Reparatur von Hochspannungskabel-Metallschichten

I. Funktionen der Metallschichten und Notwendigkeit der Reparatur

Die Metallschicht von Hochspannungskabeln ist eine metallische Abschirmstruktur, die außerhalb der Isolierschicht verlegt wird, einschließlich Arten wie Bleischichten, Aluminiumschichten und Stahldrähte-Panzerung. Ihre Kernfunktionen umfassen mechanischen Schutz (Widerstand gegen externe Eindrücke und Druck), elektrochemischen Korrosionsschutz (Isolierung von Feuchtigkeit und Bodenverschmutzungen), elektromagnetische Abschirmung (Reduzierung elektromagnetischer Störungen in der Umgebung) und Bereitstellung eines Erdungsleiters (Sicherstellung der sicheren Entladung von Fehlerströmen). Sobald beschädigt, kann die Metallschicht zu Feuchtigkeitsdurchdringung der Isolierschicht, lokaler Verzerrung des elektrischen Feldes oder sogar schweren Unfällen wie Kabelbruch und Kurzschlüssen führen. Daher ist eine präzise Reparatur, die auf verschiedene Arten von Schäden zugeschnitten ist, entscheidend für die langfristige sichere Betriebszeit des Kabelsystems.

II. Fehlersuche und Bewertung vor der Reparatur

(A) Identifizierung von Schadensarten

• Mechanischer Schaden: Charakterisiert durch Dellen, Risse oder Löcher in der Schicht, häufig durch mechanisches Rollen oder scharfe Gegenstände während der Installation oder durch Zugriss aufgrund langfristiger Fundamentsetzung verursacht.

• Elektrochemische Korrosion: Streuströme im Boden oder saure/alkalische Umgebungen können zu elektrochemischer Korrosion der Schicht führen, was durch lokale Beulen, Rost, Durchlöcherungen und weiße/grüne Korrosionsprodukte (Aluminiumschicht) oder schwarze Schwefelverbindungen (Bleischicht) belegt wird.

• Thermisches Alterungsschaden: Langfristiger Überlastbetrieb führt zur Versprödung des Schichtmaterials, was zu Rissen und Abblätterungen führt, häufig an Verbindungen oder in Bereichen mit schlechter Wärmeabfuhr gefunden.

(B) Anwendung von Erkennungstechnologien

• Visuelle Prüfung: Verwendung von Endoskopen oder Infrarot-Thermokameras, um die Oberfläche der Schicht zu beobachten, wobei der Fokus auf der Identifizierung offensichtlicher Schadenspunkte und Heißstellen liegt.

• Schicht Spannungsprüfung: Anwendung einer DC-Spannung (10 kV für 1 Minute) zur Prüfung der Isolationseigenschaften der Schicht. Ein ungewöhnlicher Anstieg des Leckstroms (>10 μA) deutet auf Schäden hin.

• Teilentladungserkennung: Verwendung von Hochfrequenz-Stromsensoren (HFCT) zur Erfassung von Teilentladungssignalen an Schadenspunkten, mit einer Ortsbestimmungsgenauigkeit von ±0,5 m.

• Bodenkorrosivitätsbewertung: Sammeln von Bodenproben aus der Kablegeumgebung, um pH-Wert, Chloridionenkonzentration und Streuströmungsdichte zu testen, um eine Grundlage für die Auswahl von Reparaturmaterialien zu schaffen.

III. Auswahl von Reparaturmaterialien und -werkzeugen

(A) Kernreparaturmaterialien

• Ersatzmaterialien für Metallschichten:

• Aluminiumlegierungs-Kompressionsmanschette: Geeignet für die Reparatur von Aluminiumschichten, mit guter Dehnbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Muss dem Außenmaß des Kabels entsprechen (Toleranz ≤ ±0,5 mm).

• Blei-Zinn-Legierungsband: Für die Reparatur von Bleischichten, niedriges Schmelzpunkt (~183°C), leicht thermisch zu löten, erfüllt die Reinheitsanforderungen nach GB/T 12706.2 (Bleigehalt ≥ 99,9%).

• Edelstahl Wellrohr: Für Schäden an der Stahlpantzerung, hergestellt aus Edelstahl 304, Wandstärke ≥ 0,8 mm, mit Stoß- und Bodenbelastungsresistenz.

• Dichtungs- und Abdichtungsmaterialien:

• Kreuzvernetztes Polyethylen (XLPE) Hitzeschrimmschlauch: Sich bei 120–140°C zusammenziehend, Zusammenziehungsverhältnis ≥ 2:1, Durchschlagfestigkeit ≥ 25 kV/mm, benötigt heißen Klebstoff für die Abdichtung.

• Silikonkautschuk Kaltzugschlauch: Verlässt sich auf elastische Rückgewinnung für die Abdichtung, keine Heizung erforderlich, geeignet für enge Räume, Shore-Härte 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0,003 (20°C, 50 Hz).

• Butylkautschuk-Dichtungsband: Als Hilfsabdichtungsschicht verwendet, Zugfestigkeit ≥ 3 MPa, Dehnung bei Bruch ≥ 400%, Alterungsbeständigkeit behält ≥ 80% der Leistung nach 100°C × 168 h thermischer Alterung.

• Korrosionsschutzmaterialien:

• Zink-Aluminium-Legierung Opferanode: Für hoch korrosive Böden, Anodentreinheit ≥ 99,5%, Stromdichte ≥ 15 mA/m², Designlebensdauer ≥ 20 Jahre.

• Polyvinylchlorid (PVC) Korrosionsschutzband: Dicke ≥ 0,4 mm, Zugfestigkeit ≥ 18 MPa, Beständigkeit gegen Umgebungsstressrisse (ESCR) ≥ 1000 h.

(B) Spezialisierte Werkzeuge

• Vorbereitungswerkzeuge: Winkelschleifer (mit 80-Grit-Korundschleifscheibe), Drahtbürste, Wassergefreites Ethanol-Reinigungsmittel, Edelstahlkratzer (zur Entfernung von Korrosionsprodukten).

• Formgebungswerkzeuge: Hydraulischer Presszange (Pressbereich 60–200 mm²), Heißluftpistole (Temperaturbereich 50–600°C), spezielle Fackel für Bleidichtung (Flammentemperatur ≤ 300°C).

• Prüfwerkzeuge: Megohmmeter (2500 V, Bereich 0–10000 MΩ), Doppelarmbrücke (Kontaktwiderstands-Messung, Genauigkeit ±0,1 μΩ), Ultraschall-Dicke-Messer (Auflösung 0,01 mm).

IV. Detaillierte Reparaturverfahren nach Schadensart

(A) Mechanischer Schaden Reparatur (Beispiel Aluminiumschicht)

• Vorbereitung des Schadensbereichs

• Verwendung eines Winkelschleifers, um die beschädigte Schicht axial zu öffnen, mit einer Schnittlänge, die fünfmal so groß ist wie der Schadendurchmesser (mindestens ≥ 100 mm), um den sauberen Isolierschild freizulegen.

• Entfernen von Fasern an den Schichtkanten mit einem Edelstahlkratzer, Schleifen bis zum metallischen Glanz, Reinigen mit Ethanol, Trocknen für ≥ 15 min.

• Wiederherstellung der Metallschicht

• Auswahl einer Aluminiumlegierungs-Kompressionsmanschette mit einem Innendurchmesser, der 1 mm größer als der Außendurchmesser des Kabels ist, gleichmäßige Beschichtung des Innenraums mit leitfähigem Fett (Nickelbasis-Füller, Volumenwiderstand ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

• Schieben der Manschette über den Schadensbereich, Verwendung der Stufenpressmethode, Pressen vom Zentrum zu den Enden. Nach dem Pressen beträgt die sechsseitige Abweichung gegenüber ≤ ±0,1 mm, Kontaktwiderstand ≤ 20 μΩ.

• Abdichtung und Korrosionsschutz

• Umwickeln mit Butylkautschuk-Dichtungsband mit 50% Überlappung, Bildung einer Abdichtungsschicht ≥ 3 mm dick, Ausdehnung ≥ 50 mm über die unbeschädigte Schicht an beiden Enden hinaus.

• Installation des Hitzeschrimmschlauchs, allmähliches Erhitzen vom Zentrum zu den Enden (120°C → 140°C), um Blasenbildung zu vermeiden. Nach dem Abkühlen Prüfung auf gleichmäßige Zusammenziehung (Nach-Zusammenziehungs-Wanddicke ≥ 2 mm).

• Äußerliche Wicklung des PVC-Korrosionsschutzbands in halber Überlappung, Fixierung der Enden mit Edelstahlriemen (Drehmoment 15–20 N·m).

(B) Elektrochemische Korrosionsreparatur (Stahlpantzer + Bleischicht Kompositpanzer)

• Entfernung von Korrosionsprodukten

• Verwendung von Sandstrahlen (Quarzsand 80–120 Mesh, Druck 0,4–0,6 MPa), um Rost von der Stahlpantzerung zu entfernen, Freilegung der grauweißen Metallbasis, Oberflächenrauhigkeit Sa2.5 Grad.

• Trimmen des Korrosionsbereichs der Bleischicht mit einer Bleiebene, Bildung einer glatten Übergangsbereich mit Neigung ≥ 1:5, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

• Opferanoden-Schutz

• Symmetrische Installation von 2 Zink-Aluminium-Legierungsanoden (100 mm × 50 mm × 10 mm) auf beiden Seiten des Reparaturabschnitts, verbunden mit der Stahlpantzerung über Kupfergeflecht (Querschnitt ≥ 16 mm²), geschweißt (Lapplänge ≥ 30 mm, Schweißstrom 120–150 A).

• Füllen des Zwischenraums zwischen Anode und Kabelschicht mit Petroleum, äußerliche Umhüllung mit hochdichtem Polyethylen (HDPE) Gehäuse, um vollständigen Bodenkontakt sicherzustellen.

• Doppelsegelstruktur

• Innenschicht: kaltschrumpfender Silikonkautschuk-Schlauch, Innenwand beschichtet mit halbleitfähiger Wasserblockier-Gel (Volumenwiderstand 10–100 Ω·cm). 24 Stunden bei Raumtemperatur halten, um das Gel zu härt