In modernen Energiesystemen spielen Hochspannungskabel eine entscheidende Rolle. Von unterirdischen Stromnetzen in Städten bis hin zu Fernübertragungsleitungen über Berge und Flüsse sorgen Hochspannungskabel für eine effiziente, stabile und sichere Übertragung elektrischer Energie. In diesem Artikel werden die verschiedenen Technologien im Zusammenhang mit Hochspannungskabeln eingehend untersucht, einschließlich ihrer Struktur, Klassifizierung, Herstellungsprozess, Leistungsmerkmale, Installation und Wartung.
1.Grundlegender Aufbau von Hochspannungskabeln
Hochspannungskabel bestehen hauptsächlich aus Leitern, Isolationsschichten, Abschirmschichten und Schutzschichten.
Der Leiter ist der Übertragungskanal für Strom und besteht meist aus Kupfer oder Aluminium. Kupfer hat eine gute Leitfähigkeit und Duktilität, während Aluminium relativ kostengünstig und leicht ist. Diese Leiter haben im Allgemeinen die Form von mehradrigen, verdrillten Drähten, um die Flexibilität zu erhöhen.
Die Isolierschicht ist ein wichtiger Bestandteil des Hochspannungskabels. Sie spielt eine Rolle bei der Verhinderung von Stromlecks und der Isolierung des Leiters von der Außenwelt. Zu den gängigen Isoliermaterialien gehören vernetztes Polyethylen (XLPE), Ölpapier usw. XLPE verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften, Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit und wird häufig in modernen Hochspannungskabeln verwendet.
Die Abschirmschicht ist in Innenabschirmung und Außenabschirmung unterteilt. Die innere Abschirmung dient dazu, das elektrische Feld gleichmäßig zu machen und zu verhindern, dass lokale Entladungen die Isolationsschicht beschädigen. Die äußere Abschirmung kann die Beeinträchtigung des Kabels durch das externe elektromagnetische Feld verringern und außerdem verhindern, dass das Kabel elektromagnetische Auswirkungen auf die Außenwelt hat.
Die Schutzschicht schützt das Kabel hauptsächlich vor Schäden durch äußere Faktoren wie mechanische Beschädigung, chemische Korrosion und Eindringen von Wasser. Es besteht normalerweise aus einer Metallpanzerung und einer Außenhülle. Die Metallpanzerung kann mechanische Festigkeit bieten und die Außenhülle hat wasserdichte und korrosionsbeständige Funktionen.
2. Klassifizierung von Hochspannungskabeln
Je nach Spannungsniveau können Hochspannungskabel in Mittelspannungskabel (im Allgemeinen 3–35 kV), Hochspannungskabel (35–110 kV), Ultrahochspannungskabel (110–500 kV) und Ultrahochspannungskabel unterteilt werden -Spannungskabel (über 500 kV). Kabel unterschiedlicher Spannungsebene unterscheiden sich im konstruktiven Aufbau, in den Isolationsanforderungen usw.
Aus Sicht der Isoliermaterialien gibt es neben den oben genannten XLPE-Kabeln und Öl-Papier-Kabeln auch Ethylen-Propylen-Gummikabel. Öl-Papier-Kabel haben eine lange Geschichte, wurden aber aufgrund ihrer hohen Wartungskosten und aus anderen Gründen nach und nach durch XLPE-Kabel ersetzt. Ethylen-Propylen-Gummikabel haben eine gute Flexibilität und Wetterbeständigkeit und eignen sich für einige besondere Anlässe.
3. Herstellungsprozess von Hochspannungskabeln
Die Herstellung von Hochspannungskabeln ist ein komplexer und heikler Prozess.
Bei der Herstellung von Leitern müssen zunächst die Kupfer- oder Aluminiumrohstoffe gedehnt, verdrillt und andere Prozesse durchgeführt werden, um die Maßhaltigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Leiters sicherzustellen. Während des Verdrillvorgangs müssen die Litzen der Litzen eng angeordnet werden, um die Leitfähigkeit des Leiters zu verbessern.
Die Extrusion der Dämmschicht ist einer der Schlüsselschritte. Für die XLPE-Isolierschicht wird das XLPE-Material bei hoher Temperatur extrudiert und gleichmäßig auf den Leiter gewickelt. Während des Extrusionsprozesses müssen Parameter wie Temperatur, Druck und Extrusionsgeschwindigkeit streng kontrolliert werden, um die Qualität und Dickengleichmäßigkeit der Isolierschicht sicherzustellen.
Die Abschirmschicht wird üblicherweise durch Metalldrahtweben oder Metallbandumwickeln hergestellt. Die Herstellungsprozesse der inneren und äußeren Abschirmung unterscheiden sich geringfügig, aber beide müssen die Integrität der Abschirmschicht und eine gute elektrische Verbindung gewährleisten.
Schließlich umfasst die Herstellung der Schutzschicht das Auflegen der Metallpanzerung und das Extrudieren des Außenmantels. Die Metallarmierung sollte fest am Kabel anliegen und die Extrusion des Außenmantels sollte ein glattes Erscheinungsbild ohne Mängel wie Blasen und Risse gewährleisten.
4. Leistungsmerkmale von Hochspannungskabeln
Im Hinblick auf die elektrische Leistung müssen Hochspannungskabel einen hohen Isolationswiderstand, einen geringen dielektrischen Verlust und eine gute Spannungsfestigkeit aufweisen. Ein hoher Isolationswiderstand kann Stromlecks wirksam verhindern, ein geringer dielektrischer Verlust reduziert den Verlust elektrischer Energie während der Übertragung und eine gute Spannungsbeständigkeit gewährleistet, dass das Kabel in einer Hochspannungsumgebung sicher betrieben werden kann.
Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften sollte das Kabel über ausreichende Zugfestigkeit, Biegeradius und Schlagfestigkeit verfügen. Während der Installation und des Betriebs kann das Kabel Dehnungen, Biegungen und äußeren Krafteinwirkungen ausgesetzt sein. Bei unzureichenden mechanischen Eigenschaften kann es leicht zu Kabelschäden kommen.
Auch die thermische Leistung ist ein wichtiger Aspekt. Das Kabel erzeugt im Betrieb Wärme, insbesondere bei hoher Belastung. Daher muss das Kabel eine gute Hitzebeständigkeit aufweisen und in einem bestimmten Temperaturbereich normal funktionieren können, ohne dass Probleme wie die Alterung der Isolierung auftreten. XLPE-Kabel weisen eine relativ gute Hitzebeständigkeit auf und können lange Zeit bei höheren Temperaturen betrieben werden.
5. Installation und Wartung von Hochspannungskabeln
Bei der Installation gilt es zunächst, den Weg so zu planen, dass die Kabelverlegung sinnvoll und sicher verläuft. Bei der Verlegung ist darauf zu achten, dass das Kabel nicht übermäßig gedehnt, gebogen oder herausgedrückt wird. Bei der Kabelverlegung über weite Distanzen werden in der Regel bauunterstützende Geräte wie Kabelförderer eingesetzt.
Die Herstellung von Kabelverbindungen ist ein wichtiger Bestandteil des Installationsprozesses. Die Qualität der Verbindung hat direkten Einfluss auf die Betriebssicherheit des Kabels. Beim Herstellen von Verbindungen muss das Kabel abisoliert, gereinigt, angeschlossen und isoliert werden. Jeder Schritt muss streng nach den Prozessanforderungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Verbindung den Anforderungen entsprechen.
Für den langfristig stabilen Betrieb von Hochspannungskabeln sind Wartungsarbeiten unerlässlich. Durch regelmäßige Inspektionen kann frühzeitig erkannt werden, ob das Kabelbild beschädigt ist oder der Mantel beschädigt ist. Gleichzeitig können einige Prüfgeräte auch zur Prüfung der Isolationsleistung und Teilentladung des Kabels eingesetzt werden. Wenn Probleme festgestellt werden, sollten diese rechtzeitig repariert oder ersetzt werden.
6. Ausfall und Erkennung von Hochspannungskabeln
Zu den häufigsten Ausfällen von Hochspannungskabeln gehören Isolationsdurchschlag, Leiterunterbrechung und Verbindungsversagen. Ein Isolationsausfall kann durch Isolationsalterung, Teilentladung oder externe Überspannung verursacht werden. Eine Leiterunterbrechung wird in der Regel durch mechanische Einwirkung von außen oder langfristige Überlastung verursacht. Ein Verbindungsversagen kann durch einen schlechten Herstellungsprozess der Verbindung oder eine starke Erwärmung während des Betriebs verursacht werden.
Um diese Fehler zu erkennen, gibt es viele Erkennungsmethoden. Die Teilentladungserkennung ist eine häufig verwendete Methode. Durch die Erkennung des durch Teilentladung im Kabel erzeugten Signals kann festgestellt werden, ob im Kabel Isolationsfehler vorliegen. Der Spannungsfestigkeitstest kann die Spannungsfestigkeit des Kabels ermitteln und potenzielle Isolationsprobleme aufdecken. Darüber hinaus kann die Infrarot-Wärmebildtechnik die Temperaturverteilung auf der Kabeloberfläche erfassen, um herauszufinden, ob das Kabel Probleme wie lokale Überhitzung aufweist.
7.Anwendungs- und Entwicklungstrend von Hochspannungskabeln in Energiesystemen
In Energiesystemen werden Hochspannungskabel häufig bei der Umgestaltung städtischer Stromnetze, bei Abgangsleitungen großer Kraftwerke, bei der U-Boot-Kabelübertragung und in anderen Bereichen eingesetzt. In städtischen Stromnetzen kann der Einsatz von Erdkabeln aufgrund des begrenzten Platzes Platz sparen und die Schönheit der Stadt verbessern. Die Abgänge großer Kraftwerke erfordern den Einsatz von Hochspannungskabeln zur Stromübertragung zu entfernten Umspannwerken. Die U-Boot-Kabelübertragung kann eine Stromübertragung über das Meer hinweg ermöglichen und eine stabile Stromversorgung für Inseln und Küstengebiete gewährleisten.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Energietechnik haben auch Hochspannungskabel einige Entwicklungstrends gezeigt. Einer davon ist die Forschung und Entwicklung sowie der Einsatz von Kabeln mit höheren Spannungsebenen. Mit der steigenden Nachfrage nach Energieübertragungen über große Entfernungen wird die Entwicklung von Höchstspannungskabeln in den Mittelpunkt rücken. Das zweite ist die Intelligenz von Kabeln. Durch die Integration von Sensoren und anderen Geräten in das Kabel können eine Echtzeitüberwachung des Betriebsstatus des Kabels und Fehlerwarnungen erreicht werden, wodurch die Betriebszuverlässigkeit des Kabels verbessert wird. Der dritte Punkt ist die Entwicklung umweltfreundlicher Kabel. Da die Anforderungen der Menschen an den Umweltschutz steigen, wird die Forschung und Entwicklung schadstoffarmer, recycelbarer Kabelmaterialien eine zukünftige Entwicklungsrichtung sein.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24.09.2024