ส่งแสงข้ามระยะทางหลายพันไมล์ – สำรวจความลึกลับและนวัตกรรมของสายเคเบิลแรงดันสูง

ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ สายไฟฟ้าแรงสูงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง ตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าใต้ดินในเมืองไปจนถึงสายส่งไฟฟ้าระยะไกลข้ามภูเขาและแม่น้ำ สายไฟฟ้าแรงสูงช่วยให้การส่งพลังงานไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ เสถียร และปลอดภัย บทความนี้จะเจาะลึกเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสายไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งรวมถึงโครงสร้าง การจำแนกประเภท กระบวนการผลิต ลักษณะเฉพาะด้านประสิทธิภาพ การติดตั้ง และการบำรุงรักษา
1.โครงสร้างพื้นฐานของสายไฟฟ้าแรงสูง

สายเคเบิลแรงดันสูงประกอบด้วยตัวนำ ชั้นฉนวน ชั้นป้องกัน และชั้นป้องกันเป็นหลัก

ตัวนำไฟฟ้าเป็นช่องทางส่งกระแสไฟฟ้า และมักทำจากทองแดงหรืออะลูมิเนียม ทองแดงมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าและความเหนียวที่ดี ในขณะที่อะลูมิเนียมมีต้นทุนค่อนข้างต่ำและมีน้ำหนักเบา โดยทั่วไปตัวนำไฟฟ้าเหล่านี้มักอยู่ในรูปของสายเกลียวหลายเส้นเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น

ชั้นฉนวนเป็นส่วนสำคัญของสายไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งมีบทบาทในการป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าและแยกตัวนำไฟฟ้าจากภายนอก วัสดุฉนวนที่นิยมใช้ ได้แก่ โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) กระดาษน้ำมัน ฯลฯ XLPE มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทนความร้อน และแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม และนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในสายไฟฟ้าแรงสูงสมัยใหม่

ชั้นป้องกันแบ่งออกเป็นชั้นป้องกันด้านในและชั้นป้องกันด้านนอก ชั้นป้องกันด้านในใช้เพื่อทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและป้องกันการคายประจุเฉพาะจุดที่อาจสร้างความเสียหายให้กับชั้นฉนวน ชั้นป้องกันด้านนอกช่วยลดการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกบนสายเคเบิล และยังช่วยป้องกันสายเคเบิลจากผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่อโลกภายนอกอีกด้วย

ชั้นป้องกันส่วนใหญ่ทำหน้าที่ปกป้องสายเคเบิลจากความเสียหายจากปัจจัยภายนอก เช่น ความเสียหายทางกล การกัดกร่อนทางเคมี และการรั่วซึมของน้ำ โดยทั่วไปประกอบด้วยเกราะโลหะและปลอกหุ้มภายนอก เกราะโลหะให้ความแข็งแรงเชิงกล ส่วนปลอกหุ้มภายนอกมีคุณสมบัติกันน้ำและป้องกันการกัดกร่อน

2. การจำแนกประเภทของสายไฟฟ้าแรงสูง

สายเคเบิลแรงดันสูงสามารถแบ่งตามระดับแรงดันไฟฟ้าได้เป็นสายเคเบิลแรงดันปานกลาง (โดยทั่วไป 3-35 กิโลโวลต์) สายเคเบิลแรงดันสูง (35-110 กิโลโวลต์) สายเคเบิลแรงดันสูงพิเศษ (110-500 กิโลโวลต์) และสายเคเบิลแรงดันสูงพิเศษ (สูงกว่า 500 กิโลโวลต์) สายเคเบิลที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่างกันจะมีความแตกต่างกันในด้านการออกแบบโครงสร้าง ข้อกำหนดด้านฉนวน และอื่นๆ

จากมุมมองของวัสดุฉนวน นอกจากสาย XLPE และสายกระดาษน้ำมันที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีสายยางเอทิลีน-โพรพิลีนอีกด้วย สายกระดาษน้ำมันมีประวัติความเป็นมายาวนาน แต่ด้วยต้นทุนการบำรุงรักษาที่สูงและเหตุผลอื่นๆ จึงค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยสาย XLPE สายยางเอทิลีน-โพรพิลีนมีความยืดหยุ่นและทนต่อสภาพอากาศได้ดี จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในโอกาสพิเศษบางประเภท
3. กระบวนการผลิตสายไฟฟ้าแรงสูง

การผลิตสายเคเบิลแรงดันสูงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน

การผลิตตัวนำไฟฟ้าจำเป็นต้องยืด บิด และผ่านกระบวนการอื่นๆ เพื่อให้ได้ตัวนำไฟฟ้าที่มีขนาดถูกต้องแม่นยำและมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ในกระบวนการบิด จะต้องจัดวางสายตัวนำไฟฟ้าให้ชิดกันเพื่อเพิ่มสภาพนำไฟฟ้าของตัวนำไฟฟ้า

การอัดรีดชั้นฉนวนเป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญ สำหรับชั้นฉนวน XLPE วัสดุ XLPE จะถูกอัดรีดที่อุณหภูมิสูงและพันรอบตัวนำอย่างสม่ำเสมอ ในระหว่างกระบวนการอัดรีด จำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเร็วในการอัดรีดอย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจถึงคุณภาพและความหนาของชั้นฉนวนที่สม่ำเสมอ

ชั้นป้องกันมักทำจากลวดโลหะหรือพันด้วยเทปโลหะ กระบวนการผลิตของชั้นป้องกันด้านในและด้านนอกจะแตกต่างกันเล็กน้อย แต่ทั้งสองอย่างจำเป็นต้องรับประกันความสมบูรณ์ของชั้นป้องกันและการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่ดี

ขั้นตอนสุดท้ายคือการผลิตชั้นป้องกัน ซึ่งประกอบไปด้วยการวางเกราะโลหะและการอัดขึ้นรูปปลอกหุ้มด้านนอก เกราะโลหะควรแนบสนิทกับสายเคเบิล และการอัดขึ้นรูปปลอกหุ้มด้านนอกควรทำให้ดูเรียบเนียน ปราศจากตำหนิ เช่น ฟองอากาศและรอยแตก
4. ลักษณะการทำงานของสายไฟฟ้าแรงสูง

ในด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้า สายเคเบิลแรงดันสูงจำเป็นต้องมีความต้านทานฉนวนสูง การสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำ และความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดี ความต้านทานฉนวนสูงสามารถป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าระหว่างการส่ง และความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดีช่วยให้มั่นใจได้ว่าสายเคเบิลสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง

ในด้านคุณสมบัติเชิงกล สายเคเบิลควรมีความแข็งแรง แรงดึง รัศมีการดัด และความต้านทานแรงกระแทกที่เพียงพอ ในระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน สายเคเบิลอาจเกิดการยืด การดัด และแรงกระแทกจากภายนอก หากคุณสมบัติเชิงกลไม่เพียงพอ อาจทำให้สายเคเบิลเสียหายได้ง่าย

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน สายเคเบิลจะก่อให้เกิดความร้อนระหว่างการทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานภายใต้ภาระหนัก ดังนั้น สายเคเบิลจึงต้องทนความร้อนได้ดีและสามารถทำงานได้ตามปกติภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดโดยไม่มีปัญหา เช่น ฉนวนเสื่อมสภาพ สายเคเบิล XLPE มีความทนทานต่อความร้อนค่อนข้างดีและสามารถใช้งานได้ยาวนานในอุณหภูมิสูง
5. การติดตั้งและบำรุงรักษาสายไฟฟ้าแรงสูง

ในแง่ของการติดตั้ง สิ่งแรกที่ต้องทำคือการวางแผนเส้นทางเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นทางการวางสายเคเบิลมีความเหมาะสมและปลอดภัย ในระหว่างกระบวนการวางสายเคเบิล ควรระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการยืด การดัด และการอัดตัวของสายเคเบิลมากเกินไป สำหรับการวางสายเคเบิลระยะไกล มักใช้อุปกรณ์ เช่น สายพานลำเลียงสายเคเบิล เพื่อช่วยในการก่อสร้าง

การผลิตข้อต่อสายเคเบิลถือเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการติดตั้ง คุณภาพของข้อต่อส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการใช้งานของสายเคเบิล ในการผลิตข้อต่อ สายเคเบิลจำเป็นต้องได้รับการลอก ทำความสะอาด เชื่อมต่อ และหุ้มฉนวน แต่ละขั้นตอนต้องดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดของกระบวนการ เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของข้อต่อเป็นไปตามข้อกำหนด

งานบำรุงรักษาเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่มั่นคงของสายเคเบิลแรงดันสูงในระยะยาว การตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอสามารถตรวจพบได้ทันทีว่ารูปลักษณ์ของสายเคเบิลเสียหายหรือปลอกหุ้มเสียหายหรือไม่ ขณะเดียวกัน อุปกรณ์ทดสอบบางชนิดก็สามารถใช้ทดสอบประสิทธิภาพของฉนวนและการคายประจุบางส่วนของสายเคเบิลได้ หากพบปัญหา ควรซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ทันที

6. ความล้มเหลวและการตรวจจับสายไฟฟ้าแรงสูง

ความล้มเหลวที่พบบ่อยของสายไฟฟ้าแรงสูง ได้แก่ การชำรุดของฉนวน ตัวนำขาด และข้อต่อขาด ความเสียหายของฉนวนอาจเกิดจากอายุของฉนวน การคายประจุบางส่วน หรือแรงดันไฟฟ้าเกินจากภายนอก การขาดการเชื่อมต่อของตัวนำมักเกิดจากแรงภายนอกทางกลหรือการรับน้ำหนักเกินในระยะยาว ความล้มเหลวของข้อต่ออาจเกิดจากกระบวนการผลิตข้อต่อที่ไม่ดี หรือความร้อนสูงระหว่างการใช้งาน

เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องเหล่านี้ มีวิธีการตรวจจับหลายวิธี การตรวจจับการคายประจุบางส่วนเป็นวิธีที่นิยมใช้กันทั่วไป การตรวจจับสัญญาณที่เกิดจากการปล่อยประจุบางส่วนในสายเคเบิล จะช่วยให้สามารถระบุได้ว่ามีข้อบกพร่องของฉนวนภายในสายเคเบิลหรือไม่ การทดสอบแรงดันไฟฟ้าสามารถตรวจจับความจุของแรงดันไฟฟ้าที่สายเคเบิลสามารถระบุปัญหาฉนวนที่อาจเกิดขึ้นได้ นอกจากนี้ เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดยังสามารถตรวจจับการกระจายตัวของอุณหภูมิบนพื้นผิวของสายเคเบิล เพื่อค้นหาว่าสายเคเบิลมีปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไปหรือไม่
7.การประยุกต์ใช้และแนวโน้มการพัฒนาสายไฟฟ้าแรงสูงในระบบไฟฟ้า

ในระบบไฟฟ้า สายเคเบิลแรงดันสูงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการเปลี่ยนโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง สายไฟขาออกของโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ระบบส่งเคเบิลใต้น้ำ และอื่นๆ ในระบบโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง เนื่องจากพื้นที่จำกัด การใช้สายเคเบิลใต้ดินจึงช่วยประหยัดพื้นที่และเพิ่มความสวยงามให้กับเมือง สายไฟขาออกของโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้สายเคเบิลแรงดันสูงเพื่อส่งไฟฟ้าไปยังสถานีย่อยที่อยู่ห่างไกล การส่งเคเบิลใต้น้ำสามารถส่งไฟฟ้าข้ามทะเลและให้พลังงานไฟฟ้าที่เสถียรสำหรับเกาะและชายฝั่ง

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีพลังงาน สายเคเบิลแรงดันสูงก็แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาบางประการ ประการหนึ่งคือการวิจัยและพัฒนาและการประยุกต์ใช้สายเคเบิลที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ด้วยความต้องการการส่งไฟฟ้าระยะไกลที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาสายเคเบิลแรงดันสูงพิเศษจะกลายเป็นจุดสนใจ ประการที่สองคือความชาญฉลาดของสายเคเบิล ด้วยการรวมเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อื่นๆ เข้ากับสายเคเบิล ทำให้สามารถตรวจสอบสถานะการทำงานและแจ้งเตือนข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการใช้งานของสายเคเบิล ประการที่สามคือการพัฒนาสายเคเบิลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อความต้องการด้านการปกป้องสิ่งแวดล้อมของผู้คนเพิ่มขึ้น การวิจัยและพัฒนาวัสดุสายเคเบิลที่ก่อมลพิษต่ำและสามารถรีไซเคิลได้จะเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคต