Trong các hệ thống điện hiện đại, cáp cao thế đóng vai trò thiết yếu. Từ lưới điện ngầm trong thành phố đến đường dây truyền tải điện dài xuyên núi sông, cáp cao thế đảm bảo truyền tải điện năng hiệu quả, ổn định và an toàn. Bài viết này sẽ đi sâu tìm hiểu các công nghệ khác nhau liên quan đến cáp cao thế, bao gồm cấu trúc, phân loại, quy trình sản xuất, đặc tính hiệu suất, lắp đặt và bảo trì.
1.Cấu trúc cơ bản của cáp điện cao thế
Cáp 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 sợi xoắn nhiều sợi để tăng tính linh hoạt.
Lớp cách điện là bộ phận quan trọng của cáp điện cao thế, đóng vai trò ngăn ngừa rò rỉ dòng điện và cách ly ruột dẫn với môi trường 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 trong và lớp chắn ngoài. Lớp chắn trong có tác dụng làm cho trường điện đồng đều, ngăn ngừa phóng điện cục bộ làm hỏng lớp cách điện; lớp chắn ngoài có tác dụng giảm nhiễu của trường điện từ bên ngoài lên cáp, đồng thời ngăn cáp khỏi tác động điện từ ra môi trường bên ngoài.
Lớp bảo vệ chủ yếu bảo vệ cáp khỏi các tác nhân bên ngoài như hư hỏng cơ học, ăn mòn hóa học và sự xâm nhập của nước. Lớp bảo vệ thường được cấu tạo từ lớp giáp kim loại và lớp vỏ ngoài. Lớp giáp kim loại có thể cung cấp độ bền cơ học, còn lớp vỏ ngoài có chức năng chống thấm nước và chống ăn mòn.
2. Phân loại cáp cao thế
Theo cấp điện áp, cáp cao áp có thể được chia thành cáp trung áp (thường là 3-35kV), cáp cao áp (35-110kV), cáp siêu cao áp (110-500kV) và cáp siêu cao áp (trên 500kV). Các cấp điện áp khác nhau có thiết kế kết cấu, yêu cầu cách điện, v.v. khác nhau.
Xét về vật liệu cách điện, ngoài cáp XLPE và cáp giấy dầu đã đề cập ở trên, còn có cáp cao su etylen-propylen. Cáp giấy dầu có lịch sử lâu đời, nhưng do chi phí bảo trì cao và nhiều lý do khác, chúng đã dần được thay thế bằng cáp XLPE. Cáp cao su etylen-propylen có độ đàn hồi và khả năng chống chịu thời tiết tốt, phù hợp cho một số trường hợp đặc biệt.
3. Quy trình sản xuất cáp cao thế
Quá trình sản xuất cáp cao thế là một quá trình phức tạp và tinh vi.
Quá trình sản xuất dây dẫn trước tiên đòi hỏi phải kéo, 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 dây phải được sắp xếp khít nhau 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 lõi 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 đồng đều của lớp cách điện.
Lớp chắn thường được làm bằng cách đan lưới 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 lắp đặt lớp giáp kim loại và đùn vỏ bọc ngoài. Lớp giáp kim loại phải vừa khít với cáp, và quá trình đùn vỏ bọc 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 áp cần có điện trở cách điện cao, tổn thất điện môi thấp và khả năng chịu điện áp tốt. Điện trở cách điện cao có thể ngăn ngừa rò rỉ dòng điện hiệu quả, tổn thất điện môi thấp giúp giảm tổn thất điện năng 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 độ bền kéo, bán kính uốn và khả năng chịu va đập tốt. Trong quá trình lắp đặt và vận hành, cáp có thể bị kéo giãn, uốn cong và chịu tác động của ngoại lực. Nếu tính chất cơ học không đủ, cáp dễ bị hư hỏng.
Hiệu suất nhiệt cũng là một khía cạnh quan trọng. Cáp sẽ sinh nhiệt trong quá trình vận hành, đặc biệt là khi chịu tải cao. Do đó, cáp cần có khả năng chịu nhiệt tốt và có thể hoạt động bình thường trong một phạm vi nhiệt độ nhất định mà không gặp các vấn đề như lão hóa cách điện. Cáp XLPE có khả năng chịu nhiệt tương đối tốt và có thể hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao.
5. Lắp đặt và bảo trì cáp cao thế
Về lắp đặt, việc 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 hỗ trợ thi công như băng tải cáp.
Việc sản xuất mối nối cáp là một khâu then chốt trong quá trình lắp đặt. Chất lượng mối nối ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy vận hành của cáp. Khi thực hiện mối nối, cáp cần được tước vỏ, làm sạch, kết nối và cách điện. Mỗi bước cần được thực hiện nghiêm ngặt theo yêu cầu của quy trình để đảm bảo các đặc tính điện và cơ của mối nối đáp ứng yêu cầu.
Công tác bảo trì là điều cần thiết cho hoạt động ổn định lâu dài của cáp điện cao thế. Việc kiểm tra thường xuyên có thể phát hiện kịp thời xem bề ngoài cáp có bị hư hỏng hay vỏ cáp bị hư hỏng hay 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 cao thế
Các hư hỏng thường gặp của cáp điện cao thế bao gồm hư hỏng cách điện, đứt dây dẫn và hỏng mối nối. Hỏng cách điện có thể do lão hóa cách điện, phóng điện cục bộ hoặc quá áp bên ngoài. Việc đứt dây dẫn thường do tác động cơ học bên ngoài hoặc quá tải lâu dài. Hỏng mối nối có thể do quy trình sản xuất mối nối kém hoặc nhiệt độ tăng cao trong quá trình vận hành.
Có nhiều phương pháp phát hiện các lỗi này. Phương pháp phát hiện phóng điện cục bộ là phương pháp thường được sử dụng. Bằng cách phát hiện tín hiệu do phóng điện cục bộ tạo ra trong cáp, có thể xác định xem có khiếm khuyết 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, từ đó tìm ra các vấn đề như quá nhiệt cục bộ của cáp.
7. Ứng dụng và xu hướng phát triển của cáp cao thế trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện, cáp cao thế được sử dụng rộng rãi trong việc 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 mỹ quan đô thị. Đường dây ra của các nhà máy điện lớn đòi hỏi phải sử dụng cáp cao thế để truyền tải 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 không ngừng của công nghệ điện, cáp cao áp cũng đã cho thấy một số xu hướng phát triển. Thứ nhất là nghiên cứu, phát triển và ứng dụng cáp có cấp điện áp cao hơn. Với nhu cầu truyền tải điện đường dài ngày càng tăng, việc phát triển cáp siêu cao áp sẽ trở thành trọng tâm. Thứ hai là trí tuệ nhân tạo của cáp. Bằng cách tích hợp cảm biến và các thiết bị khác vào cáp, có thể giám sát trạng thái vận hành của cáp theo thời gian thực và cảnh báo sự cố, từ đó cải thiện độ tin cậy vận hành của cáp. Thứ ba là phát triển cáp thân thiện với môi trường. Khi yêu cầu bảo vệ môi trường của con người ngày càng tăng, việc nghiên cứu và phát triển vật liệu cáp ít ô nhiễm, có thể tái chế sẽ là hướng phát triển trong tương lai.
Thời gian đăng: 24-09-2024