Kaasaegsetes elektrisüsteemides mängivad kõrgepingekaablid olulist rolli. Alates linnade maa-alustest elektrivõrkudest kuni mägede ja jõgede kohal kulgevate pikamaa ülekandeliinideni tagavad kõrgepingekaablid elektrienergia tõhusa, stabiilse ja ohutu ülekande. See artikkel uurib põhjalikult erinevaid kõrgepingekaablitega seotud tehnoloogiaid, sealhulgas nende struktuuri, klassifikatsiooni, tootmisprotsessi, jõudlusnäitajaid, paigaldamist ja hooldust.
1. Kõrgepingekaablite põhistruktuur
Kõrgepingekaablid koosnevad peamiselt juhtidest, isolatsioonikihtidest, varjestuskihtidest ja kaitsekihtidest.
Juht on voolu ülekandekanal ja on tavaliselt valmistatud vasest või alumiiniumist. Vasel on hea juhtivus ja painduvus, samas kui alumiinium on suhteliselt odav ja kerge. Need juhid on paindlikkuse suurendamiseks tavaliselt mitmekiuliste keerutatud traatide kujul.
Isolatsioonikiht on kõrgepingekaabli põhiosa, millel on roll voolu lekke vältimisel ja juhi isoleerimisel välismaailmast. Levinud isolatsioonimaterjalide hulka kuuluvad ristseotud polüetüleen (XLPE), õlipaber jne. XLPE-l on suurepärased elektrilised omadused, kuumakindlus ja mehaaniline tugevus ning seda kasutatakse laialdaselt tänapäevastes kõrgepingekaablites.
Varjestuskiht jaguneb sisemiseks ja välimiseks varjestuseks. Sisemine varjestus tagab elektrivälja ühtluse ja takistab lokaalsete tühjenduste kahjustamist isolatsioonikihis; välimine varjestus vähendab välise elektromagnetvälja häireid kaablil ja takistab ka kaabli elektromagnetilist mõju välismaailmale.
Kaitsekiht kaitseb kaablit peamiselt väliste tegurite, näiteks mehaaniliste kahjustuste, keemilise korrosiooni ja vee sissetungimise eest. See koosneb tavaliselt metallsoomusest ja väliskestast. Metallsoomus tagab mehaanilise tugevuse ning väliskest täidab veekindlaid ja korrosioonivastaseid funktsioone.
2. Kõrgepingekaablite klassifikatsioon
Pingetaseme järgi saab kõrgepingekaablid jagada keskpingekaabliteks (üldiselt 3–35 kV), kõrgepingekaabliteks (35–110 kV), ülikõrgepingekaabliteks (110–500 kV) ja ülikõrgepingekaabliteks (üle 500 kV). Erineva pingetasemega kaablid erinevad konstruktsiooni, isolatsiooninõuete jms poolest.
Isolatsioonimaterjalide seisukohast on lisaks eespool mainitud XLPE-kaablitele ja õlipaberkaablitele olemas ka etüleen-propüleenkummist kaablid. Õlipaberkaablitel on pikk ajalugu, kuid nende kõrgete hoolduskulude ja muude põhjuste tõttu on need järk-järgult XLPE-kaablitega asendatud. Etüleenpropüleenkummist kaablil on hea paindlikkus ja ilmastikukindlus ning see sobib mõneks erijuhtumiks.
3. Kõrgepingekaabli tootmisprotsess
Kõrgepingekaablite tootmine on keeruline ja delikaatne protsess.
Juhtide tootmine nõuab kõigepealt vase või alumiiniumi tooraine venitamist, keerutamist ja muid protsesse, et tagada juhi mõõtmete täpsus ja mehaanilised omadused. Keeramisprotsessi käigus tuleb kiudude kiud tihedalt paigutada, et parandada juhi juhtivust.
Isolatsioonikihi ekstrusioon on üks võtmeetappe. XLPE isolatsioonikihi puhul ekstrudeeritakse XLPE materjal kõrgel temperatuuril ja mähitakse ühtlaselt juhile. Ekstrusiooniprotsessi käigus tuleb rangelt kontrollida selliseid parameetreid nagu temperatuur, rõhk ja ekstrusioonikiirus, et tagada isolatsioonikihi kvaliteet ja paksuse ühtlus.
Varjestuskiht valmistatakse tavaliselt metalltraadist punumise või metalllindiga mähkimise teel. Sisemise ja välimise varjestuse tootmisprotsessid on veidi erinevad, kuid mõlemad peavad tagama varjestuskihi terviklikkuse ja hea elektriühenduse.
Kaitsekihi tootmine hõlmab metallsoomuse paigaldamist ja väliskesta ekstrusiooni. Metallsoomus peaks kaablile tihedalt sobima ning väliskesta ekstrusioon peaks tagama sileda välimuse ilma defektide, näiteks mullide ja pragudeta.
4. Kõrgepingekaablite jõudlusnäitajad
Elektrilise jõudluse osas peavad kõrgepingekaablid olema kõrge isolatsioonitakistuse, väikese dielektrilise kadu ja hea pingetakistusega. Kõrge isolatsioonitakistus aitab tõhusalt vältida voolu lekkeid, väike dielektriline kadu vähendab elektrienergia kadu ülekande ajal ja hea pingetakistus tagab kaabli ohutu töö kõrgepinge keskkonnas.
Mehaaniliste omaduste osas peaks kaablil olema piisav tõmbetugevus, painderaadius ja löögikindlus. Paigaldamise ja kasutamise ajal võib kaabel olla venitatud, painutatud ja saada osa välistest löökidest. Kui mehaanilised omadused ei ole piisavad, on kaablit lihtne kahjustada.
Samuti on oluline aspekt termiline jõudlus. Kaabel tekitab töötamise ajal soojust, eriti suure koormuse korral. Seetõttu peab kaablil olema hea kuumakindlus ja see peab suutma teatud temperatuurivahemikus normaalselt töötada ilma probleemideta, näiteks isolatsiooni vananemiseta. XLPE-kaablil on suhteliselt hea kuumakindlus ja see võib pikka aega töötada kõrgematel temperatuuridel.
5. Kõrgepingekaablite paigaldamine ja hooldus
Paigaldamise osas on esimene asi, mida teha, planeerida teekond, et tagada kaabli paigaldamise tee mõistlikkus ja ohutus. Paigaldamise ajal tuleb olla ettevaatlik, et vältida kaabli liigset venitamist, painutamist ja väljapressimist. Pikamaakaabli paigaldamisel kasutatakse ehituse abistamiseks tavaliselt seadmeid, näiteks kaablikonveiereid.
Kaabliühenduste tootmine on paigaldusprotsessi võtmelüli. Ühenduse kvaliteet mõjutab otseselt kaabli töökindlust. Ühenduste tegemisel tuleb kaabel koorida, puhastada, ühendada ja isoleerida. Iga samm tuleb läbi viia rangelt vastavalt protsessi nõuetele, et tagada ühenduse elektriliste ja mehaaniliste omaduste vastavus nõuetele.
Kõrgepingekaablite pikaajaliseks stabiilseks tööks on oluline hooldus. Regulaarsete kontrollidega saab kiiresti tuvastada, kas kaabli välimus on kahjustatud või kas kaabli kest on kahjustatud. Samal ajal saab mõningaid katseseadmeid kasutada ka kaabli isolatsiooni toimivuse ja osalise tühjenemise testimiseks. Kui probleeme leitakse, tuleks need õigeaegselt parandada või välja vahetada.
6. Kõrgepingekaablite rike ja tuvastamine
Kõrgepingekaablite levinud rikete hulka kuuluvad isolatsiooni purunemine, juhi lahtiühendamine ja ühenduskohtade purunemine. Isolatsiooni purunemise põhjuseks võib olla isolatsiooni vananemine, osaline tühjenemine või väline ülepinge. Juhtme lahtiühendamise põhjustab tavaliselt mehaaniline väline jõud või pikaajaline ülekoormus. Ühenduste purunemise põhjuseks võib olla halb ühenduskohtade tootmisprotsess või tugev kuumenemine töötamise ajal.
Nende rikete avastamiseks on palju tuvastusmeetodeid. Osaliselt tühjenemise tuvastamine on levinud meetod. Kaabli osaliselt tühjenemise tekitatud signaali tuvastamise abil saab kindlaks teha, kas kaabli sees on isolatsioonidefekte. Taluvuspinge test võimaldab tuvastada kaabli taluvuspinget ja leida võimalikke isolatsiooniprobleeme. Lisaks saab infrapuna-termopildistamise tehnoloogia abil tuvastada temperatuuri jaotust kaabli pinnal, et teha kindlaks, kas kaablil on probleeme, näiteks lokaalne ülekuumenemine.
7. Kõrgepingekaablite rakendus- ja arengusuund elektrisüsteemides
Elektrisüsteemides kasutatakse kõrgepingekaableid laialdaselt linnade elektrivõrgu ümberkujundamisel, suurte elektrijaamade väljuvatel liinidel, veealuste kaablite ülekandel ja muudel aladel. Linnade elektrivõrkudes võib maa-aluste kaablite kasutamine piiratud ruumi tõttu ruumi kokku hoida ja linna ilu parandada. Suurte elektrijaamade väljuvad liinid nõuavad kõrgepingekaableid elektrienergia edastamiseks kaugematesse alajaamadesse. Veealuste kaablite abil saab teostada mereülest elektriülekannet ja tagada stabiilse elektrivarustuse saartele ja rannikualadele.
Energiatehnoloogia pideva arenguga on ka kõrgepingekaablid näidanud mõningaid arengusuundi. Üks on kõrgema pingetasemega kaablite uurimine, arendamine ja rakendamine. Pikamaa-energiaülekande nõudluse kasvuga saab fookusesse ülikõrgepingekaablite arendamine. Teine on kaablite intelligentsus. Andurite ja muude seadmete integreerimisega kaablisse on võimalik saavutada kaabli tööseisundi reaalajas jälgimine ja rikkehoiatus, parandades seeläbi kaabli töökindlust. Kolmas on keskkonnasõbralike kaablite arendamine. Kuna inimeste keskkonnakaitsenõuded suurenevad, on vähese saastega ja taaskasutatavate kaablimaterjalide uurimine ja arendamine tulevane arengusuund.
Postituse aeg: 24. september 2024