Dalam sistem tenaga modern, kabel tegangan tinggi memainkan peran vital. Dari jaringan listrik bawah tanah di kota-kota hingga saluran transmisi jarak jauh melintasi pegunungan dan sungai, kabel tegangan tinggi memastikan transmisi energi listrik yang efisien, stabil, dan aman. Artikel ini akan membahas secara mendalam berbagai teknologi yang terkait dengan kabel tegangan tinggi, termasuk struktur, klasifikasi, proses pembuatan, karakteristik kinerja, instalasi, dan pemeliharaannya.
1. Struktur dasar kabel tegangan tinggi
Kabel tegangan tinggi terutama terdiri dari konduktor, lapisan isolasi, lapisan pelindung, dan lapisan pengaman.
Konduktor adalah saluran transmisi arus dan biasanya terbuat dari tembaga atau aluminium. Tembaga memiliki konduktivitas dan keuletan yang baik, sedangkan aluminium relatif murah dan ringan. Konduktor ini umumnya berbentuk kawat terpilin multi-untai untuk meningkatkan fleksibilitas.
Lapisan isolasi merupakan bagian penting dari kabel tegangan tinggi, yang berperan dalam mencegah kebocoran arus dan mengisolasi konduktor dari dunia luar. Bahan isolasi umum meliputi polietilen ikatan silang (XLPE), kertas minyak, dan lain-lain. XLPE memiliki sifat listrik, ketahanan panas, dan kekuatan mekanik yang sangat baik, dan banyak digunakan dalam kabel tegangan tinggi modern.
Lapisan pelindung dibagi menjadi pelindung dalam dan pelindung luar. Pelindung dalam digunakan untuk membuat medan listrik seragam dan mencegah pelepasan muatan lokal merusak lapisan isolasi; pelindung luar dapat mengurangi interferensi medan elektromagnetik eksternal pada kabel, dan juga mencegah kabel dari dampak elektromagnetik pada dunia luar.
Lapisan pelindung terutama melindungi kabel dari kerusakan akibat faktor eksternal seperti kerusakan mekanis, korosi kimia, dan masuknya air. Biasanya terdiri dari lapisan pelindung logam dan selubung luar. Lapisan pelindung logam memberikan kekuatan mekanis, sedangkan selubung luar memiliki fungsi kedap air dan anti korosi.
2. Klasifikasi kabel tegangan tinggi
Berdasarkan tingkat tegangan, kabel tegangan tinggi dapat dibagi menjadi kabel tegangan menengah (umumnya 3-35kV), kabel tegangan tinggi (35-110kV), kabel tegangan ultra tinggi (110-500kV), dan kabel tegangan ultra tinggi (di atas 500kV). Kabel dengan tingkat tegangan yang berbeda memiliki perbedaan dalam desain struktural, persyaratan isolasi, dan lain sebagainya.
Dari perspektif bahan isolasi, selain kabel XLPE dan kabel kertas-minyak yang disebutkan di atas, ada juga kabel karet etilen-propilena. Kabel kertas-minyak memiliki sejarah panjang, tetapi karena biaya perawatannya yang tinggi dan alasan lainnya, kabel ini secara bertahap digantikan oleh kabel XLPE. Kabel karet etilen-propilena memiliki fleksibilitas dan ketahanan cuaca yang baik, dan cocok untuk beberapa keperluan khusus.
3. Proses pembuatan kabel tegangan tinggi
Pembuatan kabel tegangan tinggi merupakan proses yang kompleks dan rumit.
Pembuatan konduktor pertama-tama membutuhkan bahan baku tembaga atau aluminium yang diregangkan, dipelintir, dan melalui proses lain untuk memastikan akurasi dimensi dan sifat mekanik konduktor. Selama proses pemuntiran, untaian-untaian tersebut harus tersusun rapat untuk meningkatkan konduktivitas konduktor.
Ekstrusi lapisan isolasi merupakan salah satu langkah kunci. Untuk lapisan isolasi XLPE, material XLPE diekstrusi pada suhu tinggi dan dililitkan secara merata pada konduktor. Selama proses ekstrusi, parameter seperti suhu, tekanan, dan kecepatan ekstrusi harus dikontrol secara ketat untuk memastikan kualitas dan keseragaman ketebalan lapisan isolasi.
Lapisan pelindung biasanya dibuat dengan cara menganyam kawat logam atau membungkusnya dengan pita logam. Proses pembuatan pelindung bagian dalam dan luar sedikit berbeda, tetapi keduanya perlu memastikan integritas lapisan pelindung dan koneksi listrik yang baik.
Terakhir, produksi lapisan pelindung meliputi pemasangan pelindung logam dan ekstrusi selubung luar. Pelindung logam harus terpasang rapat pada kabel, dan ekstrusi selubung luar harus memastikan tampilan yang halus tanpa cacat seperti gelembung dan retakan.
4. Karakteristik kinerja kabel tegangan tinggi
Dari segi performa listrik, kabel tegangan tinggi perlu memiliki resistansi isolasi yang tinggi, kerugian dielektrik yang rendah, dan ketahanan tegangan yang baik. Resistansi isolasi yang tinggi dapat secara efektif mencegah kebocoran arus, kerugian dielektrik yang rendah mengurangi kehilangan energi listrik selama transmisi, dan ketahanan tegangan yang baik memastikan bahwa kabel dapat beroperasi dengan aman di lingkungan tegangan tinggi.
Dari segi sifat mekanik, kabel harus memiliki kekuatan tarik, radius tekukan, dan ketahanan benturan yang memadai. Selama pemasangan dan pengoperasian, kabel mungkin mengalami peregangan, tekukan, dan benturan gaya eksternal. Jika sifat mekaniknya tidak memadai, mudah menyebabkan kerusakan kabel.
Performa termal juga merupakan aspek penting. Kabel akan menghasilkan panas selama pengoperasian, terutama saat beroperasi di bawah beban tinggi. Oleh karena itu, kabel perlu memiliki ketahanan panas yang baik dan mampu bekerja normal dalam kisaran suhu tertentu tanpa masalah seperti penuaan isolasi. Kabel XLPE memiliki ketahanan panas yang relatif baik dan dapat beroperasi dalam waktu lama pada suhu yang lebih tinggi.
5. Pemasangan dan pemeliharaan kabel tegangan tinggi
Dari segi pemasangan, hal pertama yang harus dilakukan adalah merencanakan jalur untuk memastikan jalur pemasangan kabel masuk akal dan aman. Selama proses pemasangan, perlu diperhatikan untuk menghindari peregangan, pembengkokan, dan ekstrusi kabel yang berlebihan. Untuk pemasangan kabel jarak jauh, peralatan seperti konveyor kabel biasanya digunakan untuk membantu konstruksi.
Pembuatan sambungan kabel merupakan mata rantai kunci dalam proses instalasi. Kualitas sambungan secara langsung memengaruhi keandalan pengoperasian kabel. Saat membuat sambungan, kabel perlu dikupas, dibersihkan, disambungkan, dan diisolasi. Setiap langkah perlu dilakukan secara ketat sesuai dengan persyaratan proses untuk memastikan bahwa sifat listrik dan mekanik sambungan memenuhi persyaratan.
Pekerjaan pemeliharaan sangat penting untuk pengoperasian kabel tegangan tinggi yang stabil dalam jangka panjang. Inspeksi rutin dapat dengan cepat mendeteksi apakah tampilan kabel rusak atau selubungnya rusak. Pada saat yang sama, beberapa peralatan pengujian juga dapat digunakan untuk menguji kinerja isolasi dan pelepasan parsial kabel. Jika ditemukan masalah, masalah tersebut harus diperbaiki atau diganti tepat waktu.
6. Kegagalan dan deteksi kabel tegangan tinggi
Kegagalan umum pada kabel tegangan tinggi meliputi kerusakan isolasi, putusnya konduktor, dan kegagalan sambungan. Kerusakan isolasi dapat disebabkan oleh penuaan isolasi, pelepasan sebagian, atau tegangan berlebih eksternal. Putusnya konduktor biasanya disebabkan oleh gaya eksternal mekanis atau beban berlebih jangka panjang. Kegagalan sambungan dapat disebabkan oleh proses pembuatan sambungan yang buruk atau pemanasan yang parah selama pengoperasian.
Untuk mendeteksi kerusakan ini, terdapat banyak metode deteksi. Deteksi pelepasan parsial adalah metode yang umum digunakan. Dengan mendeteksi sinyal yang dihasilkan oleh pelepasan parsial di dalam kabel, dapat ditentukan apakah terdapat kerusakan isolasi di dalam kabel. Uji tegangan tahan dapat mendeteksi kapasitas tegangan tahan kabel dan menemukan potensi masalah isolasi. Selain itu, teknologi pencitraan termal inframerah dapat mendeteksi distribusi suhu pada permukaan kabel, sehingga dapat mengetahui apakah kabel tersebut memiliki masalah seperti panas berlebih lokal.
7. Penerapan dan tren pengembangan kabel tegangan tinggi dalam sistem tenaga listrik
Dalam sistem tenaga listrik, kabel tegangan tinggi banyak digunakan dalam transformasi jaringan listrik perkotaan, saluran keluar pembangkit listrik besar, transmisi kabel bawah laut, dan bidang lainnya. Dalam jaringan listrik perkotaan, karena keterbatasan ruang, penggunaan kabel bawah tanah dapat menghemat ruang dan meningkatkan estetika kota. Saluran keluar pembangkit listrik besar memerlukan penggunaan kabel tegangan tinggi untuk mengirimkan listrik ke gardu induk yang jauh. Transmisi kabel bawah laut dapat mewujudkan transmisi daya lintas laut dan menyediakan pasokan listrik yang stabil untuk pulau-pulau dan daerah pesisir.
Seiring dengan perkembangan teknologi tenaga listrik yang berkelanjutan, kabel tegangan tinggi juga menunjukkan beberapa tren perkembangan. Pertama, penelitian dan pengembangan serta penerapan kabel dengan tingkat tegangan yang lebih tinggi. Dengan meningkatnya permintaan transmisi daya jarak jauh, pengembangan kabel tegangan ultra tinggi akan menjadi fokus utama. Kedua, kecerdasan kabel. Dengan mengintegrasikan sensor dan peralatan lain ke dalam kabel, pemantauan status operasi kabel secara real-time dan peringatan kesalahan dapat dicapai, sehingga meningkatkan keandalan operasi kabel. Ketiga, pengembangan kabel ramah lingkungan. Seiring dengan meningkatnya tuntutan masyarakat terhadap perlindungan lingkungan, penelitian dan pengembangan material kabel yang rendah polusi dan dapat didaur ulang akan menjadi arah pengembangan di masa depan.
Waktu posting: 24 September 2024