Nos sistemas elétricos modernos, os cabos de alta tensão desempenham um papel vital. De redes elétricas subterrâneas em cidades a linhas de transmissão de longa distância atravessando montanhas e rios, os cabos de alta tensão garantem a transmissão eficiente, estável e segura de energia elétrica. Este artigo explorará em profundidade as diversas tecnologias relacionadas aos cabos de alta tensão, incluindo sua estrutura, classificação, processo de fabricação, características de desempenho, instalação e manutenção.
1.Estrutura básica dos cabos de alta tensão
Os cabos de alta tensão são compostos principalmente de condutores, camadas de isolamento, camadas de blindagem e camadas de proteção.
O condutor é o canal de transmissão da corrente e geralmente é feito de cobre ou alumínio. O cobre possui boa condutividade e ductilidade, enquanto o alumínio tem custo relativamente baixo e é leve. Esses condutores geralmente têm a forma de fios trançados com múltiplas camadas para aumentar a flexibilidade.
A camada de isolamento é uma parte fundamental do cabo de alta tensão, desempenhando um papel importante na prevenção de fugas de corrente e no isolamento do condutor do ambiente externo. Materiais isolantes comuns incluem polietileno reticulado (XLPE), papel oleado, etc. O XLPE possui excelentes propriedades elétricas, resistência ao calor e resistência mecânica, sendo amplamente utilizado em cabos de alta tensão modernos.
A camada de blindagem é dividida em blindagem interna e externa. A blindagem interna é usada para uniformizar o campo elétrico e evitar que descargas locais danifiquem a camada isolante; a blindagem externa pode reduzir a interferência do campo eletromagnético externo no cabo e também evitar que o cabo tenha impacto eletromagnético no mundo externo.
A camada protetora protege principalmente o cabo contra danos causados por fatores externos, como danos mecânicos, corrosão química e infiltração de água. Geralmente, é composta por uma armadura metálica e uma capa externa. A armadura metálica proporciona resistência mecânica, e a capa externa possui funções à prova d'água e anticorrosivas.
2. Classificação dos cabos de alta tensão
De acordo com o nível de tensão, os cabos de alta tensão podem ser divididos em cabos de média tensão (geralmente 3-35 kV), cabos de alta tensão (35-110 kV), cabos de ultra-alta tensão (110-500 kV) e cabos de ultra-alta tensão (acima de 500 kV). Cabos com diferentes níveis de tensão diferem em projeto estrutural, requisitos de isolamento, etc.
Do ponto de vista dos materiais isolantes, além dos cabos XLPE e cabos de papel-óleo mencionados acima, existem também cabos de borracha de etileno-propileno. Os cabos de papel-óleo têm uma longa história, mas devido aos seus altos custos de manutenção e outros motivos, foram gradualmente substituídos por cabos XLPE. O cabo de borracha de etileno-propileno possui boa flexibilidade e resistência às intempéries, sendo adequado para algumas ocasiões especiais.
3. Processo de fabricação de cabos de alta tensão
A fabricação de cabos de alta tensão é um processo complexo e delicado.
A fabricação de condutores requer, primeiramente, que as matérias-primas de cobre ou alumínio sejam esticadas, torcidas e submetidas a outros processos para garantir a precisão dimensional e as propriedades mecânicas do condutor. Durante o processo de torção, os fios devem ser dispostos próximos uns dos outros para melhorar a condutividade do condutor.
A extrusão da camada isolante é uma das etapas principais. Para a camada isolante de XLPE, o material é extrudado em alta temperatura e enrolado uniformemente sobre o condutor. Durante o processo de extrusão, parâmetros como temperatura, pressão e velocidade de extrusão devem ser rigorosamente controlados para garantir a qualidade e a uniformidade da espessura da camada isolante.
A camada de blindagem é geralmente feita por meio de entrelaçamento de fios metálicos ou envoltório de fita metálica. Os processos de fabricação das blindagens interna e externa são ligeiramente diferentes, mas ambos precisam garantir a integridade da camada de blindagem e uma boa conexão elétrica.
Por fim, a produção da camada protetora inclui a aplicação da armadura metálica e a extrusão da capa externa. A armadura metálica deve se ajustar perfeitamente ao cabo, e a extrusão da capa externa deve garantir uma aparência lisa, sem defeitos como bolhas e rachaduras.
4. Características de desempenho dos cabos de alta tensão
Em termos de desempenho elétrico, os cabos de alta tensão precisam ter alta resistência de isolamento, baixa perda dielétrica e boa resistência à tensão. Uma alta resistência de isolamento pode prevenir eficazmente fugas de corrente, uma baixa perda dielétrica reduz a perda de energia elétrica durante a transmissão e uma boa resistência à tensão garante que o cabo possa operar com segurança em um ambiente de alta tensão.
Em termos de propriedades mecânicas, o cabo deve ter resistência à tração, raio de curvatura e resistência ao impacto suficientes. Durante a instalação e a operação, o cabo pode ser submetido a estiramento, flexão e impacto de forças externas. Se as propriedades mecânicas forem insuficientes, é fácil causar danos ao cabo.
O desempenho térmico também é um aspecto importante. O cabo gera calor durante a operação, especialmente sob alta carga. Portanto, o cabo precisa ter boa resistência ao calor e ser capaz de operar normalmente dentro de uma determinada faixa de temperatura sem problemas como o envelhecimento do isolamento. O cabo XLPE tem uma resistência ao calor relativamente boa e pode operar por longos períodos em temperaturas mais altas.
5. Instalação e manutenção de cabos de alta tensão
Em termos de instalação, a primeira coisa a fazer é planejar o trajeto para garantir que o caminho de instalação dos cabos seja razoável e seguro. Durante o processo de instalação, deve-se tomar cuidado para evitar alongamento, flexão e extrusão excessivos do cabo. Para instalações de cabos de longa distância, equipamentos como transportadores de cabos são geralmente utilizados para auxiliar na construção.
A produção de juntas de cabos é um elo fundamental no processo de instalação. A qualidade da junta afeta diretamente a confiabilidade operacional do cabo. Ao fazer as juntas, o cabo precisa ser decapado, limpo, conectado e isolado. Cada etapa deve ser realizada rigorosamente de acordo com os requisitos do processo para garantir que as propriedades elétricas e mecânicas da junta atendam aos requisitos.
Os trabalhos de manutenção são essenciais para a operação estável a longo prazo dos cabos de alta tensão. Inspeções regulares podem detectar imediatamente se a aparência do cabo ou a capa estão danificadas. Ao mesmo tempo, alguns equipamentos de teste também podem ser usados para testar o desempenho do isolamento e a descarga parcial do cabo. Se forem encontrados problemas, eles devem ser reparados ou substituídos a tempo.
6. Falha e detecção de cabos de alta tensão
Falhas comuns em cabos de alta tensão incluem ruptura do isolamento, desconexão do condutor e falha da junta. A ruptura do isolamento pode ser causada por envelhecimento do isolamento, descarga parcial ou sobretensão externa. A desconexão do condutor geralmente é causada por força mecânica externa ou sobrecarga prolongada. A falha da junta pode ser causada por um processo de fabricação inadequado ou aquecimento intenso durante a operação.
Existem diversos métodos de detecção para detectar essas falhas. A detecção de descarga parcial é um método comumente utilizado. Ao detectar o sinal gerado pela descarga parcial no cabo, é possível determinar se há defeitos de isolamento no interior do cabo. O teste de tensão de resistência pode detectar a capacidade de tensão de resistência do cabo e identificar potenciais problemas de isolamento. Além disso, a tecnologia de imagem térmica infravermelha pode detectar a distribuição de temperatura na superfície do cabo, a fim de identificar se o cabo apresenta problemas como superaquecimento local.
7. Tendências de aplicação e desenvolvimento de cabos de alta tensão em sistemas de energia
Em sistemas de energia, os cabos de alta tensão são amplamente utilizados na transformação de redes elétricas urbanas, linhas de saída de grandes usinas, transmissão por cabos submarinos e outros campos. Em redes elétricas urbanas, devido ao espaço limitado, o uso de cabos subterrâneos pode economizar espaço e melhorar a beleza da cidade. As linhas de saída de grandes usinas exigem o uso de cabos de alta tensão para transmitir eletricidade a subestações distantes. A transmissão por cabos submarinos pode realizar a transmissão de energia através do mar e fornecer fornecimento de energia estável para ilhas e áreas costeiras.
Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de energia, os cabos de alta tensão também apresentaram algumas tendências de desenvolvimento. Uma delas é a pesquisa, o desenvolvimento e a aplicação de cabos com níveis de tensão mais elevados. Com o aumento da demanda por transmissão de energia de longa distância, o desenvolvimento de cabos de ultra-alta tensão se tornará um foco. A segunda é a inteligência dos cabos. Ao integrar sensores e outros equipamentos ao cabo, é possível monitorar em tempo real o status operacional do cabo e alertar sobre falhas, melhorando assim a confiabilidade operacional do cabo. A terceira é o desenvolvimento de cabos ecologicamente corretos. À medida que as necessidades das pessoas por proteção ambiental aumentam, a pesquisa e o desenvolvimento de materiais de cabos recicláveis e de baixa poluição serão uma direção de desenvolvimento futura.
Horário da publicação: 24 de setembro de 2024