Í nútíma raforkukerfum gegna háspennustrengir mikilvægu hlutverki. Frá neðanjarðarraforkukerfum í borgum til langlína yfir fjöll og ár, tryggja háspennustrengir skilvirka, stöðuga og örugga flutning raforku. Í þessari grein verður fjallað ítarlega um ýmsa tækni sem tengist háspennustrengjum, þar á meðal uppbyggingu þeirra, flokkun, framleiðsluferli, afköst, uppsetningu og viðhald.
1. Grunnbygging háspennustrengja
Háspennustrengir eru aðallega samsettir úr leiðurum, einangrunarlögum, skjöldurlögum og hlífðarlögum.
Leiðarinn er flutningsrás straumsins og er yfirleitt úr kopar eða áli. Kopar hefur góða leiðni og teygjanleika, en ál er tiltölulega ódýrt og létt. Þessir leiðarar eru almennt í formi margþráða snúnra víra til að auka sveigjanleika.
Einangrunarlagið er lykilhluti háspennustrengsins og gegnir hlutverki í að koma í veg fyrir straumleka og einangra leiðarann frá umheiminum. Algeng einangrunarefni eru meðal annars þverbundið pólýetýlen (XLPE), olíupappír o.s.frv. XLPE hefur framúrskarandi rafmagnseiginleika, hitaþol og vélrænan styrk og er mikið notað í nútíma háspennustrengjum.
Skjöldurlagið skiptist í innri skjöldun og ytri skjöldun. Innri skjöldurinn er notaður til að gera rafsviðið jafnt og koma í veg fyrir að staðbundin útskrift skemmi einangrunarlagið; ytri skjöldurinn getur dregið úr truflunum frá ytri rafsegulsviði á snúrunni og einnig komið í veg fyrir að snúran hafi rafseguláhrif á umheiminn.
Verndarlagið verndar aðallega snúruna gegn skemmdum af völdum utanaðkomandi þátta eins og vélrænna skemmda, efnatæringar og vatnsinnskots. Það er venjulega samsett úr málmbrynju og ytri slíðri. Málmbrynjan getur veitt vélrænan styrk og ytri slíðrið hefur vatnshelda og tæringarvarnareiginleika.
2. Flokkun háspennustrengja
Samkvæmt spennustigi má skipta háspennustrengjum í meðalspennustrengi (almennt 3-35kV), háspennustrengi (35-110kV), ofurháspennustrengi (110-500kV) og ofurháspennustrengi (yfir 500kV). Strengir með mismunandi spennustig eru mismunandi hvað varðar burðarvirki, einangrunarkröfur o.s.frv.
Frá sjónarhóli einangrunarefna, auk XLPE snúranna og olíupappírs snúranna sem nefndir eru hér að ofan, eru einnig til etýlen-própýlen gúmmí snúrur. Olíupappírs snúrur eiga sér langa sögu, en vegna mikils viðhaldskostnaðar og annarra ástæðna hafa þær smám saman verið skipt út fyrir XLPE snúrur. Etýlen-própýlen gúmmí snúrur eru sveigjanlegar og veðurþolnar og henta vel fyrir sérstök tilefni.
3. Framleiðsluferli háspennustrengs
Framleiðsla á háspennustrengjum er flókið og viðkvæmt ferli.
Framleiðsla leiðara krefst fyrst þess að kopar- eða álhráefnin séu teygð, snúið og önnur ferli notuð til að tryggja víddarnákvæmni og vélræna eiginleika leiðarans. Við snúningsferlið verður að raða þráðunum þétt saman til að bæta leiðni leiðarans.
Útpressun einangrunarlagsins er eitt af lykilþrepunum. Fyrir XLPE einangrunarlagið er XLPE efnið útpressað við háan hita og jafnt vafið utan um leiðarann. Við útpressunarferlið verður að hafa strangt eftirlit með breytum eins og hitastigi, þrýstingi og útpressunarhraða til að tryggja gæði og þykkt einangrunarlagsins.
Skjöldlagið er venjulega búið til með málmvírsofningu eða málmbandsvöfðu. Framleiðsluferli innri og ytri skjaldanna eru örlítið mismunandi, en bæði þarf að tryggja heilleika skjöldlagsins og góða rafmagnstengingu.
Að lokum felur framleiðsla verndarlagsins í sér að leggja málmbrynjuna og útpressa ytri slíðrið. Málmbrynjan ætti að passa þétt á kapalinn og útpressun ytri slíðrunnar ætti að tryggja slétt útlit án galla eins og loftbóla og sprunga.
4. Eiginleikar háspennustrengja
Hvað varðar rafmagnsafköst þurfa háspennustrengir að hafa mikla einangrunarviðnám, lágt rafsvörunartap og góða spennuviðnám. Hátt einangrunarviðnám getur á áhrifaríkan hátt komið í veg fyrir straumleka, lágt rafsvörunartap dregur úr tapi raforku við flutning og gott spennuviðnám tryggir að strengurinn geti starfað örugglega í háspennuumhverfi.
Hvað varðar vélræna eiginleika ætti kapallinn að hafa nægjanlegan togstyrk, beygjuþol og höggþol. Við uppsetningu og notkun getur kapallinn orðið fyrir teygju, beygju og utanaðkomandi áhrifum. Ef vélrænir eiginleikar eru ófullnægjandi er auðvelt að valda kapalskemmdum.
Hitaþol er einnig mikilvægur þáttur. Kapallinn myndar hita við notkun, sérstaklega þegar hann er undir miklu álagi. Þess vegna þarf kapallinn að hafa góða hitaþol og geta starfað eðlilega innan ákveðins hitastigsbils án vandamála eins og öldrunar einangrunar. XLPE kapallinn hefur tiltölulega góða hitaþol og getur starfað í langan tíma við hærra hitastig.
5. Uppsetning og viðhald háspennustrengja
Hvað varðar uppsetningu er það fyrsta sem þarf að gera að skipuleggja leiðina til að tryggja að leið kapallagningarinnar sé sanngjörn og örugg. Við lagningu skal gæta þess að forðast óhóflega teygju, beygju og útpressun á kaplinum. Við langar kapallagnir er venjulega notaður búnaður eins og kapalfæribönd til að aðstoða við framkvæmdir.
Framleiðsla á kapaltengingum er lykilatriði í uppsetningarferlinu. Gæði tengingarinnar hafa bein áhrif á rekstraröryggi kapalsins. Við framleiðslu á tengingum þarf að afklæða, þrífa, tengja og einangra kapalinn. Hvert skref þarf að framkvæma stranglega í samræmi við kröfur ferlisins til að tryggja að rafmagns- og vélrænir eiginleikar tengingarinnar uppfylli kröfurnar.
Viðhaldsvinna er nauðsynleg fyrir langtíma stöðugan rekstur háspennustrengja. Regluleg skoðun getur greint fljótt hvort útlit strengsins sé skemmt eða hvort kápan sé skemmd. Á sama tíma er einnig hægt að nota prófunarbúnað til að prófa einangrunargetu og hlutaútskrift strengsins. Ef vandamál finnast ætti að gera við þau eða skipta þeim út með tímanum.
6. Bilun og uppgötvun háspennustrengja
Algeng bilun í háspennustrengjum eru meðal annars bilun í einangrun, rof á leiðara og bilun í samskeytum. Bilun í einangrun getur stafað af öldrun einangrunar, hlutarafhleðslu eða utanaðkomandi ofspennu. Rof á leiðara er venjulega af völdum vélræns utanaðkomandi afls eða langvarandi ofhleðslu. Bilun í samskeytum getur stafað af lélegri framleiðsluferli samskeyta eða mikilli upphitun við notkun.
Til að greina þessi galla eru margar greiningaraðferðir til. Greining á hlutaútskrift er algeng aðferð. Með því að greina merki sem myndast við hlutaútskrift í snúrunni er hægt að ákvarða hvort einangrunargallar séu inni í snúrunni. Með spennuþolprófi er hægt að greina spennuþol snúrunnar og finna hugsanleg einangrunarvandamál. Að auki getur innrauða hitamyndatækni greint hitadreifingu á yfirborði snúrunnar til að komast að því hvort snúran eigi við vandamál að stríða, svo sem staðbundna ofhitnun.
7. Notkun og þróun háspennukerfum í raforkukerfum
Í raforkukerfum eru háspennustrengir mikið notaðir í umbreytingu raforkukerfa í þéttbýli, útleiðum stórra virkjana, flutningi sæstrengja og á öðrum sviðum. Í raforkukerfum í þéttbýli, vegna takmarkaðs rýmis, getur notkun jarðstrengja sparað pláss og fegurð borgarinnar. Útleiðir stórra virkjana krefjast þess að háspennustrengir séu notaðir til að flytja rafmagn til fjarlægra spennistöðva. Flutningur sæstrengja getur framkvæmt raforkuflutning yfir sjó og veitt stöðuga raforkuframboð fyrir eyjar og strandsvæði.
Með sífelldri þróun orkutækni hafa háspennustrengir einnig sýnt fram á nokkrar þróunarstefnur. Ein er rannsóknir, þróun og notkun á strengjum með hærri spennustigum. Með aukinni eftirspurn eftir langdrægum orkuflutningum mun þróun ofurháspennustrengja verða í brennidepli. Í öðru lagi er greindar snúrur. Með því að samþætta skynjara og annan búnað í strenginn er hægt að fylgjast með rekstrarstöðu strengsins í rauntíma og viðvörunum um bilanir, sem bætir rekstraröryggi strengsins. Í þriðja lagi er þróun umhverfisvænna strengja. Þar sem kröfur fólks um umhverfisvernd aukast, verða rannsóknir og þróun á mengunarlítil, endurvinnanlegum strengjaefnum framtíðarþróunarstefna.
Birtingartími: 24. september 2024