndo a súa estrutura, clasificación, proceso de fabricación, características de rendemento, instalación e mantemento.
1. Estrutura básica dos cables de alta tensión
Os cables de alta tensión están compostos principalmente por condutores, capas illantes, capas de blindaxe e capas protectoras.
O condutor é a canle de transmisión da corrente e adoita estar feito de cobre ou aluminio. O cobre ten boa condutividade e ductilidade, mentres que o aluminio é relativamente barato e lixeiro. Estes condutores adoitan ter a forma de arames trenzados de varios feixes para aumentar a flexibilidade.
A capa de illamento é unha parte fundamental do cable de alta tensión, que desempeña un papel na prevención das fugas de corrente e no illamento do condutor do mundo exterior. Entre os materiais illantes habituais inclúense o polietileno reticulado (XLPE), o papel oleado, etc. O XLPE ten excelentes propiedades eléctricas, resistencia á calor e resistencia mecánica, e úsase amplamente nos cables de alta tensión modernos.
A capa de blindaxe divídese en blindaxe interna e blindaxe externa. A blindaxe interna utilízase para uniformizar o campo eléctrico e evitar que a descarga local dane a capa de illamento; a blindaxe externa pode reducir a interferencia do campo electromagnético externo no cable e tamén evitar que o cable teña un impacto electromagnético no mundo exterior.
A capa protectora protexe principalmente o cable de danos por factores externos como danos mecánicos, corrosión química e intrusión de auga. Normalmente está composta por unha armadura metálica e unha vaíña exterior. A armadura metálica pode proporcionar resistencia mecánica e a vaíña exterior ten funcións impermeables e anticorrosión.
2. Clasificación dos cables de alta tensión
Segundo o nivel de tensión, os cables de alta tensión pódense dividir en cables de media tensión (xeralmente de 3 a 35 kV), cables de alta tensión (35 a 110 kV), cables de ultra alta tensión (110 a 500 kV) e cables de ultra alta tensión (por riba de 500 kV). Os cables de diferentes niveis de tensión difiren no deseño estrutural, nos requisitos de illamento, etc.
Desde a perspectiva dos materiais illantes, ademais dos cables XLPE e os cables de papel oleado mencionados anteriormente, tamén existen cables de goma de etileno-propileno. Os cables de papel oleado teñen unha longa historia, pero debido aos seus altos custos de mantemento e outras razóns, foron substituídos gradualmente por cables XLPE. O cable de goma de etileno-propileno ten boa flexibilidade e resistencia ás inclemencias do tempo, e é axeitado para algunhas ocasións especiais.
3. Proceso de fabricación de cables de alta tensión
A fabricación de cables de alta tensión é un proceso complexo e delicado.
A fabricación de condutores require primeiro que as materias primas de cobre ou aluminio sexan estiradas, torcidas e se sometan a outros procesos para garantir a precisión dimensional e as propiedades mecánicas do condutor. Durante o proceso de torsión, os fíos dos fíos deben estar dispostos estreitamente para mellorar a condutividade do condutor.
A extrusión da capa de illamento é un dos pasos clave. Para a capa de illamento XLPE, o material XLPE extrúese a alta temperatura e envólvese uniformemente no condutor. Durante o proceso de extrusión, os parámetros como a temperatura, a presión e a velocidade de extrusión deben controlarse estritamente para garantir a calidade e a uniformidade do grosor da capa de illamento.
A capa de blindaxe adoita fabricarse tecendo arame metálico ou envolvendo cinta metálica. Os procesos de fabricación das blindaxes interior e exterior son lixeiramente diferentes, pero ambos deben garantir a integridade da capa de blindaxe e unha boa conexión eléctrica.
Finalmente, a produción da capa protectora inclúe a colocación da armadura metálica e a extrusión da vaíña exterior. A armadura metálica debe axustarse firmemente ao cable e a extrusión da vaíña exterior debe garantir unha aparencia lisa sen defectos como burbullas e gretas.
4. Características de rendemento dos cables de alta tensión
En termos de rendemento eléctrico, os cables de alta tensión deben ter unha alta resistencia de illamento, baixa perda dieléctrica e boa resistencia á tensión. Unha alta resistencia de illamento pode evitar eficazmente as fugas de corrente, unha baixa perda dieléctrica reduce a perda de enerxía eléctrica durante a transmisión e unha boa resistencia á tensión garante que o cable poida funcionar con seguridade nun ambiente de alta tensión.
En canto ás propiedades mecánicas, o cable debe ter unha resistencia á tracción, un radio de curvatura e unha resistencia ao impacto suficientes. Durante a instalación e o funcionamento, o cable pode estar sometido a estiramentos, flexións e impactos de forzas externas. Se as propiedades mecánicas son insuficientes, é doado danar o cable.
O rendemento térmico tamén é un aspecto importante. O cable xerará calor durante o funcionamento, especialmente cando se executa baixo carga elevada. Polo tanto, o cable debe ter unha boa resistencia á calor e ser capaz de funcionar normalmente dentro dun determinado rango de temperatura sen problemas como o envellecemento do illamento. O cable XLPE ten unha resistencia á calor relativamente boa e pode funcionar durante moito tempo a temperaturas máis altas.
5. Instalación e mantemento de cables de alta tensión
En canto á instalación, o primeiro que hai que facer é planificar a ruta para garantir que a ruta de tendido do cable sexa razoable e segura. Durante o proceso de tendido, débese ter coidado para evitar o estiramento, a flexión e a extrusión excesivos do cable. Para o tendido de cables a longa distancia, adoitan empregarse equipos como transportadores de cable para axudar na construción.
A produción de unións de cables é un elo fundamental no proceso de instalación. A calidade da unión afecta directamente á fiabilidade de funcionamento do cable. Ao facer unións, o cable debe ser pelado, limpo, conectado e illado. Cada paso debe levarse a cabo estritamente de acordo cos requisitos do proceso para garantir que as propiedades eléctricas e mecánicas da unión cumpran os requisitos.
O traballo de mantemento é esencial para o funcionamento estable a longo prazo dos cables de alta tensión. As inspeccións regulares poden detectar rapidamente se o aspecto do cable ou se a vaíña está danada. Ao mesmo tempo, tamén se poden usar algúns equipos de proba para comprobar o rendemento do illamento e a descarga parcial do cable. Se se atopan problemas, deben repararse ou substituírse a tempo.
6. Fallos e detección de cables de alta tensión
As avarías comúns dos cables de alta tensión inclúen a rotura do illamento, a desconexión do condutor e a falla da unión. A rotura do illamento pode estar causada polo envellecemento do illamento, unha descarga parcial ou unha sobretensión externa. A desconexión do condutor adoita estar causada por unha forza externa mecánica ou unha sobrecarga a longo prazo. A falla da unión pode estar causada por un proceso de fabricación deficiente ou por un quecemento severo durante o funcionamento.
Para detectar estes fallos, existen moitos métodos de detección. A detección de descarga parcial é un método de uso común. Ao detectar o sinal xerado pola descarga parcial no cable, pódese determinar se hai defectos de illamento dentro do cable. A proba de tensión de resistencia pode detectar a capacidade de tensión de resistencia do cable e atopar posibles problemas de illamento. Ademais, a tecnoloxía de imaxe térmica infravermella pode detectar a distribución da temperatura na superficie do cable, para descubrir se o cable ten problemas como o sobrequecemento local.
7. Aplicación e tendencia de desenvolvemento de cables de alta tensión en sistemas eléctricos
Nos sistemas eléctricos, os cables de alta tensión úsanse amplamente na transformación da rede eléctrica urbana, nas liñas de saída de grandes centrais eléctricas, na transmisión por cable submarino e noutros campos. Nas redes eléctricas urbanas, debido ao espazo limitado, o uso de cables subterráneos pode aforrar espazo e mellorar a beleza da cidade. As liñas de saída das grandes centrais eléctricas requiren o uso de cables de alta tensión para transmitir electricidade a subestacións distantes. A transmisión por cable submarino pode realizar a transmisión de enerxía transmaritima e proporcionar un subministro de enerxía estable para illas e zonas costeiras.
Co desenvolvemento continuo da tecnoloxía enerxética, os cables de alta tensión tamén mostraron algunhas tendencias de desenvolvemento. Unha delas é a investigación, o desenvolvemento e a aplicación de cables con niveis de tensión máis altos. Co aumento da demanda de transmisión de enerxía a longa distancia, o desenvolvemento de cables de ultra alta tensión converterase nun foco de atención. A segunda é a intelixencia dos cables. Ao integrar sensores e outros equipos no cable, pódese conseguir unha monitorización en tempo real do estado de funcionamento do cable e un aviso de fallos, mellorando así a fiabilidade de funcionamento do cable. A terceira é o desenvolvemento de cables respectuosos co medio ambiente. A medida que aumentan as esixencias das persoas en canto á protección ambiental, a investigación e o desenvolvemento de materiais de cable reciclables e de baixa contaminación serán unha dirección de desenvolvemento futuro.
Data de publicación: 24 de setembro de 2024