ส่งแสงสว่างไปทั่วระยะทางหลายพันไมล์ – สำรวจความลึกลับและนวัตกรรมของสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง

ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ สายไฟฟ้าแรงสูงมีบทบาทสำคัญ ตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าใต้ดินในเมืองไปจนถึงสายส่งไฟฟ้าระยะไกลข้ามภูเขาและแม่น้ำ สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงช่วยให้มั่นใจได้ถึงการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ มีเสถียรภาพ และปลอดภัย บทความนี้จะสำรวจเชิงลึกเกี่ยวกับเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง รวมถึงโครงสร้าง การจำแนกประเภท กระบวนการผลิต คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ การติดตั้งและการบำรุงรักษา
1.โครงสร้างพื้นฐานของสายไฟฟ้าแรงสูง

สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวนำ ชั้นฉนวน ชั้นป้องกัน และชั้นป้องกัน

ตัวนำเป็นช่องทางส่งกระแสไฟฟ้าและมักทำจากทองแดงหรืออลูมิเนียม ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าและความเหนียวที่ดี ในขณะที่อลูมิเนียมมีต้นทุนค่อนข้างต่ำและมีน้ำหนักเบา โดยทั่วไปตัวนำเหล่านี้จะอยู่ในรูปของลวดบิดเกลียวหลายเส้นเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น

ชั้นฉนวนเป็นส่วนสำคัญของสายไฟฟ้าแรงสูงซึ่งมีบทบาทในการป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่วและแยกตัวนำออกจากโลกภายนอก วัสดุฉนวนทั่วไป ได้แก่ โพลีเอทิลีนแบบ cross-linked (XLPE) กระดาษน้ำมัน ฯลฯ XLPE มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ทนความร้อน และความแข็งแรงทางกล และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสายไฟฟ้าแรงสูงสมัยใหม่

ชั้นป้องกันแบ่งออกเป็นชั้นป้องกันด้านในและชั้นป้องกันด้านนอก โล่ด้านในใช้เพื่อทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและป้องกันการคายประจุในท้องถิ่นจากการทำลายชั้นฉนวน ชิลด์ด้านนอกสามารถลดการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกบนสายเคเบิล และยังป้องกันไม่ให้สายเคเบิลกระทบต่อโลกภายนอกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า

ชั้นป้องกันส่วนใหญ่จะปกป้องสายเคเบิลจากความเสียหายจากปัจจัยภายนอก เช่น ความเสียหายทางกล การกัดกร่อนของสารเคมี และการบุกรุกของน้ำ โดยทั่วไปจะประกอบด้วยเกราะโลหะและปลอกด้านนอก เกราะโลหะสามารถให้ความแข็งแรงทางกลได้ และเปลือกด้านนอกมีฟังก์ชั่นกันน้ำและป้องกันการกัดกร่อน

2. การจำแนกประเภทของสายไฟฟ้าแรงสูง

ตามระดับแรงดันไฟฟ้า สายไฟฟ้าแรงสูงสามารถแบ่งออกเป็นสายไฟฟ้าแรงดันปานกลาง (โดยทั่วไป 3-35kV) สายไฟฟ้าแรงสูง (35-110kV) สายไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ (110-500kV) และสายสูงพิเศษ - สายไฟแรงดันไฟฟ้า (มากกว่า 500kV) สายเคเบิลที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่างกันจะแตกต่างกันไปในการออกแบบโครงสร้าง ข้อกำหนดด้านฉนวน ฯลฯ

จากมุมมองของวัสดุฉนวน นอกจากสาย XLPE และสายกระดาษน้ำมันที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีสายยางเอทิลีนโพรพิลีนอีกด้วย สายเคเบิลกระดาษน้ำมันมีประวัติอันยาวนาน แต่เนื่องจากค่าบำรุงรักษาที่สูงและเหตุผลอื่น ๆ จึงค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยสายเคเบิล XLPE สายยางเอทิลีนโพรพิลีนมีความยืดหยุ่นและทนต่อสภาพอากาศได้ดี และเหมาะสำหรับโอกาสพิเศษบางโอกาส
3. กระบวนการผลิตสายไฟฟ้าแรงสูง

การผลิตสายไฟแรงสูงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน

การผลิตตัวนำต้องอาศัยการยืด บิด และกระบวนการอื่นๆ ของวัตถุดิบทองแดงหรืออลูมิเนียมก่อน เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติและคุณสมบัติทางกลของตัวนำ ในระหว่างกระบวนการบิดเกลียว จะต้องจัดเรียงเกลียวของเกลียวอย่างใกล้ชิดเพื่อปรับปรุงค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำ

การอัดขึ้นรูปชั้นฉนวนเป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญ สำหรับชั้นฉนวน XLPE วัสดุ XLPE จะถูกอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงและพันบนตัวนำอย่างสม่ำเสมอ ในระหว่างกระบวนการอัดรีด พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเร็วการอัดรีด จะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความหนาของชั้นฉนวนที่สม่ำเสมอ

ชั้นป้องกันมักทำโดยการทอลวดโลหะหรือการพันด้วยเทปโลหะ กระบวนการผลิตของชีลด์ด้านในและด้านนอกแตกต่างกันเล็กน้อย แต่ทั้งสองอย่างจำเป็นต้องมั่นใจในความสมบูรณ์ของชั้นชีลด์และการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ดี

ในที่สุด การผลิตชั้นป้องกันจะรวมถึงการวางเกราะโลหะและการอัดขึ้นรูปของปลอกด้านนอก เกราะโลหะควรติดแน่นกับสายเคเบิล และการอัดขึ้นรูปของเปลือกด้านนอกควรรับประกันว่าจะดูเรียบเนียนโดยไม่มีข้อบกพร่อง เช่น ฟองอากาศและรอยแตกร้าว
4. ลักษณะสมรรถนะของสายไฟฟ้าแรงสูง

ในแง่ของประสิทธิภาพทางไฟฟ้า สายไฟฟ้าแรงสูงจำเป็นต้องมีความต้านทานฉนวนสูง สูญเสียอิเล็กทริกต่ำ และต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดี ความต้านทานของฉนวนสูงสามารถป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การสูญเสียอิเล็กทริกต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าระหว่างการส่ง และความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดีทำให้มั่นใจได้ว่าสายเคเบิลสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีไฟฟ้าแรงสูง

ในแง่ของคุณสมบัติทางกล สายเคเบิลควรมีความต้านทานแรงดึง รัศมีการโค้งงอ และความต้านทานแรงกระแทกเพียงพอ ระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน สายเคเบิลอาจถูกยืด ดัดงอ และแรงกระแทกจากภายนอก หากคุณสมบัติทางกลไม่เพียงพอ อาจทำให้สายเคเบิลเสียหายได้ง่าย

ประสิทธิภาพการระบายความร้อนก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน สายเคเบิลจะสร้างความร้อนระหว่างการทำงานโดยเฉพาะเมื่อทำงานภายใต้ภาระสูง ดังนั้นสายเคเบิลจึงต้องมีความต้านทานความร้อนได้ดีและสามารถทำงานได้ตามปกติภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดโดยไม่มีปัญหาเช่นการเสื่อมสภาพของฉนวน สาย XLPE ทนความร้อนได้ค่อนข้างดี และสามารถทำงานได้นานในอุณหภูมิที่สูงกว่า
5. การติดตั้งและบำรุงรักษาสายไฟฟ้าแรงสูง

ในด้านการติดตั้งสิ่งแรกที่ต้องทำคือการวางแผนเส้นทางเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นทางการวางสายเคเบิลมีความสมเหตุสมผลและปลอดภัย ในระหว่างกระบวนการวาง ควรใช้ความระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการยืด งอ และการอัดขึ้นรูปของสายเคเบิลมากเกินไป สำหรับการวางสายเคเบิลระยะไกล มักจะใช้อุปกรณ์ เช่น สายพานลำเลียง เพื่อช่วยในการก่อสร้าง

การผลิตข้อต่อสายเคเบิลถือเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการติดตั้ง คุณภาพของข้อต่อส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการใช้งานของสายเคเบิล เมื่อทำข้อต่อ จำเป็นต้องปอก ทำความสะอาด เชื่อมต่อ และหุ้มฉนวนสายเคเบิล แต่ละขั้นตอนจะต้องดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดของกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของข้อต่อตรงตามข้อกำหนด

งานบำรุงรักษาถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่มั่นคงในระยะยาวของสายไฟฟ้าแรงสูง การตรวจสอบเป็นประจำสามารถตรวจจับได้ทันทีว่ารูปลักษณ์ของสายเคเบิลเสียหายหรือปลอกหุ้มเสียหายหรือไม่ ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์ทดสอบบางอย่างสามารถใช้เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของฉนวนและการคายประจุบางส่วนของสายเคเบิลได้ หากพบปัญหาควรซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ให้ทันเวลา

6. ความล้มเหลวและการตรวจจับสายไฟฟ้าแรงสูง

ความล้มเหลวทั่วไปของสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง ได้แก่ ฉนวนพัง การหลุดของตัวนำ และความล้มเหลวของข้อต่อ การพังทลายของฉนวนอาจเกิดจากการเสื่อมสภาพของฉนวน การคายประจุบางส่วน หรือแรงดันไฟฟ้าเกินจากภายนอก การหลุดของตัวนำมักเกิดจากแรงภายนอกทางกลหรือการโอเวอร์โหลดในระยะยาว ความล้มเหลวของข้อต่ออาจเกิดจากกระบวนการผลิตร่วมที่ไม่ดีหรือความร้อนอย่างรุนแรงระหว่างการทำงาน

ในการตรวจจับข้อผิดพลาดเหล่านี้ มีวิธีการตรวจจับหลายวิธี การตรวจจับการคายประจุบางส่วนเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไป ด้วยการตรวจจับสัญญาณที่เกิดจากการปล่อยประจุบางส่วนในสายเคเบิล จึงสามารถระบุได้ว่ามีข้อบกพร่องของฉนวนภายในสายเคเบิลหรือไม่ การทดสอบแรงดันไฟฟ้าสามารถตรวจจับความจุแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลและค้นหาปัญหาฉนวนที่อาจเกิดขึ้นได้ นอกจากนี้ เทคโนโลยีถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดยังสามารถตรวจจับการกระจายของอุณหภูมิบนพื้นผิวของสายเคเบิล เพื่อค้นหาว่าสายเคเบิลมีปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นหรือไม่
7.แนวโน้มการใช้งานและการพัฒนาสายไฟฟ้าแรงสูงในระบบไฟฟ้า

ในระบบไฟฟ้า สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเปลี่ยนแปลงโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง สายส่งของสถานีไฟฟ้าขนาดใหญ่ การส่งผ่านสายเคเบิลใต้น้ำ และสาขาอื่นๆ ในระบบโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง เนื่องจากพื้นที่จำกัด การใช้สายเคเบิลใต้ดินจึงสามารถประหยัดพื้นที่และปรับปรุงความสวยงามของเมืองได้ สายไฟขาออกของโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้สายไฟฟ้าแรงสูงเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าไปยังสถานีไฟฟ้าย่อยที่อยู่ห่างไกล การส่งผ่านสายเคเบิลใต้น้ำสามารถรับรู้การส่งผ่านพลังงานข้ามทะเลและให้พลังงานที่เสถียรสำหรับเกาะและพื้นที่ชายฝั่ง

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานอย่างต่อเนื่อง สายไฟฟ้าแรงสูงได้แสดงให้เห็นแนวโน้มการพัฒนาบางประการเช่นกัน หนึ่งคือการวิจัยและพัฒนาและประยุกต์ใช้สายเคเบิลที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า ด้วยความต้องการระบบส่งไฟฟ้าทางไกลที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาสายไฟฟ้าแรงสูงพิเศษจึงกลายเป็นประเด็นสำคัญ ประการที่สองคือความฉลาดของสายเคเบิล ด้วยการรวมเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อื่นๆ เข้ากับสายเคเบิล ทำให้สามารถตรวจสอบสถานะการทำงานของสายเคเบิลและการเตือนข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์ได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการทำงานของสายเคเบิล ประการที่สามคือการพัฒนาสายเคเบิลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากความต้องการของผู้คนในการปกป้องสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น การวิจัยและพัฒนาวัสดุสายเคเบิลที่รีไซเคิลได้และมีมลพิษต่ำจะเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคต