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Reparación das cubertas metálicas dos cabos de alta tensión

Felix Spark
Felix Spark
Campo: Fallo e mantemento
China

I. Funcións das cobertas metálicas e necesidade de reparación

A coberta metálica dos cabos de alta tensión é unha estrutura de escudo metálico colocada fóra da capa de aislamento, que inclúe tipos como cobertas de chumbo, aluminio e armadura de fío de acero. As súas funcións centrais inclúen a protección mecánica (resistencia ao impacto e compresión externos), a protección contra a corrosión electroquímica (aislamento da humidade e contaminantes do solo), o escudo electromagnético (reducción da interferencia electromagnética no ambiente) e a provisión dunha via de aterramento (asegurando a descarga segura das correntes de fallo). Unha vez danada, a coberta metálica pode levar á entrada de humidade na capa de aislamento, distorsión local do campo eléctrico ou incluso accidentes graves como roturas e cortocircuitos de cabos. Polo tanto, unha reparación precisa orientada a diferentes tipos de danos é crítica para garantir a operación segura a longo prazo do sistema de cabos.

high-voltage cable.jpg

II. Diagnóstico de fallos e avaliación previa á reparación

(A) Identificación de tipos de danos

  • Danos mecánicos: Caracterizados por abolladuras, fisuras ou perforacións na coberta, comúnmente causados por rodado mecánico ou punzón de obxectos afilados durante a instalación, ou ruptura por tracción debido ao asentamento a longo prazo da base.

  • Corrosión electroquímica: As correntes vagabundas no solo ou ambientes ácidos/alcalinos poden causar a corrosión electroquímica da coberta, evidenciada por hinchazón localizada, ferralla, perforacións e produtos de corrosión brancos/verdes (coberta de aluminio) ou sulfuros negros (coberta de chumbo).

  • Danos por envellecemento térmico: A operación a longo prazo con sobrecarga causa o embritallamento do material da coberta, resultando en fisuración e delaminación, comúnmente atopado en xuntas ou áreas con mala dissipación de calor.

(B) Aplicación de tecnoloxías de detección

  • Inspección visual: Utilizar endoscopios ou cámaras térmicas infravermellas para observar a superficie da coberta, centrándose na identificación de puntos de danos evidentes e zonas cálidas.

  • Ensaio de resistencia a tensión da coberta: Aplicar tensión de CD (10 kV durante 1 minuto) para probar a integridade do aislamento da coberta. Un aumento anormal da corrente de fuga (>10 μA) indica dano.

  • Detección de descargas parciais: Utilizar sensores de corrente de alta frecuencia (HFCT) para capturar señales de descarga parcial nos puntos de dano, con precisión de localización dentro de ±0.5 m.

  • Avaliación da corrosividade do solo: Recoller mostras de solo do entorno de colocación do cabo para testar pH, concentración de iones de cloro e densidade de corrente vagabunda, proporcionando unha base para a selección de materiais de reparación.

cable.jpg

III. Selección de materiais e ferramentas de reparación

(A) Materiais de reparación principais

  • Materiais de substitución da coberta metálica:

    • Manga de compresión de aleación de aluminio: Adequada para a reparación de cobertas de aluminio, con boa ductilidade e resistencia á corrosión. Debe coincidir co diámetro exterior do cabo (tolerancia ≤ ±0.5 mm).

    • Cinta de aleación de plomo-estaño: Utilizada para a reparación de cobertas de chumbo, punto de fusión baixo (~183°C), fácil de soldar térmicamente, cumprindo os requisitos de pureza GB/T 12706.2 (contido de chumbo ≥ 99.9%).

    • Tubo corrugado de acero inoxidable: Para danos na armadura de acero, feito de acero inoxidable 304, espesor de parede ≥ 0.8 mm, con resistencia ao impacto e ás presións do solo.

  • Materiais de aislamento e sellado:

    • Tubo termorretrátil de polietileno reticulado (XLPE): Se retrai a 120–140°C, razón de contracción ≥ 2:1, resistencia a ruptura ≥ 25 kV/mm, require adhesivo termofusible para o sellado.

    • Tubo termorretrátil de caucho de silicón: Rellena mediante recuperación elástica, non se require calentar, adecuado para espazos confinados, dureza Shore 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0.003 (20°C, 50 Hz).

    • Cinta de sellado de caucho butílico: Utilizada como capa de sellado auxiliar, resistencia à tracción ≥ 3 MPa, elongación na rotura ≥ 400%, resistencia ao envellecemento retén ≥ 80% do rendemento despois de 100°C × 168 h de envellecemento térmico.

  • Materiais de protección contra a corrosión:

    • Ánodo sacrificial de aleación de zinco-aluminio: Para entornos de solo altamente corrosivos, pureza do ánodo ≥ 99.5%, densidade de corrente ≥ 15 mA/m², vida útil deseñada ≥ 20 anos.

    • Cinta de polivinil cloruro (PVC) resistente á corrosión: Espesor ≥ 0.4 mm, resistencia à tracción ≥ 18 MPa, resistencia á fractura por estrés ambiental (ESCR) ≥ 1000 h.

(B) Ferramentas especializadas

  • Ferramentas de preparación: Amoladora angular (con rueda de amolar de óxido de aluminio de 80 granos), cepillo de arame, limpiador de etanol anhidro, raspador de acero inoxidable (para eliminar produtos de corrosión).

  • Ferramentas de conformación: Herramienta de prensado hidráulico (rango de prensado 60–200 mm²), pistola de aire quente (rango de temperatura 50–600°C), antorcha específica para selado de chumbo (temperatura da llama ≤ 300°C).

  • Ferramentas de ensaio: Megohmmetro (2500 V, rango 0–10000 MΩ), puente de doble brazo (medición de resistencia de contacto, precisión ±0.1 μΩ), medidor de espesor ultrasonico (resolución 0.01 mm).

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IV. Procedimentos de reparación detallados por tipo de dano

(A) Reparación de danos mecánicos (Exemplo de coberta de aluminio)

  • Preparación da área de dano

    • Utilizar unha amoladora angular para abrir axialmente a coberta danada, con lonxitude do corte 5 veces o diámetro do dano (mínimo ≥ 100 mm), exponendo un escudo de aislamento limpo.

    • Eliminar rebabas dos bordes da coberta con un raspador de acero inoxidable, lixar ata lograr brillo metálico, limpar o aceite con etanol e secar durante ≥ 15 min.

  • Restauración da coberta metálica

    • Seleccionar unha manga de compresión de aleación de aluminio con diámetro interior 1 mm maior que o diámetro exterior do cabo, recubrir uniformemente a parede interna con graxa conductora (relleno de níquel, resistividad volumétrica ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

    • Deslizar a manga sobre a área danada, utilizar o método de prensado intercalado, prensar desde o centro cara aos extremos. Despois do prensado, a desviación oposta hexagonal ≤ ±0.1 mm, resistencia de contacto ≤ 20 μΩ.

  • Sellado e tratamento anticorrosivo

    • Envolver cinta de sellado de caucho butílico con superposición do 50%, formando unha capa de sellado ≥ 3 mm de espesor, estendida ≥ 50 mm máis allá da coberta non danada en ambos os extremos.

    • Instalar tubo termorretrátil, calentar gradualmente desde o centro cara aos extremos (120°C → 140°C) para evitar burbuxas. Despois do arrefecemento, comprobar a contracción uniforme (espesor posterior á contracción ≥ 2 mm).

    • Envolver externamente cinta de PVC resistente á corrosión en espiral semicondutora, asegurar os extremos con correas de acero inoxidable (torque 15–20 N·m).

(B) Reparación de corrosión electroquímica (Coberta composta de armadura de acero + chumbo)

  • Eliminación de produtos de corrosión

    • Utilizar areostruxión (arena de cuarzo 80–120 mesh, presión 0.4–0.6 MPa) para eliminar a ferralla da armadura de acero, exponendo a base metálica gris blanquecina, rugosidade superficial Sa2.5.

    • Recortar a área de corrosión da coberta de chumbo con un plano de chumbo, formando unha transición suave con pendente ≥ 1:5 para evitar a concentración de esforzos.

  • Protección con ánodo sacrificial

    • Instalar simetricamente 2 ánodos de aleación de zinco-aluminio (100 mm × 50 mm × 10 mm) a ambos os lados da sección de reparación, conectados á armadura de acero mediante trança de cobre (sección ≥ 16 mm²), soldados (lonxitude de solape ≥ 30 mm, corrente de soldadura 120–150 A).

    • Rellenar o espacio entre o ánodo e a coberta do cabo con vaselina, encapsular externamente con carcasa de polietileno de alta densidade (HDPE) para asegurar o contacto completo co solo.

  • Estructura de sellado dual

    • Capa interior: tubo termorretrátil de caucho de silicón, pared interna recubierta con gel semiconductor impermeable (resistividad volumétrica 10–100 Ω·cm). Mantener a temperatura ambiente durante 24 h despois da recuperación para a cura.

    • Capa exterior: verter resina epoxi (tipo E-51, agente de cura T-31, proporción 100:25), moldar selado a 0.2 MPa de presión, curar ≥ 48 h a 25°C. Dureza Shore post-cura ≥ 85 Shore D.

(C) Reparación de fisuración por envellecemento térmico (Cabo aislado con XLPE)

  • Reforzado da área de fisura

    • Cortar un surco en forma de V na dirección da fisura (profundidade 1/3 do espesor da coberta, ángulo 60°), rellenar con caucho de silicón resistente ao calor (clase de temperatura ≥ 180°C, resistencia á rasgadura ≥ 15 kN/m), nivelar con raspador, curar a temperatura ambiente durante 2 h.

    • Envolver tela de fibra de vidrio (0.2 mm de espesor, 16×16 hilos/cm), impregnar con resina epoxi (contenido sólido ≥ 70%) para formar unha capa de refuerzo. Resistencia à tracción ≥ 200 MPa despois da cura.

  • Optimización da disipación de calor

    • Instalar disipadores de calor de aluminio (1.5 mm de espesor, espazo entre aletas 5 mm) externamente na sección de reparación, unidos á coberta con pasta térmica (conductividad térmica ≥ 1.5 W/(m·K)) para reducir o aumento de temperatura local (≤ 5°C).

    • Monitorizar a temperatura de funcionamento con un termógrafo infravermello, asegurando que a diferenza de temperatura respecto á sección non danada ≤ 2°C.

V. Control de calidad e estándares de aceptación

(A) Ensaio de parámetros clave

  • Rendemento eléctrico: Resistencia aislante da coberta ≥ 1000 MΩ (megohmmetro de 2500 V), descarga parcial ≤ 5 pC (a 1.73U₀ de tensión).

  • Rendemento mecánico: Resistencia ao impacto da sección de reparación ≥ 10 J (a -30°C), raio de doblado ≥ 20 veces o diámetro exterior do cabo (sen deformación evidente).

  • Rendemento de sellado: Despois da proba de inmersión (temperatura ambiente, 24 h), cambio de corrente de fuga da coberta ≤ 10%, sen burbuxas ou entrada de auga.

(B) Verificación de fiabilidade a longo prazo

  • Ensaio de envellecemento acelerado: Colocar a mostra de reparación en cámara de envellecemento térmico (135°C × 1000 h), despois da remoción a retención da resistencia aislante ≥ 80%, degradación da resistencia à tracción ≤ 20%.

  • Ensaio de enterrado no solo: Simular o entorno real de colocación, profundidade de enterrado 1 m, duración 1 ano, comprobar que non hai perforación por corrosión ou falla de sellado.

VI. Regulacións de operación segura

  • Requisitos de traballo con alimentación cortada: Seguir o procedemento "cortar a alimentación - ensaio de tensión - instalación de fío de aterramento" antes da reparación. Colgar sinais de advertencia "Non cerrar" nas terminacións do cabo, establecer barreiras de seguridade (distancia ≥ 8 m) dentro do raio de traballo.

  • Xestión de traballo con lume: Cando se utilice antorchas ou soldadura, equipar extintores de incendios de pó seco (tipo ABC, capacidade ≥ 4 kg), limpar materiais inflamables dentro de 3 m, asignar un supervisor dedicado.

  • Equipo de protección individual (EPI): Usar guantes aislantes (clasificación 35 kV), gafas de protección, ropa de traballo ignífuga. Usar arnés de seguridade (forza de ensaio de carga estática 2205 N, manter 3 min sen romperse) para traballo en altura (≥ 2 m).

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