Blog về Công nghệ mới tăng cường phát hiện trực tuyến cách điện cáp cao thế

Hãy tưởng tượng tình huống này: sâu dưới bề mặt đại dương, một cáp điện cao áp—giống như một động mạch quan trọng—kết nối các lục địa, cung cấp điện cho hàng triệu ngôi nhà và doanh nghiệp. Rồi đột nhiên, đường dây sống còn này bị hỏng do các tạp chất siêu nhỏ, nhấn chìm các thành phố trong bóng tối và gây ra tình trạng hỗn loạn kinh tế. Hậu quả rất nghiêm trọng: việc sửa chữa cáp ngầm dưới biển cực kỳ tốn kém và tốn thời gian, với những tổn thất tăng lên theo từng giờ.

Trong thị trường cạnh tranh này, làm thế nào các nhà sản xuất cáp có thể tự phân biệt và giành được sự tin tưởng của khách hàng trong khi vẫn đảm bảo truyền tải điện ổn định? Câu trả lời nằm ở một nguyên tắc không thỏa hiệp: sự theo đuổi không ngừng nghỉ về độ tinh khiết của vật liệu cách điện.

Cáp cao áp, đặc biệt là cáp trung và cao áp, hoạt động như trái tim của hệ thống phân phối điện. Vật liệu cách điện đóng vai trò là lớp bảo vệ của chúng—một thành phần có tầm quan trọng hàng đầu. Hiện tại, polyethylene liên kết ngang (XLPE) chiếm ưu thế là vật liệu cách điện chính cho cáp trung và cao áp.

Polyethylene liên kết ngang (XLPE) là một vật liệu nhiệt rắn có nguồn gốc từ polyethylene thông qua quá trình liên kết ngang. Dưới áp suất cao và với các peroxide hữu cơ, polyethylene chuyển đổi từ một loại nhựa nhiệt dẻo thành một vật liệu đàn hồi, mang lại cho XLPE các đặc tính đặc biệt khiến nó trở nên lý tưởng để cách điện cáp cao áp:

• Tổn thất điện môi tối thiểu: Tổn thất điện môi thấp của XLPE có nghĩa là ít tiêu hao năng lượng hơn trong quá trình truyền tải, đảm bảo hiệu quả cao hơn.
• Các đặc tính điện vượt trội: Độ bền điện tuyệt vời, khả năng chống corona và khả năng chống hồ quang cho phép XLPE chịu được các trường điện áp cao.
• Các đặc tính vật lý nổi bật: Độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống ăn mòn hóa học cho phép vận hành đáng tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.
• Biến dạng nhiệt và khả năng chống lão hóa: XLPE duy trì hiệu suất ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao.
• Khả năng mang dòng điện cao hơn: Cáp XLPE có thể mang nhiều dòng điện hơn so với các loại cáp thay thế thông thường có cùng kích thước.
• Dễ dàng lắp đặt: Nhẹ và linh hoạt, cáp XLPE đơn giản hóa việc triển khai và giảm thời gian xây dựng.

Gần đây, Prysmian đã giới thiệu các loại cáp sáng tạo sử dụng chất đàn hồi nhiệt dẻo hiệu suất cao (HPTE). Mặc dù phù hợp với hiệu suất của XLPE, HPTE mang lại những lợi thế sản xuất khác biệt:

• Không cần liên kết ngang: Loại bỏ các sản phẩm phụ từ quá trình liên kết ngang, làm cho nó thân thiện với môi trường hơn.
• Khả năng tái chế: Cáp HPTE có thể được tái sử dụng, giảm thiểu chất thải.
• Chu kỳ sản xuất ngắn hơn: Cho phép phản ứng nhanh hơn với nhu cầu thị trường.
• Giảm diện tích nhà máy: Yêu cầu ít không gian sản xuất hơn, giảm chi phí.
• Khả năng tương thích: Hoạt động liền mạch với các thành phần mạng hiện có, tạo điều kiện nâng cấp lưới điện.

Cả XLPE và HPTE đều đóng vai trò là "trái tim" của cáp cao áp, bảo vệ độ tin cậy của việc truyền tải điện.

Đối với cáp cao và siêu cao áp, độ tinh khiết của vật liệu cách điện là không thể thương lượng. Độ tinh khiết cao hơn liên quan trực tiếp đến rủi ro hỏng hóc thấp hơn. Ngay cả một tạp chất kim loại 50 micron cũng có thể làm ảnh hưởng đến sản phẩm cuối cùng, dẫn đến chi phí theo dõi cắt cổ.

Hãy xem xét một cáp ngầm dưới biển hoạt động hoàn hảo trong nhiều thập kỷ—cho đến khi một hạt kim loại siêu nhỏ kích hoạt các phóng điện một phần dưới áp lực điện. Theo thời gian, những phóng điện này tăng cường, lên đến đỉnh điểm là hỏng cách điện và hỏng cáp thảm khốc.

• Chi phí sửa chữa khổng lồ: Các sự cố cáp ngầm dưới biển do ô nhiễm có thể gây ra hàng tuần ngừng hoạt động, với những hậu quả kinh tế và xã hội nghiêm trọng.
• Tác động sản xuất trên toàn ngành: Vật liệu bị ô nhiễm hoặc cáp bị lỗi không đạt các bài kiểm tra phóng điện làm gián đoạn hiệu quả sản xuất và làm tăng chi phí.

Cáp siêu cao áp trải qua các bài kiểm tra điện áp chịu đựng nghiêm ngặt ở mức 2,5 lần điện áp định mức của chúng—một cuộc kiểm tra tàn bạo về tính toàn vẹn của cách điện.

• Hậu quả hỏng hóc: Các cơ sở sản xuất điển hình gặp phải 5-6 sự cố hàng năm trong quá trình thử nghiệm, mỗi sự cố có khả năng tốn 150.000 € trước khi giao hàng.
• Gián đoạn lịch trình: Sự cố làm chậm trễ việc giao hàng, tạo ra các biến chứng theo hợp đồng.
• Thiệt hại về danh tiếng: Các mối nối không được phê duyệt có thể làm hoen ố hình ảnh chất lượng của nhà sản xuất và kích hoạt các điều khoản phạt.

Để đảm bảo độ tin cậy của cáp, các tiêu chuẩn ngành áp đặt các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết:

• Các tiêu chuẩn cáp cao áp thường yêu cầu loại trừ các chất gây ô nhiễm vượt quá 75 micron.
• Các hướng dẫn của AEIC yêu cầu thiết kế cáp phải kéo dài ít nhất 40 năm, đòi hỏi phải kiểm tra độ tinh khiết vật liệu 100%—việc thử nghiệm mẫu không thể loại bỏ đáng tin cậy tất cả các chất gây ô nhiễm.

Chỉ có kiểm tra toàn diện mới đảm bảo mọi mét đều đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

Hiện tại, các nhà sản xuất cáp thường sử dụng bộ lọc lưới để thu giữ các tạp chất trong XLPE và HPTE nóng chảy trước khi chúng đi vào cáp. Các bộ lọc này, được đặt giữa máy đùn và đầu liên kết ngang, phải đối mặt với những thách thức về hoạt động:

• Tắc nghẽn: Theo thời gian, các bộ lọc tích tụ vật liệu bị cháy hoặc các chất gây ô nhiễm quá mức, gây ra sự tăng đột biến áp suất của máy đùn.
• Dừng sản xuất: Việc thay thế bộ lọc thường xuyên đòi hỏi phải dừng sản xuất và nối sau đó.
• Rủi ro nối: Các mối nối được thực hiện thủ công đại diện cho các điểm yếu quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng dưới biển. Do đó, các nhà sản xuất đặt mục tiêu giảm thiểu các mối nối trong cáp dài.

Bộ lọc bị tắc làm giảm năng suất, đòi hỏi các giải pháp phát hiện và phân loại tạp chất đáng tin cậy hơn.

Các hệ thống phát hiện hạt hiện tại chủ yếu phục vụ cho việc giám sát trong phòng thí nghiệm hoặc dây chuyền sản xuất. Hầu hết đều dựa vào công nghệ quang học để phát hiện các chất gây ô nhiễm bề mặt nhưng không thể xác định các tạp chất bên trong.

Mặc dù hiệu quả đối với các khuyết tật bề mặt trong vật liệu trong suốt hoặc mờ đục, các kỹ thuật quang học không thể xuyên qua các hạt để phát hiện ô nhiễm bên trong.

Khả năng xuyên thấu của công nghệ tia X cho phép phát hiện các khuyết tật bên trong. Khi tia X đi qua vật liệu, độ suy giảm của chúng thay đổi theo mật độ, độ dày và thành phần nguyên tử—cho phép xác định tạp chất chính xác.

Các hệ thống phát hiện hiện đại kết hợp công nghệ tia X và quang học để đảm bảo chất lượng trực tuyến 100%. Phần mềm xử lý hình ảnh xác định, phân loại và tự động loại bỏ các chất gây ô nhiễm nhỏ tới 50 micron.

XLPE chủ yếu bao gồm carbon (6 proton), trong khi các chất gây ô nhiễm thép thông thường chứa sắt (26 proton). Sự khác biệt 20 proton này tạo ra độ tương phản tia X rõ rệt, cho phép phát hiện kim loại chính xác.

Công nghệ camera tiên tiến và hệ thống chiếu sáng ghi lại dòng vật liệu ở tốc độ công nghiệp. Sau đó, các thuật toán mạnh mẽ xác định các khuyết tật bề mặt vượt quá ngưỡng được xác định trước.

Cách tiếp cận kép này phát hiện cả các chất gây ô nhiễm bên trong và bề mặt, bao gồm:

• Tia X: Kim loại, chất gây ô nhiễm hữu cơ và sự không đồng nhất (ví dụ: TiO2) trong vật liệu trong suốt, có màu hoặc bán dẫn
• Quang học: Các khuyết tật bề mặt như đốm đen, hạt lạ và vật liệu khác biệt

Được lắp đặt giữa các phễu cấp liệu (chứa octabin, túi hoặc silo) và phễu máy đùn, các hệ thống này làm sạch vật liệu thông qua cấp liệu trọng lực trước khi bắt đầu quá trình đùn.

Ngoài các hệ thống trực tuyến, các giải pháp mô-đun cung cấp khả năng phát hiện và phân tích ngoại tuyến cho viên, vảy và băng—lý tưởng cho thông lượng nhỏ hơn, lấy mẫu hoặc kiểm tra vật liệu đến.

• Phát hiện trực tuyến: Loại bỏ tạp chất hàng loạt theo thời gian thực trong quá trình sản xuất
• Phát hiện ngoại tuyến: Đánh giá chất lượng mẫu

Các hệ thống triển khai cảm biến tia X hoặc quang học dựa trên nhu cầu ứng dụng, phát hiện các chất gây ô nhiễm trên 50 micron trong quá trình sản xuất hoặc lấy mẫu.

Thiết bị phòng thí nghiệm tia X có thể phân tích 3.000 viên (200ml) trong vài giây, làm nổi bật các chất gây ô nhiễm bằng quang học để dễ dàng loại bỏ—hoàn hảo để tinh chỉnh chất lượng.

Các nhà sản xuất hàng đầu kết hợp các hệ thống trực tuyến và ngoại tuyến để tối ưu hóa quy trình toàn diện:

• Trực tuyến: Loại bỏ tạp chất hàng loạt nhanh chóng
• Ngoại tuyến: Phân tích chi tiết các chất gây ô nhiễm đã loại bỏ

Sự tương tác này cho phép truy tìm nguồn gốc ô nhiễm thông qua việc tạo cơ sở dữ liệu, ngăn ngừa các vấn đề chất lượng trong tương lai.

Việc kiểm tra này nhấn mạnh tầm quan trọng quan trọng của độ tinh khiết XLPE và HPTE đối với cách điện cáp trung và cao áp. Các hệ thống kiểm soát chất lượng hiện đại phát hiện và loại bỏ các chất gây ô nhiễm trước khi đùn—cho dù có nguồn gốc từ nguyên liệu thô hay được đưa vào trong quá trình xử lý.

Ngay cả với các bộ lọc truyền thống, công nghệ này ngăn chặn việc tắc nghẽn bằng cách loại bỏ các viên bị ô nhiễm, kéo dài thời gian sản xuất đồng thời đảm bảo an toàn. Sự kết hợp tia X/quang học đảm bảo kiểm soát chất lượng 100% bằng cách phát hiện cả các khuyết tật bên trong và bề mặt.

Phân tích ngoại tuyến các chất gây ô nhiễm đã loại bỏ giúp tăng cường hơn nữa các quy trình sản xuất thông qua việc giám sát độ tinh khiết và phân tích phòng ngừa.

• Nền tảng chất lượng: Vật liệu có độ tinh khiết cao cho phép cáp có khả năng cách điện vượt trội và độ tin cậy lâu dài
• Hiệu quả chi phí: Loại bỏ các lỗi kiểm tra phóng điện tốn kém và tăng hiệu quả dây chuyền sản xuất
• Khác biệt hóa thị trường: Cung cấp cáp chất lượng cao, độ tin cậy cao xây dựng niềm tin của khách hàng và lợi thế cạnh tranh

Trong thế giới truyền tải điện dưới biển có rủi ro cao, độ tinh khiết không chỉ là một thông số kỹ thuật—đó là yếu tố khác biệt cuối cùng.