Trong các hệ thống điện hiện đại, cáp cao áp đóng vai trò vô cùng quan trọng. Từ lưới điện ngầm trong thành phố đến các đường dây truyền tải đường dài xuyên núi sông, cáp cao áp đảm bảo việc 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 áp, 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 áp
Cáp điện cao áp chủ yếu bao gồm dây dẫn, lớp cách điện, lớp chắn và lớp bảo vệ.
Dây dẫn là kênh truyền dẫn 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 có dạng dây xoắn nhiều sợi để tăng tính linh hoạt.
Lớp cách điện là một phần quan trọng của cáp cao áp, đóng vai trò ngăn ngừa rò rỉ dòng điện và cách ly dây dẫn khỏi môi trường 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, được sử dụng rộng rãi trong các loại cáp cao áp 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 điện trường đồng đều và ngăn ngừa sự phóng điện cục bộ làm hỏng lớp cách điện; lớp chắn bên ngoài có thể giảm nhiễu của điện trường bên ngoài lên cáp, đồng thời ngăn cáp gây ra tác động điện từ lên môi trường bên ngoài.
Lớp bảo vệ chủ yếu bảo vệ cáp khỏi hư hại do các yếu tố bên ngoài như hư hại cơ học, ăn mòn hóa học và sự xâm nhập của nước. Nó thường bao gồm 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 điện cao áp
Theo cấp điện áp, cáp cao áp có thể được chia thành cáp trung áp (thường từ 3-35kV), cáp cao áp (35-110kV), cáp siêu cao áp (110-500kV) và cáp siêu cao áp (trên 500kV). Cáp ở các cấp điện áp khác nhau có thiết kế cấu trúc, yêu cầu cách điện, v.v. khác nhau.
Xét về vật liệu cách điện, ngoài các loại cáp XLPE và cáp giấy dầu đã đề cập ở trên, còn có cáp cao su ethylene-propylene. Cáp giấy dầu có lịch sử lâu đời, nhưng do chi phí bảo trì cao và một số lý do khác, chúng dần được thay thế bằng cáp XLPE. Cáp cao su ethylene-propylene có độ dẻo dai và khả năng chống chịu thời tiết tốt, phù hợp cho một số trường hợp đặc biệt.
3. Quy trình sản xuất cáp điện cao áp
Việc sản xuất cáp điện cao áp là một quá trình phức tạp và đòi hỏi sự tinh tế.
Quá trình sản xuất dây dẫn trước tiên đòi hỏi nguyên liệu thô bằng đồng hoặc nhôm phải được kéo giãn, xoắn và thực hiện các quy trình khác để đảm bảo độ chính xác về kích thước và các đặc tính cơ học của dây dẫn. Trong quá trình xoắn, các sợi nhỏ phải được sắp xếp sát nhau để cải thiện khả năng dẫn điện của dây dẫn.
Quá trình ép đùn lớp cách điện là một trong những bước quan trọng. Đối với lớp cách điện XLPE, vật liệu XLPE được ép đùn ở nhiệt độ cao và được quấn đều lên 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 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 có đôi chút khác biệt, nhưng cả hai đều cần đảm bảo tính toàn vẹn của lớp chắn và khả năng dẫn điện tốt.
Cuối cùng, quá trình sản xuất lớp bảo vệ bao gồm việc đặt lớp giáp kim loại và ép đùn lớp vỏ ngoài. Lớp giáp kim loại phải ôm sát cáp, và quá trình ép đùn lớp vỏ ngoài phải đảm bảo bề mặt nhẵn mịn, không có khuyết điểm như bọt khí và vết nứt.
4. Đặc tính hoạt động của cáp điện cao áp
Về hiệu suất điện, cáp cao áp cần có điện trở cách điện cao, tổn hao 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 hao điện môi thấp giúp giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải, và khả năng chịu điện áp tốt đảm bảo cáp có thể hoạt động an toàn trong môi trường cao áp.
Về các đặc tính cơ học, cáp cần có độ bền kéo, bán kính uốn và khả năng chịu va đập đủ tốt. Trong quá trình lắp đặt và vận hành, cáp có thể bị kéo căng, uốn cong và chịu tác động của lực bên ngoài. Nếu các đặc tính cơ học không đủ, rất dễ gây hư hỏng cáp.
Khả năng chịu nhiệt cũng là một khía cạnh quan trọng. Cáp sẽ sinh nhiệt trong quá trình hoạt động, đặc biệt là khi hoạt động dưới tải trọng 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 lớp 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 áp
Về mặt lắp đặt, việc đầu tiên cần làm là lập kế hoạch đường đi để đảm bảo đường đặt cáp hợp lý và an toàn. Trong quá trình đặt cáp, cần cẩn thận để tránh kéo căng, uốn cong và ép cáp quá mức. Đối với việc đặt cáp đường dài, các thiết bị như băng tải cáp thường được sử dụng để hỗ trợ thi công.
Việc sản xuất các mối nối cáp là một khâu quan trọng trong quá trình lắp đặt. Chất lượng của mối nối ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy hoạt động của cáp. Khi làm mối nối, cáp cần được bóc vỏ, làm sạch, 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 học của mối nối đáp ứng yêu cầu.
Công tác bảo trì rất cần thiết cho hoạt động ổn định lâu dài của cáp điện cao áp. Việc kiểm tra định kỳ có thể phát hiện kịp thời xem bề ngoài cáp có bị hư hại hay lớp vỏ bọc có bị hỏng hay không. Đồng thời, một số thiết bị thử nghiệm 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, cần phải sửa chữa hoặc thay thế kịp thời.
6. Hỏng hóc và phát hiện cáp điện cao áp
Các sự cố thường gặp của cáp cao áp bao gồm hỏng lớp cách điện, đứt dây dẫn và hỏng mối nối. Hỏng lớp cách điện có thể do lão hóa lớp cách điện, phóng điện cục bộ hoặc quá áp bên ngoài. Đứt dây dẫn thường do lực tác động bên ngoài hoặc quá tải kéo dài. Hỏng mối nối có thể do quy trình sản xuất mối nối kém hoặc quá nhiệt nghiêm trọng trong quá trình vận hành.
Để phát hiện những lỗi này, có rất nhiều phương pháp kiểm tra. Phát hiện phóng điện cục bộ là một phương pháp thường được sử dụng. Bằng cách phát hiện tín hiệu do phóng điện cục bộ trong cáp tạo ra, người ta có thể xác định xem có khuyết tật cách điện bên trong cáp hay không. Thử nghiệm điện áp chịu đựng có thể phát hiện khả năng chịu 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, để tìm ra xem cáp có các vấn đề như quá nhiệt cục bộ hay không.
7. Ứng dụng và xu hướng phát triển của cáp điện cao áp trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện, cáp cao áp được sử dụng rộng rãi trong việc chuyển đổi lưới điện đô thị, đường dây tải điện 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 nâng cao tính thẩm mỹ của thành phố. Đường dây tải điện của các nhà máy điện lớn cần sử dụng cáp cao áp để truyền tải điện đến các trạm biến áp ở 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.
Cùng 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 các loại cáp có điện áp cao hơn. Với nhu cầu ngày càng tăng về truyền tải điện đường dài, việc phát triển cáp siêu cao áp sẽ trở thành trọng tâm. Thứ hai là tính thông minh của cáp. Bằng cách tích hợp các cảm biến và thiết bị khác vào cáp, có thể thực hiện giám sát thời gian thực trạng thái hoạt động của cáp và cảnh báo lỗi, từ đó nâng cao độ tin cậy hoạt động của cáp. Thứ ba là phát triển các loại cáp thân thiện với môi trường. Khi yêu cầu của con người về bảo vệ môi trường ngày càng tăng, nghiên cứu và phát triển các vật liệu cáp ít gây ô nhiễm, có thể tái chế sẽ là hướng phát triển trong tương lai.
Thời gian đăng bài: 24/09/2024