Herstel van metalen mantels van hoogspanningskabels

I. Functies van Metalen Mantels en Noodzaak van Reparaties

De metalen mantel van hoogspanningskabels is een metalen schildstructuur die buiten de isolatielaag is gelegd, waaronder loodmantels, aluminiummantels en staaldraadbeplating. De kernfuncties omvatten mechanische bescherming (tegen externe impact en compressie), elektrochemische corrosiebescherming (isolatie van vocht en bodemvervuiling), elektromagnetisch schild (reductie van elektromagnetische storing voor de omgeving) en het bieden van een aardingspad (veilige afvoer van foutstromen). Bij schade kan de metalen mantel leiden tot vochtopname in de isolatielaag, lokale elektrisch veldvervorming, of zelfs ernstige ongelukken zoals kabelbreuk en kortsluitingen. Daarom is nauwkeurige reparatie gericht op verschillende soorten schade cruciaal voor de lange-termijn veilige werking van het kabelsysteem.

II. Foutdiagnose en Beoordeling voor Reparaties

(A) Identificatie van Schade Soorten

• Mechanische Schade: Kenmerkt zich door deuken, scheuren of perforaties in de mantel, meestal veroorzaakt door mechanische rolbewegingen of stekelige objecten tijdens installatie, of trekruptuur als gevolg van langdurige funderingsafzetting.

• Elektrochemische Corrosie: Zwervende stroom in de bodem of zuur/alkaline omgevingen kan elektrochemische corrosie van de mantel veroorzaken, zichtbaar als lokale bollingen, roest, perforaties en wit/groene corrosieproducten (aluminiummantel) of zwarte zwavelverbindingen (loodmantel).

• Thermische Verouderingsschade: Langdurig overbelast gebruik veroorzaakt embritteling van het mantelmateriaal, wat resulteert in scheuren en delaminatie, meestal gevonden bij verbindingen of gebieden met slechte warmteafvoer.

(B) Toepassing van Detectietechnologieën

• Visuele Inspectie: Gebruik endoscopen of infrarood thermografische camera's om de manteloppervlakte te observeren, met focus op het identificeren van duidelijke schadeplekken en heetpunten.

• Mantel Spanningstoets: Pas DC spanningstoets (10 kV gedurende 1 minuut) toe om de isolatieintegriteit van de mantel te testen. Een abnormale toename in lekkagestroom (>10 μA) wijst op schade.

• Gedeeltelijke Vrijlatingdetectie: Gebruik hoge-frequentie stroomsensor (HFCT) om gedeeltelijke vrijlatingssignalen op schadeplekken te registreren, met locatie-accurate binnen ±0,5 m.

• Bodemcorrosiviteitsevaluatie: Verzamel bodemmonsters uit de kabellegomgeving om pH, chlooride-ionconcentratie en zwervende stroomdichtheid te testen, waarmee een basis wordt gegeven voor het selecteren van reparatiematerialen.

III. Selectie van Reparatiematerialen en -gereedschap

(A) Kernreparatiematerialen

• Vervangingsmaterialen voor Metalen Mantel:

• Aluminiumlegering Compressiekoker: Geschikt voor aluminiummantelreparatie, met goede smeedbaarheid en corrosiebestendigheid. Moet overeenkomen met de buitendiameter van de kabel (tolerantie ≤ ±0,5 mm).

• Lood-tin Legetape: Gebruikt voor loodmantelreparatie, lage smeltpunt (~183°C), gemakkelijk voor thermisch lassen, voldoet aan GB/T 12706.2 zuiverheidsvereisten (loodgehalte ≥ 99,9%).

• RVS Golvende Buizen: Voor staalbeplatingsschade, gemaakt van 304 roestvrij staal, wanddikte ≥ 0,8 mm, met weerstand tegen impact en bodemspanningen.

• Isolatie- en Afsluitmaterialen:

• Kruisgekoppelde Polyetheen (XLPE) Inktrekbuizen: Krimpt bij 120–140°C, inkrimpratio ≥ 2:1, doorbraaksnelheid ≥ 25 kV/mm, vereist heetlijm voor afsluiting.

• Silicone Rubber Koudeinktrepbuizen: Relieert op elastische terugtrekking voor afsluiting, geen verhitting nodig, geschikt voor beperkte ruimtes, Shore-hardheid 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0,003 (20°C, 50 Hz).

• Butyl Rubber Afsluitband: Gebruikt als hulpafslaglaag, treksterkte ≥ 3 MPa, rek bij breuk ≥ 400%, ouderdomsbestendig behoudt ≥ 80% prestaties na 100°C × 168 uur thermische veroudering.

• Corrosiebeschermingsmaterialen:

• Zink-Aluminium Lege Anode: Voor hoge-corrosieve bodemomgevingen, anodezuiverheid ≥ 99,5%, stroomdichtheid ≥ 15 mA/m², ontwerpduur ≥ 20 jaar.

• Polyvinylchloride (PVC) Corrosiebestendige Tape: Dikte ≥ 0,4 mm, treksterkte ≥ 18 MPa, milieu-stress-kraakresistentie (ESCR) ≥ 1000 uur.

(B) Gespecialiseerde Gereedschappen

• Voorbereidingsgereedschap: Hoekschuurmachine (met 80-grit corundum schuursteen), borstel, anhydrous ethanol reiniger, roestvrij stalen schrapmes (voor het verwijderen van corrosieproducten).

• Vormgevingsgereedschap: Hydraulische compressietang (compressierange 60–200 mm²), warmteluchtkanon (temperatuurreeks 50–600°C), speciale toorts voor loodafsluiting (vlamtemperatuur ≤ 300°C).

• Testgereedschap: Megohmmeter (2500 V, bereik 0–10000 MΩ), dubbele armbrug (contactweerstandsmeetapparaat, nauwkeurigheid ±0,1 μΩ), ultrasoon diktemeter (resolutie 0,01 mm).

IV. Gedetailleerde Reparatieprocedures per Schadetype

(A) Mechanische Schadereparatie (Voorbeeld Aluminiummantel)

• Voorbereiding van Schadegebied

• Gebruik een hoekschuurmachine om de beschadigde mantel axiaal open te snijden, met een sneelengte 5 keer de schade-diameter (minimum ≥ 100 mm), blootstellend een schone isolatieschild.

• Verwijder splinters van de mantelranden met een roestvrij stalen schrapmes, schuur tot metaallustre, reinig olie met ethanol, en laat drogen voor ≥ 15 minuten.

• Herstel van Metalen Mantel

• Selecteer een aluminiumlegering compressiekoker met een binnendiameter 1 mm groter dan de buitendiameter van de kabel, uniform bedek de binnenwand met geleidend vet (nikkelgebaseerde vuller, volumeresistiviteit ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

• Schuif de koker over het beschadigde gebied, gebruik de Gestapelde Compressiemethode, comprimeer van het midden naar de uiteinden. Na compressie, hexagonale tegenovergestelde zijde afwijking ≤ ±0,1 mm, contactweerstand ≤ 20 μΩ.

• Afsluiting en Anticorrosie Behandeling

• Wikkelen butyl rubber afsluitband met 50% overlap, vorm een afsluitlaag ≥ 3 mm dik, uitgebreid ≥ 50 mm voorbij de onbeschadigde mantel aan beide einden.

• Installeer inktrekbuizen, verhit geleidelijk van het midden naar de uiteinden (120°C → 140°C) om belletjes te voorkomen. Na afkoeling, controleer uniforme insnoering (post-insnoering wanddikte ≥ 2 mm).

• Wikkelen PVC corrosiebestendige tape extern in een half-overlap spiraal, bevestig de uiteinden met roestvrij stalen banden (kracht 15–20 N·m).

(B) Elektrochemische Corrosiereparatie (Staalbeplating + Loodmantel Composieten Mantel)

• Verwijdering van Corrosieproducten

• Gebruik zandstralen (kwartszand 80–120 mesh, druk 0,4–0,6 MPa) om roest van de staalbeplating te verwijderen, blootstellend grijs-witte metalen basis, oppervlak ruwheid Sa2,5 klasse.

• Trim de corrosiegebied van de loodmantel met een loodvlak, vorm een gladde overgang met hellingsgraad ≥ 1:5 om stressconcentratie te voorkomen.

• Bescherming door Opoffering Anode

• Symmetrisch installeren 2 zink-aluminium legaanodes (100 mm × 50 mm × 10 mm) aan beide zijden van het reparatiegedeelte, verbonden met de staalbeplating via koper vlechtwerk (doorsnede ≥ 16 mm²), gelast (overlap lengte ≥ 30 mm, lasstroom 120–150 A).

• Vul de tussenruimte tussen de anode en de kabelmantel met petroleumjelly, omhul extern met high-density polyethylene (HDPE) huis om volledig bodemcontact te waarborgen.

• Dubbele Afsluitstructuur

• Binnenlaag: koudeinktrep silicone rubber buis, binnenwand bedekt met semiconductieve waterblokkerende gel (volumeresistiviteit 10–100 Ω·cm). Houd 24 uur bij kamertemperatuur na herstel voor hardening.

• Buitenlaag: gieten epoxyharde (E-51 type, hardener T-31, ratio 100:25), gesloten in mal onder 0,2 MPa druk, harden ≥ 48 uur bij 25°C. Post-cure Shore-hardheid ≥ 85 Shore D.

(C) Thermische Veroudering Scheuren Reparatie (XLPE Geïsoleerde Kabel)

• Versterking van Scheurgebied

• Snijd een V-groef langs de richting van de scheur (diepte 1/3 van de manteldikte, hoek 60°), vul met hittebestendig silicone rubber (temperatuurbestendigheid ≥ 180°C, scheurtreksterkte ≥ 15 kN/m), vlak met schrapmes, harden bij kamertemperatuur voor 2 uur.

• Wikkelen glasvezel doek (0,2 mm dik, 16×16 draden/cm), impregneren met epoxyharde (vaste inhoud ≥ 70%) om een versterkingslaag te vormen. Treksterkte ≥ 200 MPa na harding.

• Optimalisatie van Warmteafvoer

• Extern installeren aluminium koelribben (1,5 mm dik, ribafstand 5 mm) op het reparatiegedeelte, gekoppeld aan de mantel met thermisch vet (thermische geleidbaarheid ≥ 1,5 W/(m·K)) om lokale temperatuurstijging te verminderen (≤ 5°C).

• Monitor de werkstemperatuur met infrarood thermografische camera, zorg ervoor dat de temperatuurverschil ten opzichte van het onbeschadigde gedeelte ≤ 2°C.

V. Kwaliteitscontrole en Acceptatiecriteria

(A) Sleutelparametertesten

• Elektrische Prestaties: Isolatieweerstand van de mantel ≥ 1000 MΩ (2500 V megohmmeter), gedeeltelijke vrijlating ≤ 5 pC (bij 1,73U₀ spanning).

• Mechanische Prestaties: Impactweerstand van het reparatiegedeelte ≥ 10 J (bij -30°C), buigstraal ≥ 20 keer de buitendiameter van de kabel (geen duidelijke vervorming).

• Afsluitprestaties: Na dompeltest (kamertemperatuur, 24 uur), verandering in lekkagestroom ≤ 10%, geen belletjes of waterintrusie.

(B) Verificatie van Lange-Termijn Betrouwbaarheid

• Versnelde Verouderingstest: Plaats het reparatievoorbeeld in een thermische verouderingskamer (135°C × 1000 uur), na verwijdering isolatieweerstand behoud ≥ 80%, treksterkedegradering ≤ 20%.

• Bodem Begravingstest: Simuleer de echte legomgeving, begraven diepte 1 m, duur 1 jaar, controleer op geen corrosieperforatie of afsluitfalen.

VI. Veiligheidsbedrijfsvoorschriften

• Vereisten voor Uitschakelwerk: Volg het "uitschakelen - spanningsproef - aardingdraadinstallatie" procedé voordat de reparatie begint. Hang "Niet Sluiten" waarschuwingstekens op de kabelterminaties, plaats veiligheidsbarrières (afstand ≥ 8 m) binnen de werfradius.

• Brandveiligheidsbeheer: Bij het gebruik van toortsen of laswerk, voorzie in droogpoeder blusapparaten (ABC type, capaciteit ≥ 4 kg), ruim brandbare materialen binnen 3 m, benoem een specifieke supervisor.

• Persoonlijke Beschermingsmiddelen (PBM): Draag geïsoleerde handschoenen (35 kV rating), bril, vlamwerend werkkleding. Gebruik veiligheidsgordel (statische belastingtestkracht 2205 N, houden 3 minuten zonder breuk) voor werk op hoogte (≥ 2 m).