En los sistemas eléctricos modernos, los cables de alta tensión desempeñan un papel fundamental. Desde las redes eléctricas subterráneas en las ciudades hasta las líneas de transmisión de larga distancia a través de montañas y ríos, los cables de alta tensión garantizan una transmisión eficiente, estable y segura de la energía eléctrica. Este artículo analizará en profundidad las diversas tecnologías relacionadas con los cables de alta tensión, incluyendo 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 de aislamiento, capas de blindaje y capas protectoras.
El conductor es el canal de transmisión de la corriente y suele estar hecho de cobre o aluminio. El cobre tiene buena conductividad y ductilidad, mientras que el aluminio es relativamente económico y ligero. Estos conductores suelen ser cables trenzados multifilares para mayor flexibilidad.
La capa aislante es un componente clave del cable de alta tensión, ya que contribuye a prevenir fugas de corriente y aislar el conductor del exterior. Entre los materiales aislantes más comunes se encuentran el polietileno reticulado (XLPE), el papel de aceite, etc. El XLPE posee excelentes propiedades eléctricas, resistencia térmica y resistencia mecánica, y se utiliza ampliamente en los cables modernos de alta tensión.
La capa de blindaje se divide en blindaje interno y blindaje externo. El blindaje interno uniformiza el campo eléctrico y evita que las descargas locales dañen la capa aislante; el blindaje externo reduce la interferencia del campo electromagnético externo en el cable y evita que este reciba un impacto electromagnético en el exterior.
La capa protectora protege principalmente el cable de daños causados por factores externos, como daños mecánicos, corrosión química y penetración de agua. Generalmente, está compuesta por una armadura metálica y una cubierta exterior. La armadura metálica proporciona resistencia mecánica, mientras que la cubierta exterior tiene funciones impermeables y anticorrosivas.
2. Clasificación de cables de alta tensión
Según el nivel de tensión, los cables de alta tensión se dividen en cables de media tensión (generalmente de 3 a 35 kV), cables de alta tensión (de 35 a 110 kV), cables de ultraalta tensión (de 110 a 500 kV) y cables de ultraalta tensión (superiores a 500 kV). Los cables de diferentes niveles de tensión difieren en su diseño estructural, requisitos de aislamiento, etc.
Desde la perspectiva de los materiales aislantes, además de los cables XLPE y los cables de papel-aceite mencionados anteriormente, también existen cables de caucho de etileno-propileno. Los cables de papel-aceite tienen una larga historia, pero debido a sus altos costos de mantenimiento y otras razones, han sido reemplazados gradualmente por los cables XLPE. El cable de caucho de etileno-propileno ofrece buena flexibilidad y resistencia a la intemperie, y es adecuado para ocasiones especiales.
3. Proceso de fabricación de cables de alta tensión
La fabricación de cables de alta tensión es un proceso complejo y delicado.
La fabricación de conductores requiere primero el estiramiento, torsión y otros procesos de las materias primas de cobre o aluminio para garantizar la precisión dimensional y las propiedades mecánicas del conductor. Durante el proceso de torsión, los hilos deben estar estrechamente dispuestos para mejorar la conductividad del conductor.
La extrusión de la capa aislante es uno de los pasos clave. Para la capa aislante de XLPE, el material se extruye a alta temperatura y se envuelve uniformemente sobre el conductor. Durante el proceso de extrusión, parámetros como la temperatura, la presión y la velocidad de extrusión deben controlarse estrictamente para garantizar la calidad y la uniformidad del espesor de la capa aislante.
La capa de blindaje suele fabricarse 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 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 cubierta exterior. La armadura metálica debe ajustarse firmemente al cable, y la extrusión de la cubierta exterior debe garantizar una apariencia lisa, sin defectos como burbujas ni grietas.
4. Características de rendimiento de los cables de alta tensión
En términos de rendimiento eléctrico, los cables de alta tensión deben tener alta resistencia de aislamiento, baja pérdida dieléctrica y buena resistencia a la tensión. Una alta resistencia de aislamiento previene eficazmente las fugas de corriente, una baja pérdida dieléctrica reduce la pérdida de energía eléctrica durante la transmisión y una buena resistencia a la tensión garantiza que el cable funcione de forma segura en entornos de alta tensión.
En cuanto a las propiedades mecánicas, el cable debe tener suficiente resistencia a la tracción, radio de curvatura y resistencia al impacto. Durante la instalación y el funcionamiento, el cable puede verse sometido a estiramientos, flexiones e impactos externos. Si las propiedades mecánicas son insuficientes, es fácil dañarlo.
El rendimiento térmico también es un aspecto importante. El cable genera calor durante su funcionamiento, especialmente al funcionar bajo cargas elevadas. Por lo tanto, debe tener una buena resistencia térmica y funcionar con normalidad dentro de un rango de temperatura determinado sin problemas como el envejecimiento del aislamiento. El cable XLPE tiene una resistencia térmica relativamente buena y puede funcionar durante mucho tiempo a temperaturas más altas.
5. Instalación y mantenimiento de cables de alta tensión
En cuanto a la instalación, lo primero que hay que hacer es planificar la ruta para garantizar que el tendido del cable sea razonable y seguro. Durante el tendido, se debe tener cuidado de evitar el estiramiento, la flexión y la extrusión excesivos del cable. Para el tendido de cables a larga distancia, se suelen utilizar equipos como transportadores de cable para facilitar la construcción.
La producción de empalmes de cables es un paso clave en el proceso de instalación. La calidad del empalme afecta directamente la fiabilidad operativa del cable. Al realizar empalmes, el cable debe pelarse, limpiarse, conectarse y aislarse. Cada paso debe realizarse estrictamente de acuerdo con los requisitos del proceso para garantizar que las propiedades eléctricas y mecánicas del empalme cumplan con los requisitos.
El mantenimiento es esencial para el funcionamiento estable a largo plazo de los cables de alta tensión. Las inspecciones periódicas permiten detectar rápidamente si el cable presenta daños en su apariencia o en su cubierta. Asimismo, se pueden utilizar equipos de prueba para comprobar el rendimiento del aislamiento y la descarga parcial del cable. Si se detectan problemas, estos deben repararse o reemplazarse a tiempo.
6. Fallo y detección de cables de alta tensión
Las fallas comunes en los cables de alta tensión incluyen la ruptura del aislamiento, la desconexión del conductor y el fallo de las uniones. La ruptura del aislamiento puede deberse al envejecimiento del aislamiento, una descarga parcial o una sobretensión externa. La desconexión del conductor suele deberse a una fuerza mecánica externa o una sobrecarga prolongada. El fallo de las uniones puede deberse a un proceso de fabricación deficiente o a un calentamiento excesivo durante el funcionamiento.
Para detectar estas fallas, existen diversos métodos. La detección de descargas parciales es un método común. Al detectar la señal generada por una descarga parcial en el cable, se puede determinar si existen defectos de aislamiento en su interior. La prueba de tensión soportada permite determinar la capacidad de tensión soportada del cable y detectar posibles problemas de aislamiento. Además, la tecnología de imagen térmica infrarroja permite detectar la distribución de la temperatura en la superficie del cable para determinar si presenta problemas como sobrecalentamiento local.
7. Tendencia de aplicación y desarrollo de cables de alta tensión en sistemas eléctricos.
En los sistemas eléctricos, los cables de alta tensión se utilizan ampliamente en la transformación de la red eléctrica urbana, las líneas de salida de grandes centrales eléctricas, la transmisión por cable submarino y otros campos. En las redes eléctricas urbanas, debido a la limitación de espacio, el uso de cables subterráneos permite ahorrar espacio y realzar la belleza de la ciudad. Las líneas de salida de grandes centrales eléctricas requieren el uso de cables de alta tensión para transportar electricidad a subestaciones distantes. La transmisión por cable submarino permite la transmisión de energía transoceánica y proporciona un suministro eléctrico estable a islas y zonas costeras.
Con el continuo desarrollo de la tecnología eléctrica, los cables de alta tensión también han mostrado ciertas tendencias. Una de ellas es la investigación, el desarrollo y la aplicación de cables con niveles de tensión más altos. Con el aumento de la demanda de transmisión de energía a larga distancia, el desarrollo de cables de ultraalta tensión se convertirá en una prioridad. La segunda es la inteligencia de los cables. Mediante la integración de sensores y otros equipos en el cable, se puede lograr la monitorización en tiempo real de su estado operativo y la alerta de fallos, mejorando así su fiabilidad operativa. La tercera es el desarrollo de cables respetuosos con el medio ambiente. A medida que aumentan las exigencias de la población en materia de protección ambiental, la investigación y el desarrollo de materiales para cables reciclables y poco contaminantes serán una dirección de desarrollo futura.
Hora de publicación: 24 de septiembre de 2024