Trong các hệ thống điện hiện đại, cáp điện cao thế đóng vai trò quan trọng. Từ lưới điện ngầm trong thành phố đến các đường dây truyền tải điện dài qua núi và sông, cáp điện cao thế đảm bảo truyền tải năng lượng điện hiệu quả, ổn định và an toàn. Bài viết này sẽ khám phá sâu hơn các công nghệ khác nhau liên quan đến cáp điện cao thế, bao gồm cấu trúc, phân loại, quy trình sản xuất, đặc điểm hiệu suất, lắp đặt và bảo trì.
1.Cấu trúc cơ bản của cáp điện cao thế
Cáp điện cao thế chủ yếu bao gồm lõi dẫn, lớp cách điện, lớp chắn và lớp bảo vệ.
Dây dẫn là kênh truyền tải dòng điện và thường được làm bằng đồng hoặc nhôm. Đồng có độ dẫn điện và độ dẻo tốt, trong khi nhôm có giá thành tương đối thấp và trọng lượng nhẹ. Các dây dẫn này thường ở dạng dây xoắn nhiều sợi để tăng tính linh hoạt.
Lớp cách điện là một bộ phận quan trọng của cáp điện cao thế, có tác dụng ngăn ngừa rò rỉ dòng điện và cách ly dây dẫn với thế giới bên ngoài. Các vật liệu cách điện phổ biến bao gồm polyethylene liên kết ngang (XLPE), giấy dầu, v.v. XLPE có đặc tính điện, khả năng chịu nhiệt và độ bền cơ học tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong cáp điện cao thế hiện đại.
Lớp chắn được chia thành lớp chắn bên trong và lớp chắn bên ngoài. Lớp chắn bên trong được sử dụng để làm cho trường điện đồng đều và ngăn chặn sự phóng điện cục bộ làm hỏng lớp cách điện; lớp chắn bên ngoài có thể làm giảm sự can thiệp của trường điện từ bên ngoài vào cáp và cũng ngăn cáp có tác động điện từ đến thế giới bên ngoài.
Lớp bảo vệ chủ yếu bảo vệ cáp khỏi hư hỏng do các yếu tố bên ngoài như hư hỏng cơ học, ăn mòn hóa học và xâm nhập nước. Nó thường được cấu tạo bởi lớp giáp kim loại và vỏ bọc bên ngoài. Lớp giáp kim loại có thể cung cấp độ bền cơ học, và lớp vỏ bọc bên ngoài có chức năng chống thấm nước và chống ăn mòn.
2. Phân loại cáp điện cao thế
Theo cấp điện áp, cáp cao thế có thể được chia thành cáp trung thế (thường là 3-35kV), cáp cao thế (35-110kV), cáp siêu cao thế (110-500kV) và cáp siêu cao thế (trên 500kV). Các cấp điện áp khác nhau của cáp khác nhau về thiết kế kết cấu, yêu cầu cách điện, v.v.
Theo góc độ vật liệu cách điện, ngoài cáp XLPE và cáp giấy dầu nêu trên, còn có cáp cao su etylen-propylen. Cáp giấy dầu có lịch sử lâu đời, nhưng do chi phí bảo trì cao và các lý do khác nên dần dần được thay thế bằng cáp XLPE. Cáp cao su etylen-propylen có độ đàn hồi và khả năng chống chịu thời tiết tốt, thích hợp cho một số trường hợp đặc biệt.
3. Quy trình sản xuất cáp điện cao thế
Quá trình sản xuất cáp điện cao thế là một quá trình phức tạp và tinh vi.
Quá trình sản xuất dây dẫn đầu tiên đòi hỏi phải kéo căng, xoắn và các quy trình khác đối với nguyên liệu đồng hoặc nhôm để đảm bảo độ chính xác về kích thước và tính chất cơ học của dây dẫn. Trong quá trình xoắn, các sợi của sợi phải được sắp xếp chặt chẽ để cải thiện độ dẫn điện của dây dẫn.
Đùn lớp cách điện là một trong những bước quan trọng. Đối với lớp cách điện XLPE, vật liệu XLPE được đùn ở nhiệt độ cao và được quấn đều trên dây dẫn. Trong quá trình đùn, các thông số như nhiệt độ, áp suất và tốc độ đùn phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng và độ dày đồng đều của lớp cách điện.
Lớp chắn thường được làm bằng cách đan dây kim loại hoặc quấn băng kim loại. Quy trình sản xuất lớp chắn bên trong và bên ngoài hơi khác nhau, nhưng cả hai đều cần đảm bảo tính toàn vẹn của lớp chắn và kết nối điện tốt.
Cuối cùng, quá trình sản xuất lớp bảo vệ bao gồm việc đặt lớp giáp kim loại và đùn lớp vỏ ngoài. Lớp giáp kim loại phải vừa khít với cáp và quá trình đùn lớp vỏ ngoài phải đảm bảo bề ngoài nhẵn mịn, không có khuyết tật như bong bóng và vết nứt.
4. Đặc tính hiệu suất của cáp điện cao thế
Về hiệu suất điện, cáp điện cao thế cần có điện trở cách điện cao, tổn thất điện môi thấp và điện trở tốt. Điện trở cách điện cao có thể ngăn ngừa rò rỉ dòng điện hiệu quả, tổn thất điện môi thấp làm giảm tổn thất năng lượng điện trong quá trình truyền tải và điện trở tốt đảm bảo cáp có thể hoạt động an toàn trong môi trường điện áp cao.
Về tính chất cơ học, cáp phải có đủ độ bền kéo, bán kính uốn cong và khả năng chống va đập. Trong quá trình lắp đặt và vận hành, cáp có thể bị kéo căng, uốn cong và tác động của lực bên ngoài. Nếu tính chất cơ học không đủ, dễ gây ra hư hỏng cáp.
Hiệu suất nhiệt cũng là một khía cạnh quan trọng. Cáp sẽ tỏa nhiệt trong quá trình vận hành, đặc biệt là khi chạy dưới tải trọng cao. Do đó, cáp cần có khả năng chịu nhiệt tốt và có thể hoạt động bình thường trong phạm vi nhiệt độ nhất định mà không gặp vấn đề gì như lão hóa cách điện. Cáp XLPE có khả năng chịu nhiệt tương đối tốt và có thể hoạt động trong thời gian dài ở nhiệt độ cao hơn.
5. Lắp đặt và bảo trì cáp điện cao thế
Về mặt lắp đặt, điều đầu tiên cần làm là lập kế hoạch đường đi để đảm bảo đường đi cáp hợp lý và an toàn. Trong quá trình lắp đặt, cần chú ý tránh kéo căng, uốn cong và đùn cáp quá mức. Đối với việc lắp đặt cáp đường dài, thường sử dụng các thiết bị như băng tải cáp để hỗ trợ thi công.
Sản xuất mối nối cáp là mắt xích then chốt trong quá trình lắp đặt. Chất lượng mối nối ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy vận hành của cáp. Khi tạo mối nối, cáp cần được tước, vệ sinh, kết nối và cách điện. Mỗi bước cần được thực hiện nghiêm ngặt theo yêu cầu của quy trình để đảm bảo các tính chất điện và cơ của mối nối đáp ứng các yêu cầu.
Công tác bảo trì là điều cần thiết để cáp điện cao thế hoạt động ổn định lâu dài. Kiểm tra thường xuyên có thể phát hiện kịp thời xem bề ngoài cáp có bị hư hỏng hay vỏ cáp có bị hư hỏng không. Đồng thời, một số thiết bị kiểm tra cũng có thể được sử dụng để kiểm tra hiệu suất cách điện và phóng điện cục bộ của cáp. Nếu phát hiện ra vấn đề, cần sửa chữa hoặc thay thế kịp thời.
6. Sự cố và phát hiện cáp điện cao thế
Các lỗi thường gặp của cáp điện cao thế bao gồm hỏng lớp cách điện, ngắt kết nối dây dẫn và hỏng mối nối. Hỏng lớp cách điện có thể do lớp cách điện bị lão hóa, phóng điện cục bộ hoặc quá áp bên ngoài. Việc ngắt kết nối dây dẫn thường do lực cơ học bên ngoài hoặc quá tải trong thời gian dài. Hỏng mối nối có thể do quy trình sản xuất mối nối kém hoặc quá nhiệt trong quá trình vận hành.
Để phát hiện các lỗi này, có nhiều phương pháp phát hiện. Phát hiện phóng điện cục bộ là phương pháp thường được sử dụng. Bằng cách phát hiện tín hiệu do phóng điện cục bộ trong cáp tạo ra, có thể xác định xem có lỗi cách điện bên trong cáp hay không. Kiểm tra điện áp chịu đựng có thể phát hiện khả năng chịu đựng điện áp của cáp và tìm ra các vấn đề cách điện tiềm ẩn. Ngoài ra, công nghệ hình ảnh nhiệt hồng ngoại có thể phát hiện sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt cáp, để tìm ra xem cáp có vấn đề gì như quá nhiệt cục bộ hay không.
7. Ứng dụng và xu hướng phát triển của cáp điện cao thế trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện, cáp điện cao thế được sử dụng rộng rãi trong chuyển đổi lưới điện đô thị, đường dây ra của các nhà máy điện lớn, truyền tải cáp ngầm và các lĩnh vực khác. Trong lưới điện đô thị, do không gian hạn chế, việc sử dụng cáp ngầm có thể tiết kiệm không gian và cải thiện vẻ đẹp của thành phố. Đường dây ra của các nhà máy điện lớn đòi hỏi phải sử dụng cáp điện cao thế để truyền điện đến các trạm biến áp xa. Truyền tải cáp ngầm có thể thực hiện truyền tải điện xuyên biển và cung cấp nguồn điện ổn định cho các đảo và khu vực ven biển.
Với sự phát triển liên tục của công nghệ điện, cáp điện cao thế cũng đã cho thấy một số xu hướng phát triển. Một là nghiên cứu phát triển và ứng dụng các loại cáp có mức điện áp cao hơn. Với nhu cầu truyền tải điện đường dài ngày càng tăng, việc phát triển cáp điện siêu cao thế sẽ trở thành trọng tâm. Thứ hai là trí thông minh của cáp. Bằng cách tích hợp các cảm biến và các thiết bị khác vào cáp, có thể theo dõi thời gian thực trạng thái hoạt động của cáp và cảnh báo lỗi, do đó cải thiện độ tin cậy hoạt động của cáp. Thứ ba là phát triển cáp thân thiện với môi trường. Khi yêu cầu của mọi người về bảo vệ môi trường tăng lên, việc nghiên cứu và phát triển vật liệu cáp có thể tái chế, ít ô nhiễm sẽ là hướng phát triển trong tương lai.
Thời gian đăng: 24-09-2024