Reparació de cares metàl·liques de cables d'alta tensió
I. Funcions de les guàrdies metàl·liques i necessitat de la reparació
La guàrdia metàl·lica dels cables d'alta tensió és una estructura de protecció metàl·lica col·locada a l'exterior de la capa d'aïllament, que inclou tipus com guàrdies de plom, alumini i armadura de fil d'acer. Les seves funcions principals inclouen la protecció mecànica (resistència a l'impacte i compressió externes), la protecció contra la corrosió electroquímica (aïllament de l'humitat i contaminants del sòl), l'escudament electromagnètic (reducció de la interferència electromagnètica amb l'entorn) i proporcionar un camí de terra (assegurar el descàrrec segur de les corrents de falla). Un cop danys, la guàrdia metàl·lica pot provocar l'ingrés d'humitat a la capa d'aïllament, la distorsió local del camp elèctric o fins i tot accidents greus com la ruptura del cable i els circuits tancats. Per tant, la reparació precisa orientada a diferents tipus de danys és crucial per assegurar l'operació segura a llarg termini del sistema de cables.
II. Diagnòstic de fallades i avaluació abans de la reparació
(A) Identificació dels tipus de danys
Danys mecànics: Caracteritzats per ampolles, creixals o perforacions a la guàrdia, sovint causats per rodatge mecànic o punxades durant la instal·lació, o rotura per tracció deguda al assentament a llarg termini de la base.
Corrosió electroquímica: Les corrents errants en el sòl o els entorns àcids/alcalins poden causar la corrosió electroquímica de la guàrdia, evidenciada per protuberàncies locals, òxid, perforacions i productes de corrosió blancs/verds (guàrdia d'alumini) o sulfurs negres (guàrdia de plom).
Danys per envelatjament tèrmic: L'operació a sobrecàrrega a llarg termini causa l'embritallament del material de la guàrdia, resultant en creixals i descollaments, sovint trobats a juntes o zones amb mala dissipació de calor.
(B) Aplicació de tecnologies de detecció
Inspecció visual: Utilitzar endoscòpis o càmeres tèrmiques infraroiges per observar la superfície de la guàrdia, centrant-se en identificar punts de danys evidents i punts calents.
Prova de suport de tensió de la guàrdia: Aplicar tensió de suport en corrent contínua (10 kV durant 1 minut) per provar la integritat de l'aïllament de la guàrdia. Un augment anormal de la corrent de fuga (>10 μA) indica danys.
Detecció de descàrrecs parcials: Utilitzar sensors de corrent de alta freqüència (HFCT) per capturar senyals de descàrrecs parcials a punts de danys, amb una precisió de localització de ±0,5 m.
Avaluació de la corrosivitat del sòl: Recollir mostres de sòl de l'entorn de disposició del cable per provar el pH, la concentració d'ions clorur i la densitat de corrent errant, proporcionant una base per seleccionar materials de reparació.
III. Selecció de materials i eines de reparació
(A) Materials de reparació bàsics
Materials de substitució de la guàrdia metàl·lica:
Manga de compressió d'aleació d'alumini: Adecuada per la reparació de guàrdies d'alumini, amb bona ductilitat i resistència a la corrosió. Ha de coincidir amb el diàmetre exterior del cable (tolerància ≤ ±0,5 mm).
Cinta d'aleació de plom-etin: Utilitzada per la reparació de guàrdies de plom, baixa temperatura de fusió (~183°C), fàcil soldadura tèrmica, complint els requisits de puretat de la norma GB/T 12706.2 (contingut de plom ≥ 99,9%).
Tub corrugat d'acer inoxidable: Per danys a l'armadura d'acer, fabricat en acer inoxidable 304, espessor de paret ≥ 0,8 mm, amb resistència a l'impacte i a les tensions del sòl.
Materials d'aïllament i estanquitat:
Tub de retraçament de polietilène reticulat (XLPE): Retrau a 120–140°C, ràtio de retracció ≥ 2:1, resistència a la ruptura ≥ 25 kV/mm, requereix adhesiu termofusible per l'estanquitat.
Tub de retraçament a fred de caucau de silici: Es basa en la recuperació elàstica per a l'estanquitat, sense necessitat de calor, adequat per espais reduïts, duresa Shore 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0,003 (20°C, 50 Hz).
Cinta d'estanquitat de caucau butílic: Utilitzada com a capa auxiliar d'estanquitat, resistència a la tracció ≥ 3 MPa, allargament a la ruptura ≥ 400%, resistència a l'envelatjament que conserva ≥ 80% de rendiment després de 100°C × 168 h d'envelatjament tèrmic.
Materials de protecció contra la corrosió:
Ànoda sacrificial d'aleació de zinc-alumini: Per entorns de sòl amb alta corrosivitat, puretat de l'ànoda ≥ 99,5%, densitat de corrent ≥ 15 mA/m², vida útil dissenyada ≥ 20 anys.
Cinta anticorrosiva de clorur de polivinil (PVC): Espessor ≥ 0,4 mm, resistència a la tracció ≥ 18 MPa, resistència a la fractura per tensió ambiental (ESCR) ≥ 1000 h.
(B) Eines especialitzades
Eines de preparació: Moleta angular (amb roda abrasiva de corindó de 80 grans), escoveta de fils, netejador d'etanol anhidròs, raspador d'acer inoxidable (per eliminar productes de corrosió).
Eines de conformació: Ferramenta de prensat hidràulic (ràng de prensat 60–200 mm²), pistola de calor (ràng de temperatura 50–600°C), antorxa dedicada al sellat de plom (temperatura de flama ≤ 300°C).
Eines de prova: Megohmímetre (2500 V, rang 0–10000 MΩ), pont de dos braços (mesura de resistència de contacte, precisió ±0,1 μΩ), paquímetro ultrasònic (resolució 0,01 mm).
IV. Procediments de reparació detallats segons el tipus de dany
(A) Reparació de danys mecànics (exemple de guàrdia d'alumini)
Preparació de la zona de dany
Utilitzar una moleta angular per tallar axil·laremment la guàrdia danysada, amb una longitud de tall 5 vegades el diàmetre del dany (mínim ≥ 100 mm), exposant l'escut d'aïllament net.
Elimina els rebuts de les vores de la guàrdia amb un raspador d'acer inoxidable, esfrega fins a obtenir brill metallífer, neteja l'oli amb etanol i deixa secar ≥ 15 min.
Restauració de la guàrdia metàl·lica
Seleccionar una manga de compressió d'aleació d'alumini amb un diàmetre interior 1 mm més gran que el diàmetre exterior del cable, cobrir uniformement la paret interior amb grasa conductora (rellotge de níquel, volum de resistivitat ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).
Desplaça la manga sobre la zona danysada, utilitza el mètode de prensat escalonat, prensa des del centre cap als extrems. Després del prensat, la desviació entre costats hexagonals ≤ ±0,1 mm, resistència de contacte ≤ 20 μΩ.
Sellat i tractament anticorrosiós
Enrolla cinta d'estanquitat de caucau butílic amb superposició del 50%, formant una capa d'estanquitat ≥ 3 mm d'espessor, ampliant-se ≥ 50 mm més enllà de la guàrdia intacta als dos extrems.
Instal·la el tub de retraçament, calenta gradualment del centre cap als extrems (120°C → 140°C) per evitar bombolles. Després del refredament, comprova la retracció uniforme (espessor de paret posterior al retraçament ≥ 2 mm).
Enrolla externament cinta anticorrosiva de PVC en espiral semi-superposada, fixa els extrems amb correjes d'acer inoxidable (torque 15–20 N·m).
(B) Reparació de la corrosió electroquímica (guàrdia composta d'armadura d'acer + guàrdia de plom)
Eliminació dels productes de corrosió
Utilitzar sablada (sorra de quartz 80–120 malla, pressió 0,4–0,6 MPa) per eliminar la ferralla de l'armadura d'acer, exposant la base metàl·lica gris-blanca, rugositat superficial Sa2,5 grau.
Tallar la zona de corrosió de la guàrdia de plom amb un pla de plom, formant una transició suau amb pendent ≥ 1:5 per evitar la concentració de tensions.
Protecció amb ànoda sacrificial
Instal·lar simètricament 2 ànodes d'aleació de zinc-alumini (100 mm × 50 mm × 10 mm) a cada costat de la secció de reparació, connectats a l'armadura d'acer mitjançant trenca de coure (secció transversal ≥ 16 mm²), soldats (longitud de solapa ≥ 30 mm, corrent de soldadura 120–150 A).
Omplir el forat entre l'ànoda i la guàrdia del cable amb vaselina, encapsular externament amb una carcassa de polietilène de densitat alta (HDPE) per assegurar el contacte complet amb el sòl.
Estructura de doble sellat
Capa interna: tub de retraçament a fred de caucau de silici, paret interna coberta amb gel anticorrosiós semiconductiu (volum de resistivitat 10–100 Ω·cm). Mantenir a temperatura ambiente 24 h després de la recuperació per curar.
Capa externa: verter resina epoxi (tipus E-51, accelerant T-31, rati 100:25), moldar a 0,2 MPa de pressió, curar ≥ 48 h a 25°C. Duresa Shore posterior al curat ≥ 85 Shore D.
(C) Reparació de creixals per envelatjament tèrmic (cable aïllat amb XLPE)
Reforzament de la zona de creixals
Tallar un raig de V en la direcció del creixal (profunditat 1/3 de l'espessor de la guàrdia, angle 60°), omplir amb caucau de silici resistent a la calor (classificació de temperatura ≥ 180°C, força de desgarrament ≥ 15 kN/m), nivellar amb un raspador, curar a temperatura ambiente 2 h.
Enrollar tela de fibra de vidre (0,2 mm d'espessor, 16×16 fils/cm), impregnar amb resina epoxi (contingut sòlid ≥ 70%) per formar una capa de reforç. Resistència a la tracció ≥ 200 MPa després del curat.
Optimització de la dissipació de calor
Instal·lar aletges de refrigeració d'alumini (1,5 mm d'espessor, espai entre aletges 5 mm) externament a la secció de reparació, unides a la guàrdia amb grasa tèrmica (conductivitat tèrmica ≥ 1,5 W/(m·K)) per reduir l'augment local de temperatura (≤ 5°C).
Monitoritzar la temperatura d'operació amb una càmera tèrmica infraroja, assegurant una diferència de temperatura respecte a la secció intacta ≤ 2°C.
V. Control de qualitat i estàndards d'acceptació
(A) Proves de paràmetres clau
Rendiment elèctric: Resistència a l'aïllament de la guàrdia ≥ 1000 MΩ (megohmímetre de 2500 V), descàrrec parcial ≤ 5 pC (a 1,73U₀ de tensió).
Rendiment mecànic: Resistència a l'impacte de la secció de reparació ≥ 10 J (a -30°C), radi de corba ≥ 20 vegades el diàmetre exterior del cable (sense deformació evident).
Rendiment d'estanquitat: Després de la prova d'immersió (a temperatura ambiente, 24 h), canvi de la corrent de fuga de la guàrdia ≤ 10%, sense bombolles ni ingressos d'aigua.
(B) Verificació de la fiabilitat a llarg termini
Prova d'envelatjament accelerat: Col·locar la mostra de reparació en una cambra d'envelatjament tèrmic (135°C × 1000 h), després de la retirada la retenció de la resistència a l'aïllament ≥ 80%, degradació de la resistència a la tracció ≤ 20%.
Prova d'enterrament en sòl: Simular l'entorn real de disposició, enterrar a 1 m de profunditat, durada 1 any, comprovar la no perforació per corrosió ni fallida de l'estanquitat.
VI. Normes d'operació segura
Requisits de treball amb alimentació tancada: Seguir el procediment "tancar l'alimentació - prova de tensió - instal·lació de cabdells de terra" abans de la reparació. Penjar senyals d'avís "No tancar" als terminis del cable, establir barreres de seguretat (distància ≥ 8 m) dins del radi de treball.
Gestió de treballs amb calor: Quan s'utilitzin antorxes o soldadures, equipar extintors de pols sec (tipus ABC, capacitat ≥ 4 kg), alliberar materials inflamables a 3 m, assignar un supervisor dedicat.
Equipament de protecció individual (EPI): Portar guants aïllants (classificació 35 kV), ulleres, vestimenta de treball ignífuga. Utilitzar arnes de seguretat (prova de càrrega estàtica 2205 N, mantenir 3 min sense trencar) per treballs en alçada (≥ 2 m).
