Načrtovanje in uporaba visokonapetostnih kablov, polnjenih z oljem in plinom

Podzemni visokonapetostni kabli se že vrsto let uporabljajo za prenos električne energije in skozi leta so se razvile številne različne tehnologije.

Izolirani plinovodi in naftovodi imajo tehnične, okoljske in operativne značilnosti, zaradi katerih so zelo dobra alternativa, ko je potreben visokonapetostni prenos v omejenem prostoru, na primer, ko ga ni mogoče uporabiti. nadzemni električni vodi.

Visokonapetostni kabli v Španiji za napetost 400 kV

Prenosni kabli, izolirani s plinom in oljem (visokotlačni kabli za plin in olje) so varna in prilagodljiva alternativa nadzemnim vodom in zavzamejo veliko manj prostora, hkrati pa zagotavljajo enak prenos moči.

Ker imajo majhen ali nikakršen vpliv na pokrajino in njihove minimalne elektromagnetne emisije pomenijo, da jih je mogoče uporabljati v bližini ali celo v zgradbah, je mogoče visokonapetostne kable, polnjene z oljem in plinom, upoštevati za široko paleto aplikacij.

Magnetna indikacija B, ki jo je mogoče izmeriti v bližini takšne konstrukcije, je zelo nizka, precej nižja kot pri enakovrednem nadzemnem vodu. Na razdalji 5 metrov od cevi je manjša od 1 μT.

Primerni so za zagotavljanje nadaljevanja podzemnih nadzemnih vodov, priklop elektrarn na elektroenergetsko omrežje ali kot kompakten način priklopa velikih industrijskih obratov na splošno omrežje.

Pri uporabi v kablih s povečanim tlakom se dielektrična trdnost izolacije kabla znatno poveča, njegova debelina in s tem stroški se zmanjšajo. Povečan tlak v kablih, napolnjenih z oljem ali plinom, nastane znotraj izolacije skozi votlo jedro ali druge kanale vzdolž kabla in se uporablja zunaj izolacije, če je kabel nameščen v jeklenem vodu.

Izgradnja kablovoda z visokonapetostnimi plinskimi kabli

S plinom polnjeni kabli uporabljajo vodno izvedeno izolacijo z osiromašenim slojem, v sloju katerega je inertni plin pod pritiskom, ki ima dobre električne lastnosti in visoko toplotno prevodnost (dušik, plin SF6 itd.). Zamenjava zraka z dušikom ali plinom SF6 prepreči oksidacijo izolacije.

Glede na velikost tlaka ločimo kable z nizkim (0,7-1,5 atm), srednjim (do 3 atm) in visokim (12-15 atm) tlakom. Prvi dve vrsti kablov sta večinoma trifazni za 10-35 kV, visokotlačni kabli pa so enofazni za 110-330 kV.

Enožilni oljni kabli za 110 kV so izdelani z enim oljnim prevodnim kanalom v središču votlega jedra, za napetost 500 kV pa s centralnim kanalom v jedru in kanali pod zaščitnim plaščem.

Trifazna izvedba napolnjena z oljem

Povečanje tlaka zahteva ojačitev zaščitne ovojnice z namestitvijo ojačitvenih kovinskih trakov, ki so proti koroziji zaščiteni z ustreznimi premazi, ter oklepom iz pocinkanih jeklenih žic.

Velika pomanjkljivost sodobnega visokonapetostnega voda, izdelanega z oljnim kablom, je potreba po zelo dragi in zapleteni pomožni opremi, kot so: napajalni rezervoarji, tlačni rezervoarji, zapore, spojke in končni konektorji.

Kompenzacija sprememb prostornine impregnacijske sestave se izvaja z dovodnimi napravami, ki jih sestavljajo dovodni rezervoarji in tlačni rezervoar. Napajalni rezervoarji zagotavljajo dovajanje velike količine olja v kabel ali iz njega z majhno spremembo tlaka, tlačni rezervoar pa vzdržuje tlak v kablu s kakršno koli spremembo volumna olja.

Olje se premika po kablu vzdolž osrednjega kanala tokovne žice. Kabelska napeljava je razdeljena z omejevalnimi pušami na ločene sestavne dele.

Najmočnejši tekmec kabla, napolnjenega z oljem, je kabel pod pritiskom. V primerjavi z visokonapetostnim kablom, napolnjenim s plinom, napolnjenim z oljem, zahteva nižje stroške gradnje voda, ne potrebuje zapletene pomožne opreme in je zelo enostaven za namestitev in delovanje.

Montaža trifaznega voda s plinom polnjenimi kabli

Glavna prednost kablov, polnjenih s plinom, v primerjavi s kabli, polnjenimi z oljem, je enostavnost oskrbe kabelskega voda s plinom, možnost polaganja kabla na strmih nagnjenih in navpičnih poteh.

Kabli, polnjeni s plinom, se najpogosteje uporabljajo za napetost 10-35 kV.Pri napetostih 110 kV in več imajo kabli, polnjeni s plinom, v primerjavi s tistimi, polnjenimi z oljem, nižjo impulzno moč in večjo toplotno odpornost. Zato se ti kabli v naši državi redko uporabljajo pri napetostih 110 kV in več.

Nasprotno pa se v evropskih državah kabli, polnjeni z oljem (Oil Filled Cable), uporabljajo manj pogosto kot kabli, polnjeni s plinom (plinsko izolirani daljnovodi, GIL).

Ta tehnologija se je v Evropi začela uporabljati približno v 70. letih. Zasnovan je posebej za možnost vkopa visokonapetostnih omrežij v urbanem okolju. Trenutno je veliko izvedenih projektov z uporabo kablov, polnjenih s plinom, za napetosti do 500 kV.

Prednost kablov, polnjenih s plinom, je razmeroma velika varnostna rezerva v primeru izrednega padca tlaka, kar omogoča, da se ob padcu tlaka ne odklopijo takoj.

Zasnova kabla, polnjenega s plinom

Kabli v jeklenem cevovodu pod tlakom olja so trije enožilni kabli s papirno izolacijo, impregnirano z mineralnim ali sintetičnim oljem (brez svinčenega plašča), ki se nahajajo v jeklenem cevovodu s tlačnim oljem do 15 atm.

Običajno se za impregnacijo izolacije uporabljajo bolj viskozna olja, za polnjenje cevovoda pa manj viskozna olja. Takšni kabelski vodi v jeklenih cevovodih s tlačnim oljem se uporabljajo za napetosti 110-220 kV.

Izolacija je prekrita z zaslonom iz metaliziranega papirja ali perforiranih bakrenih trakov, na katerega je nanesen tesnilni premaz - polietilenski plašč, ki preprečuje vdor vlage v kabel med transportom.

Na tesnilni premaz sta spiralno naneseni dve ali tri polkrožne bronaste ali bakrene žice, ki so oblikovane tako, da olajšajo vlečenje kabla v cev, poleg tega pa držijo faze na določeni medsebojni razdalji, kar izboljša kroženje olja in zagotavlja električni stik kabelskih zaslonov s cevovodom.

Jeklena cev, ki vzdržuje tlak v kablu, je zanesljiva zaščita pred mehanskimi poškodbami. Pritisk olja na izolacijo se prenaša skozi polietilenski ovoj.

Prehod nad glavo na kabel

Šibka točka visokonapetostnega kabla so običajno konektorji. Ena glavnih nalog pri razvoju visokonapetostnih kabelskih vodov je ustvarjanje priključka, ki je primeren za namestitev in ima električno trdnost, ki ni manjša od moči kabla.

Končni konektorji so nameščeni na koncih kablovoda, polkončni konektorji pa na vsakih 1-1,5 km proge (preprečujejo prosto izmenjavo olja med sosednjimi odseki cevovoda).

Prednastavljeni tlak olja v cevovodu vzdržuje samodejno delujoča enota, ki dovaja olje v cevovod, ko tlak pade, in odstrani odvečno olje, ko tlak naraste.

V konektorjih oljnih kablov poteka električna povezava tokovnih vodnikov in povezava oljnih kanalov kabla.

Jedra sta stisnjena skupaj, neprekinjenost oljnega kanala pa je zagotovljena z votlo jekleno cevjo (varjenje ali trdo spajkanje ni dovoljeno zaradi prisotnosti olja).

Po celotni dolžini puše je nameščen ozemljeni ščit (kositrana bakrena pletenica), zunanja stran puše pa je zaprta v kovinsko ohišje.

Kabelska puša visokonapetostnega kabla, napolnjenega z oljem

Kabli v jeklenem cevovodu pod tlakom se od prejšnje zasnove razlikujejo le po tem, da je namesto mineralnega ali sintetičnega olja cevovod napolnjen s stisnjenim inertnim plinom, običajno dušikom pod tlakom približno 12-15 atm. Prednost takih kablov je bistvena poenostavitev in pocenitev napajalnega sistema.

Kabelska izolacija ni izpostavljena le trajni izpostavljenosti napetosti industrijske frekvence, temveč tudi impulzni napetosti, saj so kabli priključeni neposredno na nadzemne vode ali na električno opremo odprtih transformatorskih postaj in stikalnih naprav, ki zaznavajo učinke atmosferski valovi. 

Impulzna moč kabla, napolnjenega z oljem, je večja kot pri kablu, napolnjenem s plinom, ne glede na vrednosti tlaka olja ali plina v njih. Za katero koli vrsto kabla se impulzna prebojna napetost lahko poveča z zmanjšanjem debeline papirnih trakov, tj. z zmanjšanjem vrzeli med njimi. Največje prebojne napetosti imajo kabli polnjeni z oljem ali kabli pod zunanjim pritiskom plina, kjer so reže v izolaciji zapolnjene z impregnacijsko maso.

Visokonapetostne kable, polnjene s plinom, v podzemnem razdelilniku (tunelu) je mogoče preprosto premikati med kabli, vendar ta vrsta napeljave ne zahteva skoraj nobenega vzdrževanja

Visokotlačni plinovodi in z oljem izolirani kabelski cevovodi že več desetletij dokazujejo svojo tehnično zanesljivost, saj poleg zelo dobrih prenosnih lastnosti zagotavljajo izjemno varnost pri obratovanju in tudi v primeru okvare.

Stanje izolacije kabelskih vodov med obratovanjem se preverja s preventivnimi preskusi, ki omogočajo odkrivanje hudih kršitev celovitosti izolacije in napak v njej (fazna ozemljitev, zlomi žice itd.), Kot tudi izmerite izolacijski upor, uhajajoče tokove, dielektrični izgubni kot itd.

Opozoriti je treba, da so pri izolaciji kablovodov preventivni testi edina metoda odkrivanja okvarjenih mest v izolaciji, saj je kabelska napeljava nedostopna za pregled in preventivno popravilo. Zato naj bi preventivni preizkusi izolacije kablovodov hitro odkrili napake v izolaciji kablov in s tem zmanjšali zasilnost omrežja.

Poleg članka - Siemens razvija plinovod

Nova linija je zasnovana za prenos do pet gigavatov (GW) moči na sistem. Nemško zvezno ministrstvo za gospodarstvo in energijo za ta razvojni projekt namenja 3,78 milijona evrov.

Električne žice za enosmerni tok bo temeljil na tehnologiji obstoječega plinsko izoliranega daljnovoda (DV), ki je sestavljen iz dveh koncentričnih aluminijastih cevi. Kot izolacijski medij se uporablja mešanica plinov, do sedaj so bili plinovodi na voljo samo za izmenični tok.

Širitev prenosnega omrežja je potrebna, če želimo do leta 2050 80 % nemškega povpraševanja po električni energiji pokriti z obnovljivimi viri energije.

Proizvedena električna energija vetrne turbine v severnem delu države in ob obali Nemčije, bo treba čim bolj učinkovito prevažati v tovorne centre v južnem delu Nemčije.Enosmerni prenos je za to najprimernejši zaradi nizkih električnih izgub v primerjavi z izmeničnim prenosom.

Razvoj omrežja z uporabo visokonapetostnega enosmernega toka (HVDC) z uporabo nadzemnih daljnovodov in s plinom izoliranih enosmernih daljnovodov, položenih pod zemljo na določenih območjih, je mogoče izvesti z bistveno manj viri kot trifazna tehnologija.

»Podzemni enosmerni prenos je bistvenega pomena za prehod Nemčije v novo elektroenergetsko strukturo, saj bo njegov razvoj sprva potekal v Nemčiji. Kasneje bodo povsem možna povpraševanja iz drugih držav EU ali drugih držav po svetu. Vsekakor bo Nemčija z razvojem enosmernega plinovoda igrala vodilno vlogo pri oblikovanju prihodnjih prenosnih sistemov,« je dejal Denis Imamović, odgovoren za plinovodne sisteme pri Siemens Energy Management.