إرسال الضوء عبر آلاف الأميال-استكشاف لغز وابتكار الكابلات عالية الجهد

في أنظمة الطاقة الحديثة ، تلعب الكابلات عالية الجهد دورًا حيويًا. من شبكات الطاقة تحت الأرض في المدن إلى خطوط النقل لمسافات طويلة عبر الجبال والأنهار ، تضمن الكابلات عالية الجهد انتقالًا فعالًا ومستقرًا وآمنًا للطاقة الكهربائية. ستستكشف هذه المقالة بتعمق التقنيات المختلفة المتعلقة بالكابلات عالية الجهد ، بما في ذلك هيكلها وتصنيفها وعملية التصنيع وخصائص الأداء والتركيب والصيانة.
1. بنية طبيعية للكابلات عالية الجهد

تتكون الكابلات عالية الجهد بشكل أساسي من الموصلات وطبقات العزل وطبقات التدريع وطبقات واقية.

الموصل هو قناة الإرسال للتيار وعادة ما تكون مصنوعة من النحاس أو الألمنيوم. يتمتع النحاس بحسن التوصيل والليونة ، في حين أن الألومنيوم منخفض نسبيًا في التكلفة والضوء في الوزن. هذه الموصلات عمومًا في شكل أسلاك ملتوية متعددة التقاط لزيادة المرونة.

تعد طبقة العزل جزءًا رئيسيًا من كابل الجهد العالي ، والذي يلعب دورًا في منع التسرب الحالي وعزل الموصل من العالم الخارجي. تشمل المواد العازلة الشائعة البولي إيثيلين متشابكة (XLPE) ، ورق زيت ، إلخ. XLPE لها خصائص كهربائية ممتازة ومقاومة للحرارة والقوة الميكانيكية ، وتستخدم على نطاق واسع في الكابلات الحديثة عالية الجهد.

تنقسم طبقة التدريع إلى التدريع الداخلي والدرع الخارجي. يتم استخدام الدرع الداخلي لجعل المجال الكهربائي موحدًا ومنع التفريغ المحلي من إتلاف طبقة العزل ؛ يمكن للدرع الخارجي أن يقلل من تداخل المجال الكهرومغناطيسي الخارجي على الكبل ، وكذلك يمنع الكبل من التأثير الكهرومغناطيسي على العالم الخارجي.

تحمي الطبقة الواقية بشكل أساسي الكابل من التلف بواسطة عوامل خارجية مثل الأضرار الميكانيكية والتآكل الكيميائي وتطفل الماء. وعادة ما يتكون من درع معدني والغمد الخارجي. يمكن أن يوفر الدرع المعدني قوة ميكانيكية ، والغمد الخارجي له وظائف مقاومة للماء ومضادة للتآكل.

2. تصنيف الكابلات عالية الجهد

وفقًا لمستوى الجهد ، يمكن تقسيم الكابلات عالية الجهد إلى كابلات متوسطة الجهد (عمومًا 3-35KV) ، والكابلات عالية الجهد (35-110KV) ، وكابلات الجهد العالي للغاية (أعلى 500KV). كابلات من مستويات الجهد المختلفة تختلف في التصميم الهيكلي ، ومتطلبات العزل ، إلخ.

من منظور المواد العازلة ، بالإضافة إلى كابلات XLPE وكابلات الورق الزيت المذكورة أعلاه ، هناك أيضًا كابلات مطاطية إيثيلين بروبيلين. تتمتع كابلات الورق النفطي بتاريخ طويل ، ولكن بسبب ارتفاع تكاليف الصيانة والأسباب الأخرى ، تم استبدالها تدريجياً بكابلات XLPE. يتمتع كابل المطاط البروبيلين الإيثيلين بالمرونة الجيدة ومقاومة الطقس ، وهو مناسب لبعض المناسبات الخاصة.
3. عملية تصنيع كابل الجهد العالي

إن تصنيع كابل الجهد العالي هو عملية معقدة وحساسة.

يتطلب تصنيع الموصلات أولاً تمديد مواد النحاس أو الألومنيوم الخام وعمليات أخرى لضمان دقة الأبعاد والخصائص الميكانيكية للموصل. أثناء عملية التواء ، يجب ترتيب خيوط الخيوط بشكل وثيق لتحسين توصيل الموصل.

إن بثق طبقة العزل هو أحد الخطوات الرئيسية. بالنسبة لطبقة عزل XLPE ، يتم بثق مادة XLPE في درجة حرارة عالية وملفوفة بالتساوي على الموصل. أثناء عملية البثق ، يجب التحكم في المعلمات مثل درجة الحرارة والضغط وسرعة البثق بشكل صارم لضمان جودة وتوحيد سماكة طبقة العزل.

عادة ما يتم تصنيع طبقة التدريع عن طريق نسج الأسلاك المعدنية أو تغليف الشريط المعدني. تختلف عمليات تصنيع الدروع الداخلية والخارجية قليلاً ، ولكن كلاهما يحتاج إلى ضمان سلامة طبقة التدريع والاتصال الكهربائي الجيد.

أخيرًا ، يتضمن إنتاج الطبقة الواقية وضع الدرع المعدني وقذف الغمد الخارجي. يجب أن يتناسب الدرع المعدني بإحكام على الكبل ، ويجب أن يضمن بثق الغمد الخارجي مظهرًا ناعمًا دون عيوب مثل الفقاعات والشقوق.
4. خصائص الأداء للكابلات عالية الجهد

من حيث الأداء الكهربائي ، تحتاج الكابلات عالية الجهد إلى مقاومة عازلة عالية ، وفقدان عازلة منخفضة ومقاومة جهد جيدة. يمكن أن تمنع مقاومة العزل العالية بشكل فعال التسرب الحالي ، ويقلل فقدان العزل الكهربائي المنخفض من فقدان الطاقة الكهربائية أثناء الإرسال ، وتضمن مقاومة الجهد الجيدة أن الكبل يمكن أن يعمل بأمان في بيئة عالية الجهد.

من حيث الخصائص الميكانيكية ، يجب أن يكون للكابل قوة شد كافية ، ونصف قطر الانحناء ومقاومة التأثير. أثناء التثبيت والتشغيل ، قد يتعرض الكابل للتمديد والانحناء والتأثير على القوة الخارجية. إذا كانت الخصائص الميكانيكية غير كافية ، فمن السهل التسبب في تلف الكابل.

الأداء الحراري هو أيضا جانب مهم. سوف يولد الكبل الحرارة أثناء التشغيل ، خاصة عند التشغيل تحت الحمل العالي. لذلك ، يحتاج الكبل إلى مقاومة جيدة للحرارة وأن يكون قادرًا على العمل بشكل طبيعي في نطاق درجة حرارة معينة دون مشاكل مثل شيخوخة العزل. يحتوي كابل XLPE على مقاومة حرارة جيدة نسبيًا ويمكن أن يعمل لفترة طويلة في درجات حرارة أعلى.
5. تركيب وصيانة الكابلات عالية الجهد

فيما يتعلق بالتثبيت ، فإن أول شيء يجب فعله هو التخطيط للمسار لضمان أن يكون مسار وضع الكبل معقولًا وآمنًا. أثناء عملية وضع ، يجب توخي الحذر لتجنب الإفراط في التمدد والانحناء والبثق في الكابل. بالنسبة لوضع الكابلات لمسافات طويلة ، عادةً ما تستخدم المعدات مثل ناقلات الكابلات للمساعدة في البناء.

إنتاج مفاصل الكابلات هو رابط رئيسي في عملية التثبيت. تؤثر جودة المفصل بشكل مباشر على موثوقية التشغيل للكابل. عند صنع المفاصل ، يحتاج الكبل إلى تجريده وتنظيفه وتوصيله ومعزوله. يجب تنفيذ كل خطوة بشكل صارم وفقًا لمتطلبات العملية لضمان أن الخصائص الكهربائية والميكانيكية للمفصل تلبي المتطلبات.

يعد أعمال الصيانة ضرورية للتشغيل المستقر على المدى الطويل للكابلات عالية الجهد. يمكن أن تكتشف عمليات التفتيش العادية على الفور ما إذا كان مظهر الكابل قد تضرر أو تضرر الغمد. في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا استخدام بعض معدات الاختبار لاختبار أداء العزل والتصريف الجزئي للكابل. إذا تم العثور على مشاكل ، فيجب إصلاحها أو استبدالها في الوقت المناسب.

6. فشل واكتشاف الكابلات عالية الجهد

تشمل الإخفاقات الشائعة للكابلات عالية الجهد انهيار العزل ، وفصل الموصل ، وفشل المفصل. قد يكون سبب انهيار العزل بسبب شيخوخة العزل ، أو التفريغ الجزئي ، أو الجهد الزائد الخارجي. عادة ما يكون فصل الموصل ناتجًا عن القوة الخارجية الميكانيكية أو الحمل الزائد على المدى الطويل. قد يكون سبب فشل المفصل هو ضعف عملية تصنيع المفاصل أو التدفئة الشديدة أثناء التشغيل.

من أجل اكتشاف هذه الأعطال ، هناك العديد من طرق الكشف. اكتشاف التفريغ الجزئي هو طريقة شائعة الاستخدام. من خلال اكتشاف الإشارة التي تم إنشاؤها عن طريق التفريغ الجزئي في الكبل ، يمكن تحديد ما إذا كانت هناك عيوب عزل داخل الكبل. يمكن أن يكتشف اختبار الجهد الصمود قدرة الجهد المقاومة للكابل وإيجاد مشاكل عزل محتملة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لتكنولوجيا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء اكتشاف توزيع درجة الحرارة على سطح الكبل ، وذلك لمعرفة ما إذا كان الكبل لديه مشاكل مثل ارتفاع درجة الحرارة المحلية.
7. التأليف وتطوير اتجاه الكابلات عالية الجهد في أنظمة الطاقة

في أنظمة الطاقة ، تستخدم الكابلات عالية الجهد على نطاق واسع في تحويل شبكة الطاقة الحضرية ، والخطوط الصادرة من محطات الطاقة الكبيرة ، ونقل الكابلات الغواصة وغيرها من الحقول. في شبكات الطاقة الحضرية ، بسبب المساحة المحدودة ، يمكن أن يوفر استخدام الكابلات تحت الأرض مساحة وتحسين جمال المدينة. تتطلب الخطوط الصادرة لمحطات الطاقة الكبيرة استخدام الكابلات عالية الجهد لنقل الكهرباء إلى المحطات الفرعية البعيدة. يمكن أن يحقق انتقال الكابلات الغواصة نقل الطاقة عبر البحر ويوفر إمدادات طاقة مستقرة للجزر والمناطق الساحلية.

مع التطوير المستمر لتكنولوجيا الطاقة ، أظهرت الكابلات عالية الجهد أيضًا بعض اتجاهات التطوير. أحدهما هو البحث والتطوير وتطبيق الكابلات ذات مستويات الجهد الأعلى. مع زيادة الطلب على انتقال الطاقة لمسافات طويلة ، سيصبح تطوير كابلات الجهد العالي فائقة التركيز. والثاني هو ذكاء الكابلات. من خلال دمج أجهزة الاستشعار والمعدات الأخرى في الكبل ، يمكن تحقيق المراقبة في الوقت الفعلي لحالة تشغيل الكابل وتحذير الأعطال ، وبالتالي تحسين موثوقية التشغيل للكابل. والثالث هو تطوير الكابلات الصديقة للبيئة. مع زيادة متطلبات الناس لزيادة حماية البيئة ، سيكون البحث وتطوير مواد الكابلات القابلة لإعادة التدوير بمثابة اتجاه تطوير مستقبلي.