ส่งแสงข้ามระยะทางหลายพันไมล์ – การสำรวจความลึกลับและนวัตกรรมของสายไฟแรงสูง

ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ สายไฟแรงสูงมีบทบาทสำคัญ ไม่ว่าจะเป็นระบบไฟฟ้าใต้ดินในเมือง ไปจนถึงสายส่งไฟฟ้าระยะไกลข้ามภูเขาและแม่น้ำ สายไฟแรงสูงช่วยให้ส่งพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เสถียร และปลอดภัย บทความนี้จะเจาะลึกเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสายไฟแรงสูง รวมถึงโครงสร้าง การจำแนกประเภท กระบวนการผลิต ลักษณะการทำงาน การติดตั้ง และการบำรุงรักษา
1.โครงสร้างพื้นฐานของสายไฟแรงสูง

สายไฟแรงสูงประกอบด้วยตัวนำ ชั้นฉนวน ชั้นป้องกัน และชั้นป้องกันเป็นหลัก

ตัวนำไฟฟ้าเป็นช่องทางส่งกระแสไฟฟ้าและมักทำจากทองแดงหรืออลูมิเนียม ทองแดงมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าและความเหนียวที่ดี ในขณะที่อลูมิเนียมมีต้นทุนค่อนข้างต่ำและมีน้ำหนักเบา ตัวนำไฟฟ้าเหล่านี้มักมีลักษณะเป็นสายบิดเกลียวหลายเส้นเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น

ชั้นฉนวนเป็นส่วนสำคัญของสายไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งมีบทบาทในการป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าและแยกตัวนำจากโลกภายนอก วัสดุฉนวนทั่วไป ได้แก่ โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE) กระดาษน้ำมัน เป็นต้น XLPE มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทนความร้อน และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยม และใช้กันอย่างแพร่หลายในสายไฟฟ้าแรงสูงสมัยใหม่

ชั้นป้องกันแบ่งออกเป็นชั้นป้องกันด้านในและชั้นป้องกันด้านนอก ชั้นป้องกันด้านในใช้เพื่อทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและป้องกันการคายประจุในพื้นที่ไม่ให้ทำลายชั้นฉนวน ชั้นป้องกันด้านนอกสามารถลดการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกบนสายเคเบิลได้ และยังป้องกันไม่ให้สายเคเบิลมีผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่อโลกภายนอกอีกด้วย

ชั้นป้องกันทำหน้าที่หลักในการปกป้องสายเคเบิลจากความเสียหายที่เกิดจากปัจจัยภายนอก เช่น ความเสียหายทางกล การกัดกร่อนทางเคมี และการรั่วซึมของน้ำ โดยทั่วไปจะประกอบด้วยเกราะโลหะและปลอกหุ้มภายนอก เกราะโลหะสามารถเพิ่มความแข็งแรงทางกลได้ และปลอกหุ้มภายนอกมีคุณสมบัติกันน้ำและป้องกันการกัดกร่อน

2. การจำแนกประเภทของสายไฟฟ้าแรงสูง

สายไฟแรงดันสูงสามารถแบ่งตามระดับแรงดันไฟฟ้าได้เป็นสายไฟแรงดันปานกลาง (โดยทั่วไป 3-35kV) สายไฟแรงดันสูง (35-110kV) สายไฟแรงดันสูงพิเศษ (110-500kV) และสายไฟแรงดันสูงพิเศษ (สูงกว่า 500kV) สายไฟที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่างกันจะแตกต่างกันในด้านการออกแบบโครงสร้าง ข้อกำหนดด้านฉนวน และอื่นๆ

จากมุมมองของวัสดุฉนวน นอกจากสาย XLPE และสายกระดาษเคลือบน้ำมันที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีสายยางเอทิลีน-โพรพิลีนอีกด้วย สายกระดาษเคลือบน้ำมันมีประวัติศาสตร์อันยาวนาน แต่เนื่องจากต้นทุนการบำรุงรักษาที่สูงและเหตุผลอื่นๆ จึงค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยสาย XLPE สายยางเอทิลีน-โพรพิลีนมีความยืดหยุ่นและทนต่อสภาพอากาศได้ดี และเหมาะสำหรับโอกาสพิเศษบางโอกาส
3. กระบวนการผลิตสายไฟฟ้าแรงสูง

การผลิตสายเคเบิลแรงดันสูงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน

การผลิตตัวนำไฟฟ้าขั้นแรกต้องยืด บิด และใช้กระบวนการอื่นๆ เพื่อรับรองความถูกต้องตามขนาดและคุณสมบัติเชิงกลของตัวนำไฟฟ้า ในระหว่างกระบวนการบิด จะต้องจัดเรียงสายของสายให้ชิดกันเพื่อปรับปรุงสภาพการนำไฟฟ้าของตัวนำไฟฟ้า

การอัดรีดชั้นฉนวนเป็นขั้นตอนสำคัญขั้นตอนหนึ่ง สำหรับชั้นฉนวน XLPE วัสดุ XLPE จะถูกอัดรีดที่อุณหภูมิสูงและพันรอบตัวนำอย่างสม่ำเสมอ ในระหว่างกระบวนการอัดรีด พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ แรงดัน และความเร็วในการอัดรีดจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าชั้นฉนวนมีคุณภาพและความหนาสม่ำเสมอ

ชั้นป้องกันมักจะทำโดยการทอลวดโลหะหรือพันเทปโลหะ กระบวนการผลิตของชั้นป้องกันด้านในและด้านนอกจะแตกต่างกันเล็กน้อย แต่ทั้งสองอย่างต้องให้แน่ใจว่าชั้นป้องกันมีความสมบูรณ์และเชื่อมต่อไฟฟ้าได้ดี

ในที่สุด การผลิตชั้นป้องกันจะรวมถึงการวางเกราะโลหะและการอัดขึ้นรูปปลอกหุ้มภายนอก เกราะโลหะควรพอดีกับสายเคเบิล และการอัดขึ้นรูปปลอกหุ้มภายนอกควรทำให้ดูเรียบเนียนโดยไม่มีตำหนิ เช่น ฟองอากาศและรอยแตกร้าว
4. ลักษณะการทำงานของสายไฟแรงสูง

ในแง่ของประสิทธิภาพไฟฟ้า สายไฟแรงสูงต้องมีความต้านทานฉนวนสูง การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ และความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดี ความต้านทานฉนวนสูงสามารถป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าระหว่างการส่ง และความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดีทำให้มั่นใจได้ว่าสายไฟจะทำงานได้อย่างปลอดภัยในสภาพแวดล้อมแรงดันไฟฟ้าสูง

ในแง่ของคุณสมบัติเชิงกล สายเคเบิลควรมีความแข็งแรงในการดึง รัศมีการโค้งงอ และทนต่อแรงกระแทกได้ดี ในระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน สายเคเบิลอาจได้รับการยืด งอ และแรงกระแทกจากภายนอก หากคุณสมบัติเชิงกลไม่เพียงพอ ก็อาจทำให้สายเคเบิลเสียหายได้ง่าย

ประสิทธิภาพความร้อนยังเป็นอีกประเด็นที่สำคัญ สายเคเบิลจะสร้างความร้อนระหว่างการทำงาน โดยเฉพาะเมื่อทำงานภายใต้โหลดสูง ดังนั้น สายเคเบิลจึงต้องทนทานต่อความร้อนได้ดีและสามารถทำงานได้ตามปกติภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดโดยไม่มีปัญหา เช่น ฉนวนเสื่อมสภาพ สายเคเบิล XLPE ทนความร้อนได้ค่อนข้างดีและสามารถทำงานได้นานในอุณหภูมิที่สูงขึ้น
5. การติดตั้งและบำรุงรักษาสายไฟฟ้าแรงสูง

ในแง่ของการติดตั้ง สิ่งแรกที่ต้องทำคือวางแผนเส้นทางเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นทางการวางสายเคเบิลมีความเหมาะสมและปลอดภัย ในระหว่างกระบวนการวางสายเคเบิล ควรระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการยืด การดัด และการอัดตัวของสายเคเบิลมากเกินไป สำหรับการวางสายเคเบิลระยะไกล มักใช้เครื่องมือ เช่น สายพานลำเลียงสายเคเบิล เพื่อช่วยในการก่อสร้าง

การผลิตข้อต่อสายเคเบิลถือเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการติดตั้ง คุณภาพของข้อต่อส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการใช้งานสายเคเบิล เมื่อทำข้อต่อ สายเคเบิลจะต้องถูกลอก ทำความสะอาด เชื่อมต่อ และหุ้มฉนวน แต่ละขั้นตอนจะต้องดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดของกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของข้อต่อเป็นไปตามข้อกำหนด

งานบำรุงรักษาถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่มั่นคงในระยะยาวของสายเคเบิลแรงดันสูง การตรวจสอบเป็นประจำสามารถตรวจจับได้ทันทีว่ารูปลักษณ์ของสายเคเบิลได้รับความเสียหายหรือปลอกหุ้มได้รับความเสียหาย ในขณะเดียวกัน อุปกรณ์ทดสอบบางชนิดยังสามารถใช้เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของฉนวนและการคายประจุบางส่วนของสายเคเบิลได้อีกด้วย หากพบปัญหา ควรซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ทันที

6. ความผิดพลาดและการตรวจจับสายไฟแรงสูง

ความล้มเหลวทั่วไปของสายไฟฟ้าแรงสูง ได้แก่ ฉนวนขาด ตัวนำหลุด และข้อต่อล้มเหลว ฉนวนขาดอาจเกิดจากฉนวนเสื่อมสภาพ คายประจุบางส่วน หรือแรงดันไฟภายนอกเกิน การขาดการเชื่อมต่อของตัวนำมักเกิดจากแรงภายนอกทางกลหรือโหลดเกินในระยะยาว ความล้มเหลวของข้อต่ออาจเกิดจากกระบวนการผลิตข้อต่อที่ไม่ดีหรือความร้อนสูงระหว่างการใช้งาน

การตรวจจับข้อบกพร่องเหล่านี้มีหลายวิธี การตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป โดยการตรวจจับสัญญาณที่เกิดจากการปล่อยประจุบางส่วนในสายเคเบิล จะสามารถระบุได้ว่ามีข้อบกพร่องของฉนวนภายในสายเคเบิลหรือไม่ การทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้าสามารถตรวจจับความจุของแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อสายเคเบิลและค้นหาปัญหาฉนวนที่อาจเกิดขึ้นได้ นอกจากนี้ เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดสามารถตรวจจับการกระจายอุณหภูมิบนพื้นผิวของสายเคเบิล เพื่อค้นหาว่าสายเคเบิลมีปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไปในพื้นที่หรือไม่
7.การประยุกต์ใช้และแนวโน้มการพัฒนาสายไฟฟ้าแรงสูงในระบบไฟฟ้า

ในระบบไฟฟ้า สายเคเบิลแรงดันสูงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปลงโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง สายไฟขาออกของโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ระบบส่งสายเคเบิลใต้น้ำ และสาขาอื่นๆ ในโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง เนื่องจากมีพื้นที่จำกัด การใช้สายเคเบิลใต้ดินจึงช่วยประหยัดพื้นที่และปรับปรุงความสวยงามของเมืองได้ สายไฟขาออกของโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ต้องใช้สายเคเบิลแรงดันสูงในการส่งไฟฟ้าไปยังสถานีย่อยที่อยู่ห่างไกล ระบบส่งสายเคเบิลใต้น้ำสามารถส่งไฟฟ้าข้ามทะเลได้และให้แหล่งจ่ายไฟฟ้าที่เสถียรสำหรับเกาะและพื้นที่ชายฝั่ง

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีพลังงาน สายไฟแรงสูงก็แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาบางประการเช่นกัน ประการหนึ่งคือการวิจัยและพัฒนาและการใช้งานสายไฟที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการส่งไฟฟ้าระยะไกล การพัฒนาสายไฟแรงสูงพิเศษจะกลายเป็นจุดสนใจ ประการที่สองคือความชาญฉลาดของสายไฟ ด้วยการรวมเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อื่นๆ เข้ากับสายไฟ สามารถตรวจสอบสถานะการทำงานของสายไฟและการแจ้งเตือนข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์ได้ จึงปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการทำงานของสายไฟได้ ประการที่สามคือการพัฒนาสายไฟที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อความต้องการของผู้คนในการปกป้องสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น การวิจัยและพัฒนาวัสดุสายไฟที่ก่อมลพิษต่ำและรีไซเคิลได้จะเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคต