Trong các hệ thống điện hiện đại, dây cáp cao thế đóng vai trò vô cùng quan trọng. Từ lưới điện ngầm trong thành phố đến đường dây truyền tải đường dài vượt núi, vượt sông, cáp cao thế đảm bảo truyền tải năng lượng điện hiệu quả, ổn định và an toàn. Bài viết này sẽ tìm hiểu sâu về các công nghệ khác nhau liên quan đến cáp điện áp cao, bao gồm cấu trúc, phân loại, quy trình sản xuất, đặc tính hiệu suất, lắp đặt và bảo trì.
1. Cấu tạo cơ bản của cáp cao thế
Cáp cao thế chủ yếu bao gồm dây dẫn, lớp cách điện, lớp che chắn và lớp bảo vệ.
Dây dẫn là kênh truyền 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. Những dây dẫn này thường ở dạng dây xoắn nhiều sợi để tăng tính linh hoạt.
Lớp cách điện là bộ phận quan trọng của cáp cao thế, có vai trò 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 polyetylen liên kết ngang (XLPE), giấy dầu, v.v. XLPE có đặc tính điện, khả năng chịu nhiệt và độ bền cơ học tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi trong cáp điện áp cao hiện đại.
Lớp che chắn được chia thành che chắn bên trong và che chắn bên ngoài. Tấm chắn bên trong được sử dụng để làm cho điện trường đồng đều và ngăn chặn sự phóng điện cục bộ làm hỏng lớp cách điện; tấm chắn bên ngoài có thể làm giảm nhiễu của trường điện từ bên ngoài lên cáp, đồng thời ngăn cáp có tác động điện từ đến thế giới bên ngoài.
Lớp bảo vệ chủ yếu bảo vệ cáp khỏi bị hư hại bởi các yếu tố bên ngoài như hư hỏng cơ học, ăn mòn hóa học và xâm nhập của nước. Nó thường bao gồm áo giáp kim loại và vỏ bọc bên ngoài. Áo giáp kim loại có thể cung cấp độ bền cơ học, và lớp vỏ bên ngoài có chức năng chống thấm nước và chống ăn mòn.
2. Phân loại cáp cao thế
Theo cấp điện áp, cáp cao thế có thể được chia thành cáp trung thế (thông thường là 3-35kV), cáp cao áp (35-110kV), cáp siêu cao áp (110-500kV) và cáp siêu cao áp (110-500kV). -cáp điện áp (trên 500kV). Cáp có các cấp điện áp khác nhau sẽ khác nhau về thiết kế kết cấu, yêu cầu cách điện, v.v.
Xét về mặt vật liệu cách điện, ngoài cáp XLPE và cáp giấy dầu nêu trên còn có cáp cao su ethylene-propylene. 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 ethylene propylene có tính linh hoạt và khả năng chống chịu thời tiết tốt, phù hợp cho một số dịp đặc biệt.
3. Quy trình sản xuất cáp cao thế
Việc sản xuất cáp điện áp cao là một quá trình phức tạp và tinh tế.
Việc sản xuất dây dẫn trước tiên đòi hỏi nguyên liệu thô bằng đồng hoặc nhôm phải được kéo căng, xoắn và các quá trình khác 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 chặt chẽ để nâng cao tính dẫn điện của dây dẫn.
Việc đùn lớp cách nhiệt là một trong những bước quan trọng. Đối với lớp cách điện XLPE, vật liệu XLPE được ép đùn ở nhiệt độ cao và bọc đều trên dây dẫn. Trong quá trình ép đùn, các thông số như nhiệt độ, áp suất và tốc độ ép đùn phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng và độ dày đồng đều của lớp cách nhiệt.
Lớp che chắn thường được làm bằng cách dệt dây kim loại hoặc quấn băng kim loại. Quy trình sản xuất tấm chắn bên trong và bên ngoài hơi khác nhau nhưng cả hai đều cần đảm bảo tính toàn vẹn của lớp che chắn và kết nối điện tốt.
Cuối cùng, việc sản xuất lớp bảo vệ bao gồm việc đặt áo giáp kim loại và đùn lớp vỏ bên ngoài. Lớp giáp kim loại phải vừa khít với cáp và lớp vỏ bên ngoài nhô ra phải đảm bảo vẻ ngoài mịn màng, không có khuyết tật như bong bóng và vết nứt.
4. Đặc tính hoạt động của cáp cao thế
Về hiệu suất điện, cáp 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 chặn rò rỉ dòng điện một cách hiệu quả, tổn thất điện môi thấp giúp 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 và khả năng chống va đập. Trong quá trình lắp đặt và vận hành, cáp có thể bị kéo, uốn và tác động của ngoại lực. Nếu tính chất cơ học không đủ sẽ dễ gây hư hỏng cáp.
Hiệu suất nhiệt cũng là một khía cạnh quan trọng. Cáp sẽ sinh nhiệt trong quá trình hoạt động, đặc biệt khi chạy ở mức tải cao. Vì vậy, cáp cần có khả năng chịu nhiệt tốt và có thể hoạt động bình thường trong khoảng nhiệt độ nhất định mà không gặp các vấn đề như lão hóa lớp cách điện. Cáp XLPE có khả năng chịu nhiệt tương đối tốt và có thể hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao hơn.
5. Lắp đặt và bảo trì đường cáp cao thế
Về lắp đặt, việc đầu tiên cần làm là quy hoạch đường đi để đảm bảo đường đi rải cáp hợp lý và an toàn. Trong quá trình lắp đặt, cần chú ý tránh kéo, uốn và đùn cáp quá mức. Đối với việc lắp đặt cáp ở khoảng cách xa, các thiết bị như băng tải cáp thường được sử dụng để hỗ trợ thi công.
Việc sản xuất các mối nối cáp là khâu then chốt trong quá trình lắp đặt. Chất lượng của mối nối ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy vận hành của cáp. Khi làm mối nối, cáp cần được tước, làm sạch, nối và cách điện. Mỗi bước cần phải được thực hiện nghiêm ngặt theo yêu cầu của quy trình để đảm bảo các tính chất cơ và điện của khớp đáp ứng yêu cầu.
Công việc bảo trì là cần thiết để cáp điện áp cao có thể hoạt động ổn định lâu dài. Việc kiểm tra thường xuyên có thể nhanh chóng phát hiện xem bề ngoài cáp có bị hỏng hay vỏ bọc bị 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 vấn đề, chúng cần được sửa chữa hoặc thay thế kịp thời.
6. Sự cố và phát hiện cáp cao thế
Các hư hỏng thường gặp của cáp điện áp cao bao gồm hư hỏng cách điện, đứt dây dẫn và hỏng khớp. Sự cố cách điện có thể xảy ra do cách điện bị lão hóa, phóng điện cục bộ hoặc quá điện áp bên ngoài. Việc đứt dây dẫn thường do ngoại lực cơ học hoặc do quá tải lâu dài gây ra. Hư hỏng khớp có thể do quá trình sản xuất khớp kém hoặc bị nóng quá mức trong quá trình vận hành.
Để phát hiện những lỗi này, có nhiều phương pháp phát hiện. Phát hiện phóng điện cục bộ là một phương pháp thường được sử dụng. Bằng cách phát hiện tín hiệu được tạo ra do phóng điện cục bộ 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 chụp ảnh nhiệt hồng ngoại có thể phát hiện sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt cáp, từ đó tìm hiểu xem cáp có vấn đề như quá nhiệt cục bộ hay không.
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 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 nên việc sử dụng cáp ngầm có thể tiết kiệm không gian và nâng cao mỹ quan thành phố. Đường dây đi của các nhà máy điện lớn đòi hỏi phải sử dụng cáp cao thế để truyền tải điện đến các trạm biến áp ở xa. Truyền tải cáp ngầm dưới biển 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 thế cũng cho thấy một số xu hướng phát triển. Một là nghiên cứu phát triển và ứng dụng các loại 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 sự thông minh của dây cáp. Bằng cách tích hợp các cảm biến và thiết bị khác vào cáp, có thể đạt được việc giám sát thời gian thực về trạng thái hoạt động của cáp và cảnh báo lỗi, từ đó cải thiện độ tin cậy vận hành của cáp. Thứ ba là phát triển các loại cáp thân thiện với môi trường. Khi yêu cầu bảo vệ môi trường của người dân ngày càng tăng, 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