En los sistemas eléctricos modernos, los cables de alta tensión desempeñan un papel fundamental. Desde redes eléctricas subterráneas en ciudades hasta líneas de transmisión de larga distancia a través de montañas y ríos, los cables de alto voltaje garantizan una transmisión eficiente, estable y segura de energía eléctrica. Este artículo explorará en profundidad las diversas tecnologías relacionadas con los cables de alta tensión, incluida su estructura, clasificación, proceso de fabricación, características de rendimiento, instalación y mantenimiento.
1.Estructura básica de los cables de alta tensión.
Los cables de alta tensión se componen principalmente de conductores, capas aislantes, capas protectoras y capas protectoras.
El conductor es el canal de transmisión de corriente y suele estar fabricado de cobre o aluminio. El cobre tiene buena conductividad y ductilidad, mientras que el aluminio tiene un costo relativamente bajo y es liviano. Estos conductores generalmente tienen la forma de cables trenzados de múltiples hilos para aumentar la flexibilidad.
La capa de aislamiento es una parte clave del cable de alta tensión, que desempeña un papel en la prevención de fugas de corriente y el aislamiento del conductor del mundo exterior. Los materiales aislantes comunes incluyen polietileno reticulado (XLPE), papel de aceite, etc. El XLPE tiene excelentes propiedades eléctricas, resistencia al calor y resistencia mecánica, y se usa ampliamente en cables modernos de alto voltaje.
La capa de blindaje se divide en blindaje interior y blindaje exterior. El escudo interior se utiliza para uniformar el campo eléctrico y evitar que la descarga local dañe la capa de aislamiento; el blindaje exterior puede reducir la interferencia del campo electromagnético externo en el cable y también evitar que el cable tenga un impacto electromagnético en el mundo exterior.
La capa protectora protege principalmente el cable de daños causados por factores externos como daños mecánicos, corrosión química e intrusión de agua. Suele estar compuesto por una armadura metálica y una funda exterior. La armadura metálica puede proporcionar resistencia mecánica y la funda exterior tiene funciones impermeables y anticorrosión.
2. Clasificación de cables de alta tensión
Según el nivel de tensión, los cables de alta tensión se pueden dividir en cables de media tensión (generalmente 3-35 kV), cables de alta tensión (35-110 kV), cables de ultra alta tensión (110-500 kV) y cables de ultra alta tensión. -cables de tensión (superiores a 500kV). Los cables de diferentes niveles de voltaje difieren en diseño estructural, requisitos de aislamiento, etc.
Desde la perspectiva de los materiales aislantes, además de los cables XLPE y los cables de papel de aceite mencionados anteriormente, también existen cables de caucho de etileno-propileno. Los cables de papel engrasado tienen una larga historia, pero debido a sus altos costos de mantenimiento y otras razones, gradualmente han sido reemplazados por cables XLPE. El cable de caucho de etileno propileno tiene buena flexibilidad y resistencia a la intemperie, y es adecuado para algunas ocasiones especiales.
3. Proceso de fabricación de cable de alta tensión.
La fabricación de cables de alta tensión es un proceso complejo y delicado.
La fabricación de conductores primero requiere que las materias primas de cobre o aluminio se estiren, retuerzan y realicen otros procesos para garantizar la precisión dimensional y las propiedades mecánicas del conductor. Durante el proceso de torsión, los hilos de los hilos deben estar dispuestos muy juntos para mejorar la conductividad del conductor.
La extrusión de la capa aislante es uno de los pasos clave. Para la capa de aislamiento XLPE, el material XLPE se extruye a alta temperatura y se envuelve uniformemente sobre el conductor. Durante el proceso de extrusión, se deben controlar estrictamente parámetros como la temperatura, la presión y la velocidad de extrusión para garantizar la calidad y la uniformidad del espesor de la capa aislante.
La capa protectora suele estar hecha mediante tejido de alambre metálico o envoltura con cinta metálica. Los procesos de fabricación de los blindajes interior y exterior son ligeramente diferentes, pero ambos deben garantizar la integridad de la capa protectora y una buena conexión eléctrica.
Finalmente, la producción de la capa protectora incluye la colocación de la armadura metálica y la extrusión de la funda exterior. La armadura de metal debe ajustarse perfectamente al cable y la extrusión de la funda exterior debe garantizar una apariencia suave sin defectos como burbujas y grietas.
4. Características de rendimiento de los cables de alta tensión.
En términos de rendimiento eléctrico, los cables de alta tensión deben tener una alta resistencia de aislamiento, una baja pérdida dieléctrica y una buena resistencia al voltaje. La alta resistencia de aislamiento puede prevenir eficazmente las fugas de corriente, la baja pérdida dieléctrica reduce la pérdida de energía eléctrica durante la transmisión y una buena resistencia al voltaje garantiza que el cable pueda funcionar de forma segura en un entorno de alto voltaje.
En términos de propiedades mecánicas, el cable debe tener suficiente resistencia a la tracción, radio de curvatura y resistencia al impacto. Durante la instalación y operación, el cable puede estar sujeto a estiramientos, flexiones e impactos de fuerzas externas. Si las propiedades mecánicas son insuficientes, es fácil provocar daños en el cable.
El rendimiento térmico también es un aspecto importante. El cable generará calor durante el funcionamiento, especialmente cuando se ejecuta bajo carga elevada. Por lo tanto, el cable debe tener una buena resistencia al calor y poder funcionar normalmente dentro de un cierto rango de temperatura sin problemas como el envejecimiento del aislamiento. El cable XLPE tiene una resistencia al calor relativamente buena y puede funcionar durante mucho tiempo a temperaturas más altas.
5. Instalación y mantenimiento de cables de alta tensión.
En términos de instalación, lo primero que debe hacer es planificar el camino para garantizar que el camino de tendido del cable sea razonable y seguro. Durante el proceso de tendido, se debe tener cuidado para evitar estirar, doblar y extruir excesivamente el cable. Para el tendido de cables a larga distancia, generalmente se utilizan equipos como transportadores de cables para ayudar en la construcción.
La producción de empalmes para cables es un eslabón clave en el proceso de instalación. La calidad de la unión afecta directamente a la fiabilidad operativa del cable. Al realizar uniones, es necesario pelar, limpiar, conectar y aislar el cable. Cada paso debe realizarse estrictamente de acuerdo con los requisitos del proceso para garantizar que las propiedades eléctricas y mecánicas de la junta cumplan con los requisitos.
Los trabajos de mantenimiento son esenciales para el funcionamiento estable a largo plazo de los cables de alta tensión. Las inspecciones periódicas pueden detectar rápidamente si la apariencia del cable está dañada o si la cubierta está dañada. Al mismo tiempo, también se pueden utilizar algunos equipos de prueba para probar el rendimiento del aislamiento y la descarga parcial del cable. Si se encuentran problemas, deben repararse o reemplazarse a tiempo.
6. Fallo y detección de cables de alta tensión.
Las fallas comunes de los cables de alta tensión incluyen rotura del aislamiento, desconexión del conductor y falla de las juntas. La rotura del aislamiento puede deberse al envejecimiento del aislamiento, a una descarga parcial o a una sobretensión externa. La desconexión del conductor suele deberse a una fuerza mecánica externa o a una sobrecarga prolongada. La falla de las juntas puede deberse a un proceso deficiente de fabricación de las juntas o a un calentamiento intenso durante el funcionamiento.
Para detectar estos fallos, existen muchos métodos de detección. La detección de descargas parciales es un método comúnmente utilizado. Al detectar la señal generada por la descarga parcial en el cable, se puede determinar si existen defectos de aislamiento en el interior del cable. La prueba de tensión soportada puede detectar la capacidad de tensión soportada del cable y encontrar posibles problemas de aislamiento. Además, la tecnología de imágenes térmicas infrarrojas puede detectar la distribución de temperatura en la superficie del cable, para determinar si el cable tiene problemas como el sobrecalentamiento local.
7.Tendencia de aplicación y desarrollo de cables de alta tensión en sistemas eléctricos.
En los sistemas eléctricos, los cables de alto voltaje se utilizan ampliamente en la transformación de redes eléctricas urbanas, líneas de salida de grandes centrales eléctricas, transmisión por cable submarino y otros campos. En las redes eléctricas urbanas, debido al espacio limitado, el uso de cables subterráneos puede ahorrar espacio y mejorar la belleza de la ciudad. Las líneas de salida de las grandes centrales eléctricas requieren el uso de cables de alto voltaje para transmitir electricidad a subestaciones distantes. La transmisión por cable submarino puede realizar la transmisión de energía a través del mar y proporcionar un suministro de energía estable para islas y áreas costeras.
Con el continuo desarrollo de la tecnología energética, los cables de alta tensión también han mostrado algunas tendencias de desarrollo. Uno es la investigación, el desarrollo y la aplicación de cables con niveles de voltaje más altos. Con el aumento de la demanda de transmisión de energía a larga distancia, el desarrollo de cables de voltaje ultra alto se convertirá en un foco de atención. El segundo es la inteligencia de los cables. Al integrar sensores y otros equipos en el cable, se puede lograr un monitoreo en tiempo real del estado operativo del cable y una advertencia de falla, mejorando así la confiabilidad operativa del cable. El tercero es el desarrollo de cables respetuosos con el medio ambiente. A medida que aumentan las necesidades de protección del medio ambiente de las personas, la investigación y el desarrollo de materiales para cables reciclables y poco contaminantes serán una dirección de desarrollo futuro.
Hora de publicación: 24 de septiembre de 2024