Жел энергетикалық жүйелеріне арналған кабель өндірісінің процесі
Жел энергиясы таза энергияға көшуде маңызды тірек болды. Биік жел турбиналары мен олардың айналатын ротор қалақтарының артында өндірілген электр энергиясын қауіпсіз және тиімді таратуды қамтамасыз ететін күрделі электрлік инфрақұрылым жатыр. Ең маңызды компоненттердің бірі - кабель. Жел энергетикалық жүйелеріне арналған кабельдер жай ғана «қарапайым электр өткізгіштері» емес, олар экстремалды қоршаған орта жағдайларына, дірілге, динамикалық қозғалысқа және теңіз турбиналарында тұзды судың әсеріне төтеп беру үшін арнайы жасалған. Бұл мақалада жел энергетикалық жүйелеріне арналған кабель өндірісінің процесі, жобалаудан бастап сапаны сынауға дейін қарастырылады.
1. Жел турбиналарын қолдану талаптарын түсіну
Өндіріс басталмас бұрын, кабель өндірушілері кабельдің орналасқан жері мен функциясына негізделген қажеттіліктерді талдау жүргізеді. Жел энергетикасы жүйелерінде кабельдер әдетте бірнеше санатқа бөлінеді: гондола ішіндегі кабельдер (генератор корпусы), мұнарадағы кабельдер, көлбеу және қисаю жүйесіне арналған кабельдер (қалақтың бұрышы және турбинаның бағыты) және турбина мен қосалқы станция арасындағы кабельдер (массиваралық және экспорттық кабельдер, әсіресе теңіз жел электр станцияларында).
Әрбір санаттың әртүрлі талаптары бар. Мұнаралар арқылы өтетін кабельдер механикалық жүктемелер мен үйкеліске төтеп беруі керек. Екпінді/иілулі кабельдер қайталанатын иілу мен бұралуға төтеп беруі керек. Сыртқы кабельдер ультракүлгін сәулелерге, озонға, ылғалдылыққа және температураның өзгеруіне төтеп беруі керек. Теңізде қолданылатын қолданбаларда теңіз суының коррозиясына төзімділік және судың енуінен қорғау ерекше қатаң талаптар болып табылады. Бұл талдау кезеңі өткізгіштің дизайнын, оқшаулағыш материалын, экран түрін, сауытын және сыртқы қабықты таңдауды анықтайды.
2. Техникалық жобалау: өткізгіштер, оқшаулау және кабель құрылымы
Талаптар картаға түсірілгеннен кейін, инженерлік топ кабель сипаттамаларын әзірлейді. Өткізгіш материалын таңдау әдетте мыс (Cu) мен алюминий (Al) арасында болады. Мыстың өткізгіштігі жоғары және икемділігі жақсы, бұл оны басқару кабельдері, өлшеуіш кабельдері және қозғалатын кабельдер үшін кең таралған етеді. Алюминий жеңілірек және үнемді, көбінесе беру үшін үлкен қималы қуат кабельдерінде қолданылады.
Басқа маңызды параметрлерге мыналар жатады:
– Ток өткізгіштік қабілетін анықтауға арналған өткізгіштің көлденең қимасының ауданы (мм²).
– Номиналды кернеу (мысалы, төмен кернеулі кабельдер үшін 0,6/1 кВ, орта кернеулі кабельдер үшін 6–35 кВ).
– Өткізгіштің икемділік класы, әсіресе динамикалық кабельдер үшін.
– XLPE (айқас байланысқан полиэтилен), EPR/HEPR немесе арнайы ПВХ сияқты оқшаулағыш материалдар.
– Электр өрістерін басқаруға арналған орташа кернеулі кабельдерге арналған электромагниттік қалқан (экран).
– Механикалық қорғанысқа, әсіресе жер асты/теңіз кабельдеріне арналған сауыт (болат сым немесе болат таспа немесе алюминий сым сауыт).
– Тозуға және ауа райына төзімділікке арналған сыртқы қабық (мысалы, PE, LSZH немесе полиуретан/PU).
Бұл дизайн IEC/EN сияқты салалық стандарттар мен сертификаттау талаптарына, сондай-ақ турбина өндірушісінің (OEM) нақты сипаттамаларына сәйкес келуі керек.
3. Сым тарту процесі
Физикалық өндіріс кезеңі әдетте мыс немесе алюминий шыбықтар түріндегі шикі металл материалдарынан басталады. Содан кейін шыбықтар қажетті кішірек сым диаметрін алу үшін бірқатар қалыптар арқылы тартылады. Бұл процесс сым тарту деп аталады.
Созу кезінде сым пластикалық деформацияға ұшырайды және қызып кетуі мүмкін, бұл майлауды және температураны бақылауды қажет етеді. Мыс үшін сымның икемді және аз сынғыш болуы үшін күйдіру процесі (бақыланатын қыздыру) жиі қолданылады. Бұл процестің соңғы нәтижесі - өткізгіштің қалыптасуының негізгі элементтері болып табылатын біркелкі диаметрлі жұқа сымдар.
4. Өткізгіштің қалыптасуы (жіптің түйісуі)
Содан кейін тартылған сымдар жіптеу процесі арқылы бір өткізгішке біріктіріледі. Екі жалпы тәсіл бар:
– Концентрлік жіптеу, сым шеңбер түрінде қабат-қабат орналастырылған.
– Арқанды жіппен байлау, икемдірек, жиі қозғалатын/дірілдейтін қолданбаларға жарамды.
Жел турбинасы кабельдері үшін динамикалық қималар үшін, мысалы, қадам жүйесіне апаратын жол үшін икемдірек жіптеу жиі таңдалады. Бұл процесте жіптеу машинасы сымды белгілі бір қадаммен (катушка ұзындығы) бұрап, тоқиды. Дұрыс қадам берік, бірақ икемді өткізгіш үшін өте маңызды. Өткізгіш аяқталғаннан кейін, өткізгіштіктің сипаттамаларға сәйкес келетініне көз жеткізу үшін әдетте электр кедергісін сынау жүргізіледі.
5. Оқшаулағыш экструзия: өткізгішті жабу және қорғау
Содан кейін өткізгіштер оқшаулау экструзия желісіне кіреді, бұл өткізгіштерді экструдерді пайдаланып полимер материалымен жабу процесі. Жел энергетикалық жүйелері үшін кең таралған оқшаулағыш материалдар - ыстыққа төзімділігі мен жақсы диэлектрлік қасиеттеріне байланысты XLPE немесе EPR.
Орташа жиіліктегі кабельдерде оқшаулау процесі бірнеше қабатты қамтуы мүмкін:
1. Өткізгіш бетіндегі электр өрісін тегістеуге арналған өткізгіш экран (жартылай өткізгіш).
2. Негізгі оқшаулағыш ретінде оқшаулағыш қабат (XLPE/EPR).
3. Электр өрісін басқаруға және металл экранды орнатуды жеңілдетуге арналған оқшаулағыш экран (жартылай өткізгіш).
Оқшаулау қалыңдығын бақылау өте маңызды. Тым жұқа кернеудің бұзылуына қауіп төндіреді, ал тым қалың болса, құнын арттырады және кабельдің икемділігін төмендетеді. Экструзиядан кейін салқындату біртіндеп жүзеге асырылады, көбінесе материал ақауларының (бостықтардың, көпіршіктердің немесе микрожарықтардың) алдын алу үшін температура бақыланатын су науасын пайдаланады.
6. Экран мен қалқанды орнату
Көпметрлі (МӨ) кабельдер және кейбір сезімтал басқару кабельдері үшін таспа немесе сым түріндегі металл (әдетте мыс) экран қолданылады. Экран ақаулық токтарының жолы ретінде қызмет етеді және электромагниттік қалқан ретінде әрекет етеді. Көптеген электрондық құрылғылары бар жел турбиналы ортада орналасқан кабельдер үшін экрандау кедергілерді азайтуға көмектеседі.
Экранды орнату процесі таспамен немесе өру машинасымен жүзеге асырылады. Тоқу тығыздығы, таспаның қабаттасуы және экранның үздіксіздігі қауіпсіздік және электромагниттік үйлесімділік (ЭМС) талаптарына сәйкес келетініне көз жеткізу үшін тексеріледі.
7. Брондау: ауыр жағдайларда механикалық қорғаныс
Механикалық кернеудің жоғары қаупі бар кабельдер үшін, мысалы, жер асты немесе су асты кабельдері үшін, сауыт қосылады. Теңіз жүйелерінде сауыттау әрқашан қажет, себебі кабель орнату кернеуіне, соққыларға және якорьлерден немесе теңіз түбіндегі үйкелістерден болатын ықтимал зақымға төтеп беруі керек.
Бронь болуы мүмкін:
– Жоғары созылу беріктігіне арналған болат сымнан жасалған сауыт (SWA).
– Қысымнан қорғауға арналған болат таспалы сауыт (STA).
– Гальваникалық коррозия қаупін азайту үшін белгілі бір конструкциялардағы алюминий сымнан жасалған сауыт.
Сауыт сым/таспаны үнемі орайтын арнайы машина арқылы орнатылады. Содан кейін, сауыттың астыңғы қабаттарға зақым келтірмеу үшін төсеніш қабаты қосылады.
8. Сыртқы қабық экструзиясы: ауа райына, ультракүлгін сәулелерге және химиялық заттарға төзімділік
Келесі кезең - сыртқы қабықтың (қабықтың) экструзиясы. Жел турбиналарында сыртқы қабық мыналарға төтеп бере алуы керек:
– ультракүлгін сәулелену (әсіресе құрлықта),
– озон және экстремалды ауа райы,
– жоғары ылғалдылық және конденсация,
– гондоладағы кейбір майлар мен жағармай материалдары,
– діріл немесе үйкеліс салдарынан пайда болатын тозу.
Қабық материалдары көбінесе ауа райына жақсы төзімділік үшін PE (полиэтилен), жабық кеңістіктерде өрт қауіпсіздігі үшін LSZH (түтінсіз галоген) немесе динамикалық қолдануларда жоғары тозуға төзімділік үшін PU болып табылады. Бұл кезеңде таңбалау (кабель коды, өлшемі, кернеуі, шығарылған жылы және стандарты) да қолданылады.
9. Сапаны сынау және сертификаттау
Жел энергетикалық жүйелеріне арналған кабельдер бірқатар зауыттық сынақтардан (күнделікті сынақтар және типтік сынақтар) өтуі керек. Кейбір кең таралған сынақтарға мыналар жатады:
– Өткізгіштің кедергісін сынау және өлшемдерін тексеру.
– Оқшаулаудың бұзылмағанына көз жеткізу үшін жоғары кернеу сынағы (гипотенциалды сынақ).
– Оқшаулаудағы микро ақауларды анықтау үшін ішінара разряд сынағы (тек MV).
– Динамикалық кабельдердің созылу, иілу, бұралу және шаршау сынақтары.
– Термиялық қартаю сынағы, ультракүлгін сәулелерге төзімділік және су/ылғалға төзімділік.
– Су асты кабельдері үшін: судың өтуін тексеру, коррозияға төзімділік және кейде қысым сынағы.
Егер кабель белгілі бір жобаға арналған болса, өндіруші шикізатты бақылау құжаттарын, сынақ есептерін және талап етілетін стандарттарға сәйкестік сертификаттарын да дайындайды.
10. Қаптау, сақтау және жоба алаңына жеткізу
Сынақтан өткеннен кейін, кабель шамадан тыс майысудың алдын алу үшін белгілі бір диаметрлі ағаш немесе болат барабанға оралады. Теңіз экспорты кабельдері сияқты ұзын кабельдер үшін тасымалдау тіпті карусель жүйесі бар арнайы кемелерді пайдалану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Сақтау сонымен қатар кабельдің деформациясын болдырмау үшін температураға, тікелей күн сәулесінің әсеріне және барабанның орналасуына мұқият назар аударуды қажет етеді.
Кабельді жұмыс орнында өңдеу және тарту процедуралары оның қызмет ету мерзімі үшін өте маңызды. Иілу радиусы асып кетсе, керілу шамасы асып кетсе немесе кабель ұшы дұрыс бекітілмесе, ылғал кабель құрылымына енсе, тіпті күрделі кабельдер де зақымдалуы мүмкін.
Жабу
Жел энергетикалық жүйелеріне арналған кабель өндіру процесі материалдарды жобалауды, қатаң сапаны бақылауды және турбинаның жұмыс ортасына бейімделген дизайнды біріктіреді. Сым тартудан бастап, жіптерді тартуға, оқшаулауды экструзиялауға, торды орнатуға, брондауға және тіпті сыртқы қабыққа дейін әрбір қадам кабельдің энергияны қауіпсіз, тиімді және берік түрде беруін қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Құрлықтағы және теңіздегі жел электр станциялары кеңейген сайын, сенімдірек, икемді және төзімдірек кабельдерге деген қажеттілік арта береді, бұл кабель технологиясын жел энергиясының болашақтағы табысының кілтіне айналдырады.
