Nei moderni sistemi energetici, i cavi ad alta tensione svolgono un ruolo fondamentale. Dalle reti elettriche sotterranee delle città alle linee di trasmissione a lunga distanza attraverso montagne e fiumi, i cavi ad alta tensione garantiscono una trasmissione efficiente, stabile e sicura dell’energia elettrica. Questo articolo esplorerà in modo approfondito le varie tecnologie relative ai cavi ad alta tensione, inclusa la loro struttura, classificazione, processo di produzione, caratteristiche prestazionali, installazione e manutenzione.
1.Struttura di base dei cavi ad alta tensione
I cavi ad alta tensione sono composti principalmente da conduttori, strati isolanti, strati schermanti e strati protettivi.
Il conduttore è il canale di trasmissione della corrente ed è solitamente realizzato in rame o alluminio. Il rame ha una buona conduttività e duttilità, mentre l'alluminio ha un costo relativamente basso e un peso leggero. Questi conduttori sono generalmente sotto forma di fili intrecciati multifilo per aumentare la flessibilità.
Lo strato isolante è una parte fondamentale del cavo ad alta tensione, che svolge un ruolo nel prevenire perdite di corrente e nell'isolare il conduttore dal mondo esterno. I materiali isolanti comuni includono polietilene reticolato (XLPE), carta oleata, ecc. XLPE ha eccellenti proprietà elettriche, resistenza al calore e resistenza meccanica ed è ampiamente utilizzato nei moderni cavi ad alta tensione.
Lo strato schermante è suddiviso in schermatura interna e schermatura esterna. Lo schermo interno serve per uniformare il campo elettrico ed evitare che le scariche locali danneggino lo strato isolante; lo schermo esterno può ridurre l'interferenza del campo elettromagnetico esterno sul cavo e anche impedire che il cavo abbia un impatto elettromagnetico sul mondo esterno.
Lo strato protettivo protegge principalmente il cavo dai danni causati da fattori esterni come danni meccanici, corrosione chimica e infiltrazioni d'acqua. Di solito è composto da armatura metallica e guaina esterna. L'armatura metallica può fornire resistenza meccanica e la guaina esterna ha funzioni impermeabili e anticorrosione.
2. Classificazione dei cavi ad alta tensione
A seconda del livello di tensione, i cavi ad alta tensione possono essere suddivisi in cavi a media tensione (generalmente 3-35 kV), cavi ad alta tensione (35-110 kV), cavi ad altissima tensione (110-500 kV) e cavi ad altissima tensione. -cavi di tensione (sopra 500kV). I cavi con diversi livelli di tensione differiscono per progettazione strutturale, requisiti di isolamento, ecc.
Dal punto di vista dei materiali isolanti, oltre ai cavi XLPE e ai cavi in carta oleata sopra citati, esistono anche i cavi in gomma etilene-propilene. I cavi in carta oleata hanno una lunga storia, ma a causa degli elevati costi di manutenzione e per altri motivi sono stati gradualmente sostituiti dai cavi XLPE. Il cavo in gomma etilene propilene ha una buona flessibilità e resistenza agli agenti atmosferici ed è adatto per alcune occasioni speciali.
3. Processo di produzione del cavo ad alta tensione
La produzione di cavi ad alta tensione è un processo complesso e delicato.
La produzione di conduttori richiede innanzitutto che le materie prime in rame o alluminio vengano stirate, attorcigliate e altri processi per garantire l'accuratezza dimensionale e le proprietà meccaniche del conduttore. Durante il processo di torsione, i fili dei trefoli devono essere disposti strettamente per migliorare la conduttività del conduttore.
L'estrusione dello strato isolante è uno dei passaggi chiave. Per lo strato isolante XLPE, il materiale XLPE viene estruso ad alta temperatura e avvolto uniformemente sul conduttore. Durante il processo di estrusione, parametri quali temperatura, pressione e velocità di estrusione devono essere rigorosamente controllati per garantire la qualità e l'uniformità dello spessore dello strato isolante.
Lo strato schermante è solitamente realizzato mediante tessitura di filo metallico o avvolgimento di nastro metallico. I processi di produzione degli schermi interni ed esterni sono leggermente diversi, ma entrambi devono garantire l'integrità dello strato schermante e un buon collegamento elettrico.
La produzione dello strato protettivo prevede infine la posa dell'armatura metallica e l'estrusione della guaina esterna. L'armatura metallica deve aderire saldamente al cavo e l'estrusione della guaina esterna deve garantire un aspetto liscio senza difetti quali bolle e crepe.
4. Caratteristiche prestazionali dei cavi ad alta tensione
In termini di prestazioni elettriche, i cavi ad alta tensione devono avere un'elevata resistenza di isolamento, una bassa perdita dielettrica e una buona resistenza alla tensione. L'elevata resistenza di isolamento può prevenire efficacemente la dispersione di corrente, la bassa perdita dielettrica riduce la perdita di energia elettrica durante la trasmissione e una buona resistenza alla tensione garantisce che il cavo possa funzionare in sicurezza in un ambiente ad alta tensione.
In termini di proprietà meccaniche, il cavo dovrebbe avere sufficiente resistenza alla trazione, raggio di curvatura e resistenza agli urti. Durante l'installazione e il funzionamento, il cavo potrebbe essere soggetto ad allungamento, flessione e impatto di forza esterna. Se le proprietà meccaniche sono insufficienti, è facile causare danni al cavo.
Anche le prestazioni termiche sono un aspetto importante. Il cavo genererà calore durante il funzionamento, soprattutto quando funziona sotto carico elevato. Pertanto, il cavo deve avere una buona resistenza al calore ed essere in grado di funzionare normalmente entro un determinato intervallo di temperature senza problemi come l'invecchiamento dell'isolamento. Il cavo XLPE ha una resistenza al calore relativamente buona e può funzionare a lungo a temperature più elevate.
5. Installazione e manutenzione di cavi ad alta tensione
In termini di installazione, la prima cosa da fare è pianificare il percorso per garantire che il percorso di posa dei cavi sia ragionevole e sicuro. Durante il processo di posa è necessario prestare attenzione per evitare stiramenti, piegature ed estrusioni eccessive del cavo. Per la posa di cavi a lunga distanza, vengono solitamente utilizzate attrezzature come i trasportatori di cavi per assistere la costruzione.
La produzione di giunti per cavi è un anello chiave nel processo di installazione. La qualità della giunzione influisce direttamente sull'affidabilità operativa del cavo. Quando si effettuano le giunzioni, il cavo deve essere spelato, pulito, collegato e isolato. Ogni fase deve essere eseguita rigorosamente in conformità con i requisiti del processo per garantire che le proprietà elettriche e meccaniche del giunto soddisfino i requisiti.
I lavori di manutenzione sono essenziali per il funzionamento stabile a lungo termine dei cavi ad alta tensione. Ispezioni regolari possono rilevare tempestivamente se l'aspetto del cavo è danneggiato o se la guaina è danneggiata. Allo stesso tempo, alcune apparecchiature di prova possono essere utilizzate anche per testare le prestazioni di isolamento e la scarica parziale del cavo. Se vengono rilevati problemi, dovrebbero essere riparati o sostituiti in tempo.
6. Guasto e rilevamento dei cavi ad alta tensione
I guasti più comuni dei cavi ad alta tensione includono rottura dell'isolamento, disconnessione del conduttore e guasto dei giunti. La rottura dell'isolamento può essere causata dall'invecchiamento dell'isolamento, da scariche parziali o da sovratensione esterna. La disconnessione del conduttore è solitamente causata da una forza meccanica esterna o da un sovraccarico a lungo termine. Il guasto del giunto può essere causato da un processo di fabbricazione inadeguato o da un forte riscaldamento durante il funzionamento.
Per rilevare questi guasti, esistono molti metodi di rilevamento. Il rilevamento delle scariche parziali è un metodo comunemente utilizzato. Rilevando il segnale generato dalla scarica parziale nel cavo è possibile determinare se sono presenti difetti di isolamento all'interno del cavo. Il test della tensione di tenuta può rilevare la capacità di tensione di tenuta del cavo e individuare potenziali problemi di isolamento. Inoltre, la tecnologia di imaging termico a infrarossi è in grado di rilevare la distribuzione della temperatura sulla superficie del cavo, in modo da scoprire se il cavo presenta problemi come il surriscaldamento locale.
7. Applicazione e trend di sviluppo dei cavi ad alta tensione nei sistemi elettrici
Nei sistemi energetici, i cavi ad alta tensione sono ampiamente utilizzati nella trasformazione della rete elettrica urbana, nelle linee in uscita di grandi centrali elettriche, nella trasmissione di cavi sottomarini e in altri campi. Nelle reti elettriche urbane, a causa dello spazio limitato, l’uso di cavi interrati può risparmiare spazio e migliorare la bellezza della città. Le linee in uscita dalle grandi centrali elettriche richiedono l'utilizzo di cavi ad alta tensione per trasmettere l'energia elettrica a sottostazioni distanti. La trasmissione via cavo sottomarino può realizzare la trasmissione di energia attraverso il mare e fornire un'alimentazione elettrica stabile per le isole e le aree costiere.
Con il continuo sviluppo della tecnologia energetica, anche i cavi ad alta tensione hanno mostrato alcune tendenze di sviluppo. Il primo è la ricerca, lo sviluppo e l'applicazione di cavi con livelli di tensione più elevati. Con l’aumento della domanda di trasmissione di energia a lunga distanza, lo sviluppo di cavi ad altissima tensione diventerà un punto focale. La seconda è l'intelligenza dei cavi. Integrando sensori e altre apparecchiature nel cavo, è possibile ottenere il monitoraggio in tempo reale dello stato operativo del cavo e l'avviso di guasto, migliorando così l'affidabilità operativa del cavo. Il terzo è lo sviluppo di cavi rispettosi dell'ambiente. Con l'aumento delle esigenze delle persone in materia di protezione ambientale, la ricerca e lo sviluppo di materiali per cavi riciclabili e a basso inquinamento costituiranno una direzione di sviluppo futuro.
Orario di pubblicazione: 24 settembre 2024