ส่งแสงสว่างข้ามระยะทางหลายพันไมล์ – สำรวจความลึกลับและนวัตกรรมของสายเคเบิลแรงดันสูง

ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ สายเคเบิลแรงสูงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง ตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าใต้ดินในเมืองไปจนถึงสายส่งระยะไกลข้ามภูเขาและแม่น้ำ สายเคเบิลแรงสูงช่วยให้การส่งพลังงานไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ เสถียร และปลอดภัย บทความนี้จะสำรวจเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสายเคเบิลแรงสูงอย่างละเอียด รวมถึงโครงสร้าง การจำแนกประเภท กระบวนการผลิต คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ การติดตั้ง และการบำรุงรักษา
1. โครงสร้างพื้นฐานของสายเคเบิลแรงดันสูง

สายเคเบิลแรงดันสูงส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวนำ ชั้นฉนวน ชั้นป้องกัน และชั้นปกป้อง

ตัวนำเป็นช่องทางส่งผ่านกระแสไฟฟ้าและโดยทั่วไปทำจากทองแดงหรืออะลูมิเนียม ทองแดงมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความยืดหยุ่นที่ดี ในขณะที่อะลูมิเนียมมีราคาค่อนข้างต่ำและน้ำหนักเบา ตัวนำเหล่านี้มักอยู่ในรูปของลวดหลายเส้นที่บิดเกลียวเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น

ชั้นฉนวนเป็นส่วนสำคัญของสายเคเบิลแรงดันสูง ซึ่งมีบทบาทในการป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าและแยกตัวนำออกจากโลกภายนอก วัสดุฉนวนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE) กระดาษเคลือบน้ำมัน เป็นต้น XLPE มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ทนความร้อน และมีความแข็งแรงเชิงกลสูง จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสายเคเบิลแรงดันสูงในปัจจุบัน

ชั้นป้องกันแบ่งออกเป็นชั้นป้องกันภายในและชั้นป้องกันภายนอก ชั้นป้องกันภายในใช้เพื่อทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและป้องกันการปล่อยประจุเฉพาะจุดที่อาจทำให้ชั้นฉนวนเสียหาย ส่วนชั้นป้องกันภายนอกสามารถลดการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกที่มีต่อสายเคเบิล และยังป้องกันไม่ให้สายเคเบิลส่งผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่อโลกภายนอกอีกด้วย

ชั้นป้องกันหลักๆ ทำหน้าที่ปกป้องสายเคเบิลจากความเสียหายจากปัจจัยภายนอก เช่น ความเสียหายทางกล การกัดกร่อนทางเคมี และการแทรกซึมของน้ำ โดยปกติแล้วจะประกอบด้วยเกราะโลหะและปลอกหุ้มภายนอก เกราะโลหะช่วยเพิ่มความแข็งแรงทางกล และปลอกหุ้มภายนอกมีคุณสมบัติกันน้ำและป้องกันการกัดกร่อน

2. การจำแนกประเภทของสายเคเบิลแรงดันสูง

ตามระดับแรงดันไฟฟ้า สายเคเบิลแรงดันสูงสามารถแบ่งออกได้เป็น สายเคเบิลแรงดันปานกลาง (โดยทั่วไป 3-35 กิโลโวลต์) สายเคเบิลแรงดันสูง (35-110 กิโลโวลต์) สายเคเบิลแรงดันสูงพิเศษ (110-500 กิโลโวลต์) และสายเคเบิลแรงดันสูงพิเศษมาก (มากกว่า 500 กิโลโวลต์) สายเคเบิลที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่างกันจะแตกต่างกันในด้านการออกแบบโครงสร้าง ข้อกำหนดด้านฉนวน ฯลฯ

ในมุมมองของวัสดุฉนวน นอกเหนือจากสายเคเบิล XLPE และสายเคเบิลเคลือบน้ำมัน-กระดาษที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังมีสายเคเบิลยางเอทิลีน-โพรพิลีนอีกด้วย สายเคเบิลเคลือบน้ำมัน-กระดาษมีประวัติการใช้งานมายาวนาน แต่เนื่องจากค่าบำรุงรักษาที่สูงและเหตุผลอื่นๆ จึงค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยสายเคเบิล XLPE สายเคเบิลยางเอทิลีน-โพรพิลีนมีความยืดหยุ่นและทนต่อสภาพอากาศได้ดี และเหมาะสำหรับงานพิเศษบางอย่าง
3. กระบวนการผลิตสายเคเบิลแรงดันสูง

การผลิตสายเคเบิลแรงดันสูงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและต้องอาศัยความละเอียดอ่อน

ในการผลิตตัวนำไฟฟ้า ขั้นตอนแรกต้องนำวัตถุดิบทองแดงหรืออะลูมิเนียมมาผ่านกระบวนการยืด บิด และกระบวนการอื่นๆ เพื่อให้ได้ความแม่นยำทางด้านขนาดและคุณสมบัติทางกลของตัวนำ ในระหว่างกระบวนการบิดนั้น เส้นใยจะต้องเรียงตัวกันอย่างแน่นหนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าของตัวนำ

การอัดขึ้นรูปชั้นฉนวนเป็นขั้นตอนสำคัญขั้นตอนหนึ่ง สำหรับชั้นฉนวน XLPE นั้น วัสดุ XLPE จะถูกอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงและห่อหุ้มตัวนำอย่างสม่ำเสมอ ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเร็วในการอัดขึ้นรูป จะต้องถูกควบคุมอย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความสม่ำเสมอของความหนาของชั้นฉนวน

ชั้นป้องกันมักทำจากลวดโลหะถักหรือเทปโลหะพันรอบ กระบวนการผลิตของชั้นป้องกันด้านในและด้านนอกจะแตกต่างกันเล็กน้อย แต่ทั้งสองแบบต้องรับประกันความสมบูรณ์ของชั้นป้องกันและการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ดี

สุดท้ายนี้ การผลิตชั้นป้องกันประกอบด้วยการวางเกราะโลหะและการขึ้นรูปปลอกหุ้มด้านนอก เกราะโลหะควรแนบสนิทกับสายเคเบิล และการขึ้นรูปปลอกหุ้มด้านนอกควรทำให้ได้พื้นผิวเรียบเนียน ปราศจากข้อบกพร่อง เช่น ฟองอากาศและรอยแตก
4. คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของสายเคเบิลแรงดันสูง

ในแง่ของสมรรถนะทางไฟฟ้า สายเคเบิลแรงดันสูงจำเป็นต้องมีค่าความต้านทานฉนวนสูง การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ และความต้านทานแรงดันที่ดี ค่าความต้านทานฉนวนสูงสามารถป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในระหว่างการส่ง และความต้านทานแรงดันที่ดีช่วยให้มั่นใจได้ว่าสายเคเบิลสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง

ในแง่ของคุณสมบัติทางกล สายเคเบิลควรมีความแข็งแรงต่อแรงดึง รัศมีการดัดงอ และความต้านทานต่อแรงกระแทกที่เพียงพอ ในระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน สายเคเบิลอาจถูกดึง ดัดงอ และได้รับแรงกระแทกจากแรงภายนอก หากคุณสมบัติทางกลไม่เพียงพอ อาจทำให้สายเคเบิลเสียหายได้ง่าย

ประสิทธิภาพด้านความร้อนก็เป็นอีกแง่มุมที่สำคัญเช่นกัน สายเคเบิลจะเกิดความร้อนระหว่างการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้งานภายใต้ภาระสูง ดังนั้น สายเคเบิลจึงต้องมีความทนทานต่อความร้อนที่ดีและสามารถทำงานได้ตามปกติในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดโดยไม่มีปัญหา เช่น ฉนวนเสื่อมสภาพ สายเคเบิล XLPE มีความทนทานต่อความร้อนค่อนข้างดีและสามารถใช้งานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง
5. การติดตั้งและการบำรุงรักษาสายเคเบิลแรงดันสูง

ในแง่ของการติดตั้ง สิ่งแรกที่ต้องทำคือวางแผนเส้นทางเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นทางการวางสายเคเบิลนั้นเหมาะสมและปลอดภัย ในระหว่างกระบวนการวางสายเคเบิล ควรระมัดระวังไม่ให้สายเคเบิลยืด โค้งงอ หรือบิดเบี้ยวมากเกินไป สำหรับการวางสายเคเบิลระยะไกล โดยทั่วไปจะใช้อุปกรณ์เช่นสายพานลำเลียงสายเคเบิลเพื่อช่วยในการก่อสร้าง

การต่อสายเคเบิลเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการติดตั้ง คุณภาพของข้อต่อส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการทำงานของสายเคเบิล ในการต่อสายเคเบิลนั้น จำเป็นต้องลอกฉนวน ทำความสะอาด เชื่อมต่อ และหุ้มฉนวน แต่ละขั้นตอนต้องดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดของกระบวนการ เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของข้อต่อเป็นไปตามข้อกำหนด

งานบำรุงรักษาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานสายเคเบิลแรงสูงอย่างเสถียรในระยะยาว การตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอสามารถตรวจพบความเสียหายของตัวสายเคเบิลหรือความเสียหายของฉนวนหุ้มได้อย่างทันท่วงที ในขณะเดียวกัน อุปกรณ์ทดสอบบางชนิดยังสามารถใช้ทดสอบประสิทธิภาพการเป็นฉนวนและการปล่อยประจุบางส่วนของสายเคเบิลได้ หากพบปัญหา ควรซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ให้ทันท่วงที

6. การตรวจสอบและตรวจจับสายเคเบิลแรงดันสูงที่ชำรุด

ความเสียหายที่พบบ่อยในสายเคเบิลแรงดันสูง ได้แก่ ฉนวนชำรุด ตัวนำขาด และข้อต่อชำรุด ฉนวนชำรุดอาจเกิดจากฉนวนเสื่อมสภาพตามอายุ การคายประจุบางส่วน หรือแรงดันไฟฟ้าเกินจากภายนอก ตัวนำขาดมักเกิดจากแรงภายนอกทางกลหรือการใช้งานเกินกำลังเป็นเวลานาน ข้อต่อชำรุดอาจเกิดจากกระบวนการผลิตข้อต่อที่ไม่ได้มาตรฐานหรือความร้อนสูงเกินไปในระหว่างการใช้งาน

เพื่อตรวจจับความผิดปกติเหล่านี้ มีวิธีการตรวจจับหลายวิธี การตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป โดยการตรวจจับสัญญาณที่เกิดจากการปล่อยประจุบางส่วนในสายเคเบิล จะสามารถระบุได้ว่ามีข้อบกพร่องของฉนวนภายในสายเคเบิลหรือไม่ การทดสอบแรงดันไฟฟ้าทนทานสามารถตรวจจับความสามารถในการทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลและค้นหาปัญหาฉนวนที่อาจเกิดขึ้นได้ นอกจากนี้ เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดสามารถตรวจจับการกระจายอุณหภูมิบนพื้นผิวของสายเคเบิล เพื่อตรวจสอบว่าสายเคเบิลมีปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุดหรือไม่
7. การประยุกต์ใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาของสายเคเบิลแรงดันสูงในระบบไฟฟ้า

ในระบบไฟฟ้า สายเคเบิลแรงสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปลงโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง สายส่งไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ การส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลใต้น้ำ และด้านอื่นๆ ในโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง เนื่องจากพื้นที่จำกัด การใช้สายเคเบิลใต้ดินสามารถประหยัดพื้นที่และเพิ่มความสวยงามให้กับเมืองได้ สายส่งไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้สายเคเบิลแรงสูงเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าไปยังสถานีไฟฟ้าย่อยที่อยู่ห่างไกล การส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลใต้น้ำสามารถส่งกระแสไฟฟ้าข้ามทะเลและให้การจ่ายกระแสไฟฟ้าที่เสถียรแก่เกาะและพื้นที่ชายฝั่งได้

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีพลังงาน สายเคเบิลแรงดันสูงก็แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาหลายประการ ประการแรกคือการวิจัยและพัฒนาและการประยุกต์ใช้สายเคเบิลที่มีระดับแรงดันสูงขึ้น ด้วยความต้องการส่งกระแสไฟฟ้าทางไกลที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาสายเคเบิลแรงดันสูงพิเศษจึงจะกลายเป็นจุดสนใจ ประการที่สองคือการพัฒนาสายเคเบิลอัจฉริยะ โดยการบูรณาการเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อื่นๆ เข้ากับสายเคเบิล จะสามารถตรวจสอบสถานะการทำงานของสายเคเบิลแบบเรียลไทม์และแจ้งเตือนข้อผิดพลาดได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงานของสายเคเบิล ประการที่สามคือการพัฒนาสายเคเบิลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากความต้องการด้านการรักษาสิ่งแวดล้อมของผู้คนเพิ่มมากขึ้น การวิจัยและพัฒนาวัสดุสายเคเบิลที่ก่อให้เกิดมลพิษต่ำและสามารถรีไซเคิลได้จะเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคต