In modernen Stromsystemen spielen Hochspannungskabel eine entscheidende Rolle. Von unterirdischen Stromnetzen in Städten bis hin zu Fernleitungen über Berge und Flüsse sorgen Hochspannungskabel für eine effiziente, stabile und sichere Übertragung elektrischer Energie. Dieser Artikel untersucht detailliert die verschiedenen Technologien im Zusammenhang mit Hochspannungskabeln, einschließlich Aufbau, Klassifizierung, Herstellungsprozess, Leistungsmerkmalen, Installation und Wartung.
1.Grundaufbau von Hochspannungskabeln
Hochspannungskabel bestehen hauptsächlich aus Leitern, Isolationsschichten, Abschirmschichten und Schutzschichten.
Der Leiter ist der Übertragungskanal für Strom und besteht üblicherweise aus Kupfer oder Aluminium. Kupfer weist eine gute Leitfähigkeit und Duktilität auf, während Aluminium relativ günstig und leicht ist. Diese Leiter bestehen in der Regel aus mehradrig verdrillten Drähten, um die Flexibilität zu erhöhen.
Die Isolationsschicht ist ein wichtiger Bestandteil des Hochspannungskabels. Sie verhindert Stromlecks und isoliert den Leiter von der Außenwelt. Gängige Isoliermaterialien sind vernetztes Polyethylen (XLPE), Ölpapier usw. XLPE verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften, Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit und wird häufig in modernen Hochspannungskabeln verwendet.
Die Abschirmschicht ist in eine innere und eine äußere Abschirmung 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 Störungen des externen elektromagnetischen Felds auf das Kabel reduzieren und außerdem verhindern, dass das Kabel elektromagnetische Auswirkungen auf die Außenwelt hat.
Die Schutzschicht schützt das Kabel vor äußeren Einflüssen wie mechanischer Beschädigung, chemischer Korrosion und Wassereintritt. Sie besteht üblicherweise aus einer Metallpanzerung und einem Außenmantel. Die Metallpanzerung sorgt für mechanische Festigkeit, während der Außenmantel wasserdicht und korrosionsbeständig ist.
2. Klassifizierung von Hochspannungskabeln
Je nach Spannungsniveau werden Hochspannungskabel in Mittelspannungskabel (in der Regel 3–35 kV), Hochspannungskabel (35–110 kV), Ultrahochspannungskabel (110–500 kV) und Ultrahochspannungskabel (über 500 kV) unterteilt. Kabel unterschiedlicher Spannungsniveaus unterscheiden sich in ihrem strukturellen Aufbau, den Isolationsanforderungen usw.
Aus Sicht der Isoliermaterialien gibt es neben den oben genannten VPE-Kabeln und Öl-Papier-Kabeln auch Ethylen-Propylen-Kautschuk-Kabel. Öl-Papier-Kabel haben eine lange Geschichte, wurden aber aufgrund ihrer hohen Wartungskosten und anderer Gründe nach und nach durch VPE-Kabel ersetzt. Ethylen-Propylen-Kautschuk-Kabel zeichnen sich durch gute Flexibilität und Witterungsbeständigkeit aus und eignen sich für besondere Anlässe.
3. Herstellungsprozess von Hochspannungskabeln
Die Herstellung von Hochspannungskabeln ist ein komplexer und heikler Prozess.
Bei der Herstellung von Leitern müssen die Kupfer- oder Aluminiumrohstoffe zunächst gedehnt, verdrillt und anderen Prozessen unterzogen werden, um die Maßgenauigkeit 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 Isolationsschicht ist einer der wichtigsten Schritte. Für die XLPE-Isolationsschicht 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 Isolationsschicht zu gewährleisten.
Die Abschirmschicht wird üblicherweise durch Metalldrahtweben oder Metallbandwickeln hergestellt. Die Herstellungsverfahren der inneren und äußeren Abschirmung unterscheiden sich geringfügig, müssen jedoch beide die Integrität der Abschirmschicht und eine gute elektrische Verbindung gewährleisten.
Schließlich umfasst die Herstellung der Schutzschicht das Aufbringen der Metallpanzerung und die Extrusion des Außenmantels. Die Metallpanzerung sollte eng am Kabel anliegen, und die Extrusion des Außenmantels sollte ein glattes Erscheinungsbild ohne Defekte wie Blasen und Risse gewährleisten.
4. Leistungsmerkmale von Hochspannungskabeln
Hochspannungskabel müssen hinsichtlich ihrer elektrischen Leistung einen hohen Isolationswiderstand, geringe dielektrische Verluste und eine gute Spannungsfestigkeit aufweisen. Ein hoher Isolationswiderstand verhindert wirksam Stromverluste, geringe dielektrische Verluste reduzieren den Verlust elektrischer Energie während der Übertragung und eine gute Spannungsfestigkeit gewährleistet den sicheren Betrieb des Kabels in Hochspannungsumgebungen.
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 unter hoher Belastung. Daher muss das Kabel eine gute Hitzebeständigkeit aufweisen und innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs ohne Probleme wie Alterung der Isolierung funktionieren. 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 ist zunächst die Planung des Kabelverlaufs wichtig, um eine sinnvolle und sichere Kabelverlegung zu gewährleisten. Beim Verlegen ist darauf zu achten, dass das Kabel nicht übermäßig gedehnt, gebogen oder extrudiert wird. Bei der Kabelverlegung über große Entfernungen werden üblicherweise Geräte wie Kabelförderer eingesetzt, um die Bauarbeiten zu unterstützen.
Die Herstellung von Kabelverbindungen ist ein zentrales Element im Installationsprozess. Die Qualität der Verbindung wirkt sich direkt auf die Betriebssicherheit des Kabels aus. Bei der Herstellung 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.
Wartungsarbeiten sind für den langfristig stabilen Betrieb von Hochspannungskabeln unerlässlich. Regelmäßige Inspektionen können schnell feststellen, ob das Kabel optisch beschädigt ist oder der Kabelmantel beschädigt ist. Gleichzeitig können einige Prüfgeräte auch zur Prüfung der Isolationsleistung und der Teilentladung des Kabels eingesetzt werden. Bei Problemen sollten diese rechtzeitig repariert oder ausgetauscht werden.
6. Ausfall und Erkennung von Hochspannungskabeln
Häufige Fehler an Hochspannungskabeln sind Isolationsdurchschläge, Leiterunterbrechungen und Verbindungsfehler. Isolationsdurchschläge können durch Alterung der Isolierung, Teilentladungen oder externe Überspannungen verursacht werden. Leiterunterbrechungen werden in der Regel durch mechanische äußere Krafteinwirkung oder langfristige Überlastung verursacht. Verbindungsfehler können durch mangelhafte Verbindungsherstellung oder starke Erwärmung während des Betriebs verursacht werden.
Um diese Fehler zu erkennen, gibt es verschiedene Erkennungsmethoden. Die Teilentladungserkennung ist eine häufig verwendete Methode. Durch die Erkennung des durch die Teilentladung im Kabel erzeugten Signals kann festgestellt werden, ob das Kabel Isolationsfehler aufweist. Die Spannungsfestigkeitsprüfung kann die Spannungsfestigkeit des Kabels ermitteln und potenzielle Isolationsprobleme aufdecken. Darüber hinaus kann die Infrarot-Wärmebildtechnologie die Temperaturverteilung auf der Kabeloberfläche erfassen, um festzustellen, ob das Kabel Probleme wie lokale Überhitzung aufweist.
7.Anwendungs- und Entwicklungstrend von Hochspannungskabeln in Stromversorgungssystemen
In Stromversorgungssystemen werden Hochspannungskabel häufig für die Umrüstung städtischer Stromnetze, für Ableitungen großer Kraftwerke, für die Seekabelübertragung und andere Bereiche eingesetzt. In städtischen Stromnetzen kann der Einsatz von Erdkabeln aufgrund des begrenzten Platzes Platz sparen und die Schönheit der Stadt verbessern. Die Ableitungen großer Kraftwerke benötigen Hochspannungskabel, um Strom zu entfernten Umspannwerken zu übertragen. Seekabelübertragung ermöglicht die Übertragung von Strom über das Meer und sorgt für eine stabile Stromversorgung von Inseln und Küstengebieten.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Energietechnik haben sich auch bei Hochspannungskabeln einige Entwicklungstrends ergeben. Ein Trend ist die Forschung, Entwicklung und Anwendung von Kabeln mit höheren Spannungen. Mit der steigenden Nachfrage nach Stromübertragung über große Entfernungen rückt die Entwicklung von Ultrahochspannungskabeln in den Fokus. Ein weiterer Trend ist die Intelligenz von Kabeln. Durch die Integration von Sensoren und anderen Geräten in das Kabel können der Betriebszustand des Kabels in Echtzeit überwacht und Fehlerwarnungen ausgegeben werden, wodurch die Betriebszuverlässigkeit des Kabels verbessert wird. Ein dritter Trend ist die Entwicklung umweltfreundlicher Kabel. Angesichts der steigenden Anforderungen der Menschen an den Umweltschutz wird die Forschung und Entwicklung schadstoffarmer, recycelbarer Kabelmaterialien eine zukünftige Entwicklungsrichtung sein.
Veröffentlichungszeit: 24. September 2024