最新の電力システムでは、高電圧ケーブルが重要な役割を果たしています。都市の地下送電網から山や川を越える長距離送電線に至るまで、高電圧ケーブルは電力エネルギーの効率的で安定した安全な伝送を保証します。この記事では、高電圧ケーブルの構造、分類、製造プロセス、性能特性、設置とメンテナンスなど、高電圧ケーブルに関連するさまざまな技術を詳しく説明します。
1.高圧ケーブルの基本構造
高圧ケーブルは主に導体、絶縁層、シールド層、保護層で構成されています。
導体は電流の伝達チャネルであり、通常は銅またはアルミニウムでできています。銅は優れた導電性と延性を持っていますが、アルミニウムは比較的低コストで軽量です。これらの導体は通常、柔軟性を高めるために複数のより線を撚った形になっています。
絶縁層は高圧ケーブルの重要な部分であり、電流の漏れを防ぎ、導体を外界から隔離する役割を果たします。一般的な絶縁材料には、架橋ポリエチレン (XLPE)、油紙などが含まれます。XLPE は電気特性、耐熱性、機械的強度に優れており、現代の高圧ケーブルに広く使用されています。
シールド層は内側シールドと外側シールドに分かれています。内部シールドは、電界を均一にし、局所的な放電による絶縁層の損傷を防ぐために使用されます。外側のシールドは、ケーブルに対する外部電磁場の干渉を軽減し、ケーブルが外界に電磁的な影響を与えるのを防ぎます。
保護層は主に、機械的損傷、化学的腐食、水の侵入などの外部要因による損傷からケーブルを保護します。通常は金属製の装甲と外装で構成されます。金属外装は機械的強度を提供し、外側のシースは防水機能と耐腐食機能を備えています。
2. 高圧ケーブルの分類
高圧ケーブルは、電圧レベルに応じて、中圧ケーブル（通常 3 ～ 35kV）、高圧ケーブル（35 ～ 110kV）、超高圧ケーブル（110 ～ 500kV）、超高圧ケーブルに分類できます。 -電圧ケーブル（500kV以上）。電圧レベルが異なるケーブルは、構造設計、絶縁要件などが異なります。
絶縁材料の観点からは、上記のXLPEケーブルやオイルペーパーケーブルの他に、エチレンプロピレンゴムケーブルもあります。オイルペーパーケーブルの歴史は長いですが、メンテナンスコストが高いなどの理由から、徐々にXLPEケーブルに置き換えられてきました。エチレンプロピレンゴムケーブルは柔軟性、耐候性に優れており、特殊な用途に適しています。
3. 高圧ケーブルの製造工程
高電圧ケーブルの製造は、複雑かつ繊細なプロセスです。
導体の製造では、まず銅やアルミニウムの原料を引き伸ばしたり、ねじったりして、導体の寸法精度や機械的特性を確保する必要があります。撚り工程中、導体の導電率を向上させるために、より線の素線を密に配置する必要があります。
断熱層の押し出しは重要なステップの 1 つです。 XLPE 絶縁層の場合、XLPE 材料は高温で押し出され、導体上に均一に巻き付けられます。押出成形プロセスでは、断熱層の品質と厚さの均一性を確保するために、温度、圧力、押出速度などのパラメータを厳密に制御する必要があります。
シールド層は通常、金属線を編むか金属テープを巻き付けることによって作られます。内側シールドと外側シールドの製造プロセスは若干異なりますが、どちらもシールド層の完全性と良好な電気接続を確保する必要があります。
最後に、保護層の製造には、金属外装の敷設と外側シースの押し出しが含まれます。金属外装はケーブルにしっかりとフィットし、外側シースの押し出しにより、気泡や亀裂などの欠陥のない滑らかな外観が保証される必要があります。
4. 高圧ケーブルの性能特性
電気的性能の観点から、高圧ケーブルは高い絶縁抵抗、低い誘電損失、および良好な耐電圧性を備えている必要があります。高い絶縁抵抗は電流漏れを効果的に防止し、低い誘電損失は伝送中の電気エネルギーの損失を低減し、優れた耐電圧性によりケーブルが高電圧環境でも安全に動作できることを保証します。
機械的特性の観点から、ケーブルは十分な引張強度、曲げ半径、耐衝撃性を備えている必要があります。設置および使用中に、ケーブルは伸び、曲がり、外力による衝撃を受ける可能性があります。機械的特性が不十分な場合、ケーブルの損傷が発生しやすくなります。
熱性能も重要な要素です。動作中、特に高負荷下で動作している場合、ケーブルは熱を発生します。したがって、ケーブルには良好な耐熱性があり、一定の温度範囲内で絶縁劣化などの問題が発生せずに正常に動作できることが必要です。 XLPE ケーブルは比較的耐熱性に優れており、高温でも長時間使用できます。
5. 高圧ケーブルの敷設および保守
設置に関して、最初に行うことは、ケーブル敷設経路が合理的かつ安全であることを保証するための経路を計画することです。敷設プロセス中は、ケーブルが過度に伸びたり、曲がったり、はみ出したりしないように注意する必要があります。長距離のケーブル敷設では、通常、建設を支援するためにケーブルコンベアなどの機器が使用されます。
ケーブル ジョイントの製造は、設置プロセスにおける重要なリンクです。接合部の品質は、ケーブルの動作信頼性に直接影響します。ジョイントを作成するときは、ケーブルの皮を剥き、洗浄し、接続し、絶縁する必要があります。各ステップは、接合部の電気的および機械的特性が要件を確実に満たすように、プロセス要件に厳密に従って実行する必要があります。
高圧ケーブルを長期間安定して運用するには保守作業が不可欠です。定期的な検査により、ケーブルの外観の損傷や被覆の損傷を迅速に発見できます。同時に、一部の試験装置を使用してケーブルの絶縁性能と部分放電を試験することもできます。問題が見つかった場合は、適時に修理または交換する必要があります。
6. 高圧ケーブルの故障と検出
高電圧ケーブルの一般的な故障には、絶縁破壊、導体の断線、接合部の破損などがあります。絶縁破壊は、絶縁劣化、部分放電、外部過電圧によって発生する可能性があります。導体の断線は通常、機械的な外力や長期にわたる過負荷によって引き起こされます。ジョイントの故障は、ジョイントの製造プロセスの不良や動作中の激しい加熱によって引き起こされる可能性があります。
これらの障害を検出するには、さまざまな検出方法があります。部分放電検出は一般的に使用される方法です。ケーブル内の部分放電により発生する信号を検出することで、ケーブル内部の絶縁欠陥の有無を判定します。耐電圧試験では、ケーブルの耐電圧容量を検出し、潜在的な絶縁問題を発見できます。さらに、赤外線熱画像技術によりケーブル表面の温度分布を検出し、ケーブルに局所的な過熱などの問題がないかどうかを確認できます。
7.電力システムにおける高圧ケーブルの適用と開発動向
電力システムでは、高電圧ケーブルは都市部の電力網変換、大規模発電所の引出線、海底ケーブル送電などの分野で広く使用されています。都市の送電網ではスペースが限られているため、地中ケーブルを使用することでスペースを節約し、都市の美しさを向上させることができます。大規模な発電所の引出線では、遠くの変電所に電力を伝送するために高電圧ケーブルを使用する必要があります。海底ケーブル伝送により、海を越えた電力伝送を実現し、島嶼部や沿岸部への安定した電力供給を実現します。
電力技術の継続的な発展に伴い、高電圧ケーブルにもいくつかの開発傾向が見られます。 1 つは、より高い電圧レベルのケーブルの研究開発と応用です。長距離送電需要の増加に伴い、超高圧ケーブルの開発が注目されます。 2 つ目は、ケーブルのインテリジェンスです。センサーやその他の機器をケーブルに組み込むことにより、ケーブルの動作状態のリアルタイム監視と障害警告が実現され、ケーブルの動作信頼性が向上します。 3つ目は、環境に優しいケーブルの開発です。環境保護に対する人々の要求が高まるにつれ、低公害でリサイクル可能なケーブル材料の研究開発が将来の開発の方向性となります。
投稿日時: 2024 年 9 月 24 日