إرسال الضوء عبر آلاف الأميال – استكشاف الغموض والابتكار في الكابلات ذات الجهد العالي

في أنظمة الطاقة الحديثة، تلعب الكابلات ذات الجهد العالي دورًا حيويًا. من شبكات الطاقة تحت الأرض في المدن إلى خطوط النقل لمسافات طويلة عبر الجبال والأنهار، تضمن الكابلات عالية الجهد نقل الطاقة الكهربائية بشكل فعال ومستقر وآمن. سوف تستكشف هذه المقالة بعمق التقنيات المختلفة المتعلقة بالكابلات ذات الجهد العالي، بما في ذلك هيكلها وتصنيفها وعملية التصنيع وخصائص الأداء والتركيب والصيانة.
1. الهيكل الأساسي لكابلات الجهد العالي

تتكون الكابلات ذات الجهد العالي بشكل أساسي من الموصلات وطبقات العزل وطبقات التدريع والطبقات الواقية.

الموصل هو قناة نقل التيار وعادة ما يكون مصنوعًا من النحاس أو الألومنيوم. يتمتع النحاس بموصلية جيدة وليونة، في حين أن الألومنيوم منخفض التكلفة نسبيًا وخفيف الوزن. تكون هذه الموصلات بشكل عام على شكل أسلاك ملتوية متعددة الخيوط لزيادة المرونة.

تعتبر الطبقة العازلة جزءًا أساسيًا من كابل الجهد العالي، والتي تلعب دورًا في منع تسرب التيار وعزل الموصل عن العالم الخارجي. تشمل المواد العازلة الشائعة البولي إيثيلين المتقاطع (XLPE)، وورق الزيت، وما إلى ذلك. يتمتع XLPE بخصائص كهربائية ممتازة، ومقاومة للحرارة وقوة ميكانيكية، ويستخدم على نطاق واسع في الكابلات الحديثة ذات الجهد العالي.

تنقسم طبقة التدريع إلى تدريع داخلي وتدريع خارجي. يتم استخدام الدرع الداخلي لجعل المجال الكهربائي موحدًا ومنع التفريغ المحلي من إتلاف الطبقة العازلة؛ يمكن أن يقلل الدرع الخارجي من تداخل المجال الكهرومغناطيسي الخارجي على الكابل، كما يمنع الكابل من التأثير الكهرومغناطيسي على العالم الخارجي.

تعمل الطبقة الواقية بشكل أساسي على حماية الكابل من التلف الناتج عن العوامل الخارجية مثل التلف الميكانيكي والتآكل الكيميائي وتسرب المياه. وعادة ما يتكون من درع معدني وغلاف خارجي. يمكن أن يوفر الدرع المعدني قوة ميكانيكية، والغلاف الخارجي له وظائف مقاومة للماء ومقاومة للتآكل.

2. تصنيف كابلات الجهد العالي

وفقًا لمستوى الجهد، يمكن تقسيم كابلات الجهد العالي إلى كابلات الجهد المتوسط ​​(عادةً 3-35 كيلو فولت)، وكابلات الجهد العالي (35-110 كيلو فولت)، وكابلات الجهد العالي جدًا (110-500 كيلو فولت)، وكابلات الجهد العالي جدًا (110-500 كيلو فولت) - كابلات الجهد (فوق 500 كيلو فولت). تختلف الكابلات ذات مستويات الجهد المختلفة في التصميم الهيكلي ومتطلبات العزل وما إلى ذلك.

من منظور المواد العازلة، بالإضافة إلى كابلات XLPE وكابلات ورق الزيت المذكورة أعلاه، هناك أيضًا كابلات مطاط الإيثيلين والبروبيلين. تتمتع كابلات الورق الزيتي بتاريخ طويل، ولكن نظرًا لارتفاع تكاليف صيانتها وأسباب أخرى، فقد تم استبدالها تدريجيًا بكابلات XLPE. يتمتع الكابل بمطاط الإيثيلين والبروبيلين بمرونة جيدة ومقاومة للعوامل الجوية، وهو مناسب لبعض المناسبات الخاصة.
3. عملية تصنيع كابلات الجهد العالي

إن تصنيع كابلات الجهد العالي عملية معقدة وحساسة.

يتطلب تصنيع الموصلات أولاً تمديد المواد الخام النحاسية أو الألومنيوم ولفها وغيرها من العمليات لضمان دقة الأبعاد والخصائص الميكانيكية للموصل. أثناء عملية اللف، يجب ترتيب خيوط الخيوط بشكل وثيق لتحسين توصيل الموصل.

يعد بثق الطبقة العازلة أحد الخطوات الأساسية. بالنسبة للطبقة العازلة XLPE، يتم بثق مادة XLPE عند درجة حرارة عالية ويتم لفها بالتساوي على الموصل. أثناء عملية البثق، يجب التحكم بشكل صارم في المعلمات مثل درجة الحرارة والضغط وسرعة البثق لضمان جودة وسماكة الطبقة العازلة.

عادة ما تكون طبقة التدريع مصنوعة من نسج الأسلاك المعدنية أو لف الشريط المعدني. تختلف عمليات تصنيع الدروع الداخلية والخارجية قليلاً، لكن كلاهما يحتاج إلى التأكد من سلامة طبقة الدرع والتوصيل الكهربائي الجيد.

وأخيرًا، يشمل إنتاج الطبقة الواقية وضع الدرع المعدني وقذف الغلاف الخارجي. يجب أن يتناسب الدرع المعدني بشكل محكم مع الكابل، ويجب أن يضمن بثق الغلاف الخارجي مظهرًا سلسًا بدون عيوب مثل الفقاعات والشقوق.
4. خصائص أداء كابلات الجهد العالي

فيما يتعلق بالأداء الكهربائي، تحتاج كابلات الجهد العالي إلى مقاومة عزل عالية، وفقدان عازل منخفض، ومقاومة جيدة للجهد. مقاومة العزل العالية يمكن أن تمنع تسرب التيار بشكل فعال، وفقدان العزل الكهربائي المنخفض يقلل من فقدان الطاقة الكهربائية أثناء النقل، وتضمن مقاومة الجهد الجيدة أن الكابل يمكن أن يعمل بأمان في بيئة الجهد العالي.

من حيث الخواص الميكانيكية، يجب أن يتمتع الكابل بقوة شد كافية، ونصف قطر الانحناء، ومقاومة الصدمات. أثناء التثبيت والتشغيل، قد يتعرض الكابل للتمدد والانحناء وتأثير القوة الخارجية. إذا كانت الخصائص الميكانيكية غير كافية، فمن السهل أن تتسبب في تلف الكابل.

الأداء الحراري هو أيضا جانب مهم. سيولد الكابل حرارة أثناء التشغيل، خاصة عند التشغيل تحت حمل عالي. لذلك، يجب أن يتمتع الكابل بمقاومة جيدة للحرارة وأن يكون قادرًا على العمل بشكل طبيعي ضمن نطاق درجة حرارة معين دون مشاكل مثل تقادم العزل. يتمتع كابل XLPE بمقاومة جيدة للحرارة نسبيًا ويمكنه العمل لفترة طويلة في درجات حرارة أعلى.
5. تركيب وصيانة كابلات الجهد العالي

فيما يتعلق بالتثبيت، أول شيء يجب فعله هو تخطيط المسار للتأكد من أن مسار مد الكابل معقول وآمن. أثناء عملية التمديد، يجب توخي الحذر لتجنب التمدد المفرط والانحناء وبثق الكابل. بالنسبة لمد الكابلات لمسافات طويلة، عادة ما يتم استخدام معدات مثل ناقلات الكابلات للمساعدة في البناء.

يعد إنتاج وصلات الكابلات بمثابة رابط رئيسي في عملية التثبيت. تؤثر جودة المفصل بشكل مباشر على موثوقية تشغيل الكابل. عند عمل الوصلات، يجب تجريد الكابل وتنظيفه وتوصيله وعزله. يجب تنفيذ كل خطوة بدقة وفقًا لمتطلبات العملية للتأكد من أن الخواص الكهربائية والميكانيكية للمفصل تلبي المتطلبات.

تعتبر أعمال الصيانة ضرورية للتشغيل المستقر على المدى الطويل للكابلات ذات الجهد العالي. يمكن لعمليات الفحص المنتظمة أن تكتشف على الفور ما إذا كان مظهر الكابل تالفًا أو أن غلافه تالف. وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا استخدام بعض معدات الاختبار لاختبار أداء العزل والتفريغ الجزئي للكابل. إذا تم العثور على مشاكل، فيجب إصلاحها أو استبدالها في الوقت المناسب.

6. أعطال وكشف كابلات الجهد العالي

تشمل حالات الفشل الشائعة للكابلات ذات الجهد العالي انهيار العزل، وانقطاع الموصل، وفشل المفاصل. قد يكون سبب انهيار العزل هو تقادم العزل، أو التفريغ الجزئي، أو الجهد الزائد الخارجي. عادة ما يكون سبب انقطاع الموصل هو القوة الخارجية الميكانيكية أو الحمل الزائد على المدى الطويل. قد يكون سبب فشل المفصل هو سوء عملية تصنيع المفصل أو التسخين الشديد أثناء التشغيل.

ومن أجل الكشف عن هذه الأخطاء، هناك العديد من طرق الكشف. يعد الكشف عن التفريغ الجزئي طريقة شائعة الاستخدام. من خلال الكشف عن الإشارة الناتجة عن التفريغ الجزئي في الكابل، يمكن تحديد ما إذا كان هناك عيوب في العزل داخل الكابل. يمكن لاختبار تحمل الجهد اكتشاف قدرة تحمل الجهد للكابل والعثور على مشاكل العزل المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء اكتشاف توزيع درجة الحرارة على سطح الكابل، وذلك لمعرفة ما إذا كان الكابل يعاني من مشاكل مثل ارتفاع درجة الحرارة المحلية.
7. اتجاه تطبيق وتطوير كابلات الجهد العالي في أنظمة الطاقة

في أنظمة الطاقة، تستخدم الكابلات ذات الجهد العالي على نطاق واسع في تحويل شبكة الطاقة الحضرية، والخطوط الصادرة لمحطات الطاقة الكبيرة، ونقل الكابلات البحرية وغيرها من المجالات. في شبكات الطاقة الحضرية، نظرًا للمساحة المحدودة، يمكن أن يؤدي استخدام الكابلات تحت الأرض إلى توفير المساحة وتحسين جمال المدينة. تتطلب الخطوط الصادرة لمحطات الطاقة الكبيرة استخدام كابلات الجهد العالي لنقل الكهرباء إلى محطات فرعية بعيدة. يمكن أن يحقق نقل الكابلات البحرية نقل الطاقة عبر البحر ويوفر إمدادات طاقة مستقرة للجزر والمناطق الساحلية.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا الطاقة، أظهرت الكابلات ذات الجهد العالي أيضًا بعض اتجاهات التطوير. الأول هو البحث والتطوير وتطبيق الكابلات ذات مستويات الجهد العالي. مع زيادة الطلب على نقل الطاقة لمسافات طويلة، سيصبح تطوير كابلات الجهد العالي للغاية محور التركيز. والثاني هو ذكاء الكابلات. من خلال دمج أجهزة الاستشعار والمعدات الأخرى في الكابل، يمكن تحقيق مراقبة في الوقت الحقيقي لحالة تشغيل الكابل والتحذير من الأخطاء، وبالتالي تحسين موثوقية تشغيل الكابل. والثالث هو تطوير الكابلات الصديقة للبيئة. مع زيادة متطلبات الناس لحماية البيئة، فإن البحث والتطوير لمواد الكابلات منخفضة التلوث والقابلة لإعادة التدوير سيكون اتجاه التطوير المستقبلي.