En los sistemas de energía modernos, los cables de alto voltaje juegan un papel vital. Desde redes de energía subterránea en ciudades hasta líneas de transmisión a larga distancia a través de montañas y ríos, los cables de alto voltaje aseguran la transmisión eficiente, estable y segura de la energía eléctrica. Este artículo explorará en profundidad las diversas tecnologías relacionadas con los cables de alto voltaje, incluida su estructura, clasificación, proceso de fabricación, características de rendimiento, instalación y mantenimiento.
1. Estructura básica de cables de alto voltaje
Los cables de alto voltaje están compuestos principalmente de conductores, capas de aislamiento, capas de protección y capas protectoras.
El conductor es el canal de transmisión para la corriente y generalmente está hecho de cobre o aluminio. El cobre tiene buena conductividad y ductilidad, mientras que el aluminio es relativamente bajo en costo y luz de peso. Estos conductores generalmente están en forma de cables retorcidos de múltiples cadenas para aumentar la flexibilidad.
La capa de aislamiento es una parte clave del cable de alto voltaje, que juega un papel en la evitación de la fuga de corriente y aislando el conductor del mundo exterior. Los materiales aislantes comunes incluyen polietileno reticulado (XLPE), papel de aceite, etc. 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 interno y blindaje exterior. El escudo interno se usa para hacer que el campo eléctrico sea uniforme y evitar que la descarga local dañe la capa de aislamiento; El escudo externo 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 del daño por factores externos como el daño mecánico, la corrosión química y la intrusión de agua. Por lo general, se compone de armadura de metal y vaina exterior. La armadura de metal puede proporcionar resistencia mecánica, y la vaina exterior tiene funciones impermeables y anticorrosiones.
2. Clasificación de cables de alto voltaje
Según el nivel de voltaje, los cables de alto voltaje se pueden dividir en cables de voltaje medio (generalmente 3-35kV), cables de alto voltaje (35-110kV), cables de voltaje ultra-alto (110-500kV) y coles de voltaje ultra-alto-alto (por encima de 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 hay cables de goma de etileno-propileno. Los cables de papel de aceite tienen una larga historia, pero debido a sus altos costos de mantenimiento y otras razones, han sido reemplazados gradualmente por cables XLPE. El cable de caucho de etileno propileno tiene una buena flexibilidad y resistencia a la intemperie, y es adecuado para algunas ocasiones especiales.
3. Proceso de fabricación de cable de alto voltaje
La fabricación de cable de alto voltaje es un proceso complejo y delicado.
La fabricación de conductores primero requiere que las materias primas de cobre o aluminio se estiraran, retorcieran y 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 estrechamente organizados para mejorar la conductividad del conductor.
La extrusión de la capa de aislamiento es uno de los pasos clave. Para la capa de aislamiento XLPE, el material XLPE se extruye a alta temperatura y se envuelve uniformemente en el conductor. Durante el proceso de extrusión, los parámetros como la temperatura, la presión y la velocidad de extrusión deben controlarse estrictamente para garantizar la uniformidad de calidad y espesor de la capa de aislamiento.
La capa de blindaje generalmente está hecha por tejido de alambre de metal o envoltura de cinta de metal. Los procesos de fabricación de los escudos internos y externos son ligeramente diferentes, pero ambos deben garantizar la integridad de la capa de blindaje y una buena conexión eléctrica.
Finalmente, la producción de la capa protectora incluye la colocación de la armadura metálica y la extrusión de la vaina externa. La armadura de metal debe caber firmemente en el cable, y la extrusión de la vaina exterior debe garantizar una apariencia suave sin defectos como burbujas y grietas.
4. Características de rendimiento de cables de alto voltaje
En términos de rendimiento eléctrico, los cables de alto voltaje deben tener alta resistencia a aislamiento, baja pérdida dieléctrica y buena resistencia de voltaje. La alta resistencia al aislamiento puede evitar efectivamente la fuga de corriente, la baja pérdida dieléctrica reduce la pérdida de energía eléctrica durante la transmisión, y una buena resistencia de voltaje asegura que el cable pueda funcionar de manera segura en un entorno de alto voltaje.
En términos de propiedades mecánicas, el cable debe tener suficiente resistencia a la tracción, radio de flexión y resistencia al impacto. Durante la instalación y operación, el cable puede estar sujeto a estiramiento, flexión y impacto de la fuerza externa. Si las propiedades mecánicas son insuficientes, es fácil causar daños en el cable.
El rendimiento térmico también es un aspecto importante. El cable generará calor durante el funcionamiento, especialmente cuando se ejecuta bajo una alta carga. Por lo tanto, el cable debe tener una buena resistencia al calor y poder trabajar normalmente dentro de un cierto rango de temperatura sin problemas como el envejecimiento de 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 alto voltaje
En términos de instalación, lo primero que debe hacer es planificar la ruta para garantizar que la ruta de colocación de cable sea razonable y segura. Durante el proceso de colocación, se debe tener cuidado para evitar el estiramiento excesivo, la flexión y la extrusión del cable. Para la colocación de cables de larga distancia, los equipos como los transportadores de cables generalmente se usan para ayudar a la construcción.
La producción de juntas de cables es un enlace clave en el proceso de instalación. La calidad de la junta afecta directamente la confiabilidad operativa del cable. Al hacer juntas, el cable debe ser despojado, limpiado, conectado y aislado. Cada paso debe llevarse a cabo estrictamente de acuerdo con los requisitos del proceso para garantizar que las propiedades eléctricas y mecánicas de la junta cumplan con los requisitos.
El trabajo de mantenimiento es esencial para la operación estable a largo plazo de los cables de alto voltaje. Las inspecciones regulares pueden detectar de inmediato si la apariencia del cable está dañada o la vaina está dañada. Al mismo tiempo, algunos equipos de prueba también se pueden usar para probar el rendimiento del aislamiento y la descarga parcial del cable. Si se encuentran problemas, deben repararse o reemplazarse a tiempo.
6. Falla y detección de cables de alto voltaje
Las fallas comunes de los cables de alto voltaje incluyen la descomposición del aislamiento, la desconexión del conductor y la falla de la articulación. La descomposición del aislamiento puede ser causada por el envejecimiento del aislamiento, la descarga parcial o la sobretensión externa. La desconexión del conductor generalmente es causada por una fuerza externa mecánica o una sobrecarga a largo plazo. La falla de las articulaciones puede ser causada por un proceso de fabricación de unas articulaciones o calentamiento severo durante la operación.
Para detectar estas fallas, hay muchos métodos de detección. La detección de descarga parcial es un método de uso común. Al detectar la señal generada por descarga parcial en el cable, se puede determinar si hay defectos de aislamiento dentro del cable. La prueba de voltaje de resistencia puede detectar la capacidad de voltaje de resistencia 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 averiguar si el cable tiene problemas como el sobrecalentamiento local.
7. Tendencia de aplicación y desarrollo de cables de alto voltaje en sistemas de energía
En los sistemas de energía, los cables de alto voltaje se utilizan ampliamente en la transformación de la red de energía urbana, las líneas salientes de grandes centrales eléctricas, transmisión de cable submarino y otros campos. En las redes de energía urbana, debido al espacio limitado, el uso de cables subterráneos puede ahorrar espacio y mejorar la belleza de la ciudad. Las líneas salientes de grandes centrales eléctricas requieren el uso de cables de alto voltaje para transmitir electricidad a subestaciones distantes. La transmisión de cable submarino puede realizar una transmisión de energía entre sí y proporcionar una fuente de alimentación estable para islas y áreas costeras.
Con el desarrollo continuo de la tecnología de energía, los cables de alto voltaje también han mostrado algunas tendencias de desarrollo. Uno es la investigación y 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. El segundo es la inteligencia de los cables. Al integrar sensores y otros equipos en el cable, se puede lograr el monitoreo en tiempo real del estado operativo del cable y la advertencia de fallas, mejorando así la confiabilidad operativa del cable. El tercero es el desarrollo de cables ecológicos. A medida que aumentan los requisitos de las personas para la protección del medio ambiente, la investigación y el desarrollo de materiales de cable reciclables y de baja contaminación serán una dirección de desarrollo futura.
Tiempo de publicación: septiembre-24-2024