Proiectarea și aplicarea cablurilor de înaltă tensiune umplute cu petrol și gaz

Cablurile subterane de înaltă tensiune au fost folosite pentru a transmite energie electrică de mulți ani și au fost dezvoltate o serie de tehnologii diferite de-a lungul anilor.

Conductele izolate de gaz și petrol au caracteristici tehnice, de mediu și operaționale care le fac o alternativă foarte bună atunci când este necesară transportul de înaltă tensiune într-un spațiu limitat, de exemplu atunci când este imposibil de utilizat linii electrice aeriene.

Cabluri de înaltă tensiune în Spania pentru tensiune 400 kV

Cablurile de transmisie izolate cu gaz și ulei (cablurile de gaz și ulei de înaltă presiune) sunt o alternativă sigură și flexibilă la liniile aeriene și ocupă mult mai puțin spațiu, oferind în același timp aceeași transmisie de putere.

Deoarece au impact redus sau deloc asupra peisajului și emisiile lor electromagnetice minime înseamnă că pot fi utilizate în apropierea sau chiar în clădiri, cablurile de înaltă tensiune umplute cu petrol și gaz pot fi luate în considerare pentru o gamă largă de aplicații.

Indicația magnetică B care poate fi măsurată în apropierea unei astfel de structuri este foarte scăzută, mult mai mică decât pentru o linie aeriană echivalentă. La o distanță de 5 metri de țevi este mai mică de 1 μT.

Sunt potrivite pentru a asigura continuarea liniilor aeriene subterane, conectarea centralelor electrice la rețeaua electrică sau ca modalitate compactă de conectare a marilor instalații industriale la rețeaua generală.

Atunci când este utilizat în cabluri cu presiune crescută, rezistența dielectrică a izolației cablului este semnificativ crescută, iar grosimea acesteia și, în consecință, costurile sunt reduse. Presiunea crescută în cablurile umplute cu ulei sau gaz este generată în interiorul izolației printr-un miez gol sau alte conducte de-a lungul cablului și este aplicată în afara izolației dacă cablul este plasat într-o conductă de oțel.

Construirea unei linii de cablu cu cabluri de înaltă tensiune umplute cu gaz

Cablurile umplute cu gaz folosesc izolație implementată cu apă cu un strat epuizat, în stratul căruia se află un gaz inert sub presiune, care are caracteristici electrice bune și conductivitate termică ridicată (azot, gaz SF6 etc.). Înlocuirea aerului cu azot sau gaz SF6 evită oxidarea izolației.

În funcție de mărimea presiunii, cablurile se disting cu presiune scăzută (0,7 — 1,5 atm), medie (până la 3 atm) și înaltă (12 — 15 atm). Primele două tipuri de cabluri sunt realizate în principal din trifazate pentru 10 — 35 kV, iar cablurile de înaltă presiune — monofazate pentru 110 — 330 kV.

Cablurile unipolare umplute cu ulei pentru 110 kV sunt realizate cu un canal conducător de ulei în centrul miezului gol, iar pentru tensiune 500 kV - cu un canal central în miez și canale sub manta de protecție.

Design trifazat cu ulei

Creșterea presiunii necesită întărirea carcasei de protecție prin aplicarea de benzi metalice de armare peste aceasta, care sunt protejate de coroziune prin acoperiri adecvate, precum și o armătură din fire de oțel galvanizat.

Un dezavantaj major al liniei moderne de înaltă tensiune realizată cu cablu umplut cu ulei este necesitatea unor echipamente auxiliare foarte scumpe și complexe, precum: rezervoare de alimentare, rezervoare sub presiune, opritor, cuple și conectori de capăt.

Compensarea modificărilor volumelor compoziției de impregnare se realizează folosind dispozitive de alimentare constând din rezervoare de alimentare și un rezervor sub presiune. Rezervoarele de alimentare asigură că o cantitate mare de ulei este alimentată în sau din cablu cu o mică schimbare a presiunii, iar rezervorul de presiune menține presiunea în cablu cu orice modificare a volumului de ulei.

Uleiul se deplasează de-a lungul cablului de-a lungul canalului central al firului care transportă curent. Linia de cablu este împărțită prin bucșe de limitare în părți separate de alcătuire.

Cel mai puternic competitor al cablurilor umplute cu ulei este cablul de gaz sub presiune. În comparație cu cablul umplut cu ulei de înaltă tensiune, umplut cu gaz, necesită costuri mai mici de construcție a liniei, nu necesită echipamente auxiliare complexe și este foarte simplu atât la instalare, cât și la operare.

Instalarea unei linii trifazate cu cabluri umplute cu gaz

Principalul avantaj al cablurilor umplute cu gaz în comparație cu cablurile umplute cu ulei este simplitatea alimentării cu gaz a liniei de cablu, posibilitatea așezării cablului pe trasee înclinate și verticale.

Cablurile umplute cu gaz sunt cele mai utilizate pe scară largă pentru tensiunea de 10 - 35 kV.La tensiuni de 110 kV și mai mari, cablurile umplute cu gaz, în comparație cu cele umplute cu ulei, au o putere de impuls mai mică și o rezistență termică mai mare. Prin urmare, aceste cabluri sunt rareori folosite în țara noastră la tensiuni de 110 kV și peste.

În țările europene, dimpotrivă, cablurile umplute cu ulei (Oil Filled Cable) sunt utilizate mai rar decât cablurile umplute cu gaz (linii de transport izolate cu gaz, GIL).

Această tehnologie a început să fie aplicată în Europa aproximativ în anii 70. Este special conceput pentru a oferi posibilitatea de îngropare a rețelelor de înaltă tensiune într-un mediu urban. În prezent, există multe proiecte finalizate care utilizează cabluri umplute cu gaz pentru tensiuni de până la 500 kV.

Avantajul cablurilor umplute cu gaz este o marjă de siguranță relativ mare în cazul unei scăderi de urgență a presiunii, ceea ce le permite să nu fie deconectate imediat când presiunea scade.

Design cablu umplut cu gaz

Cablurile dintr-o conductă de oțel sub presiune ulei sunt trei cabluri cu un singur conductor cu izolație din hârtie impregnată cu ulei mineral sau sintetic (fără manta de plumb), care sunt situate într-o conductă de oțel cu ulei sub presiune de până la 15 atm.

De obicei, se folosesc uleiuri mai vâscoase pentru a impregna izolația și uleiuri mai puțin vâscoase pentru umplerea conductei. Astfel de linii de cablu în conductele de oțel cu ulei sub presiune sunt utilizate pentru tensiuni de 110 - 220 kV.

Izolația este acoperită cu un ecran din hârtie metalizată sau benzi de cupru perforate, pe care se aplică un strat de etanșare - o manta de polietilenă care împiedică pătrunderea umezelii în cablu în timpul transportului.

Două sau trei fire semicirculare de bronz sau cupru sunt aplicate spiralat pe stratul de etanșare, care sunt concepute pentru a facilita tragerea cablului în conductă, în plus, mențin fazele la o anumită distanță una de cealaltă, ceea ce îmbunătățește circulatia uleiului si asigura contactul electric al ecranelor cablurilor cu conducta.

Tubul de oțel, care menține presiunea în cablu, este o protecție fiabilă împotriva deteriorării mecanice. Presiunea uleiului de pe izolație este transferată prin învelișul de polietilenă.

Tranziție de deasupra capului la cablu

Punctul slab al unui cablu de înaltă tensiune sunt de obicei conectorii. Una dintre sarcinile principale în dezvoltarea liniilor de cablu de înaltă tensiune este crearea unui conector care este convenabil pentru instalare și are o rezistență electrică care nu este mai mică decât cea a cablului.

Conectorii de capăt sunt instalați la capetele liniei de cablu, iar conectorii semi-oprire sunt instalați la fiecare 1 - 1,5 km de linie (aceștia împiedică schimbul liber de ulei între secțiunile adiacente ale conductei).

Presiunea presetată a uleiului în conductă este menținută de o unitate care funcționează automat care furnizează ulei conductei atunci când presiunea scade și elimină uleiul în exces când presiunea crește.

În conectorii cablurilor umplute cu ulei au loc conexiunea electrică a firelor purtătoare de curent și conectarea canalelor de ulei ale cablului.

Miezurile sunt presate împreună, iar continuitatea canalului de ulei este asigurată de un tub tubular din oțel (sudura sau lipirea nu este permisă din cauza prezenței uleiului).

Pe toată lungimea bucșei se aplică un scut de pământ (împletitură de cupru cositorit), iar exteriorul bucșei este închis într-o carcasă metalică.

Bucșă de cablu din cablu de înaltă tensiune umplut cu ulei

Cablurile dintr-o conductă de oțel de gaz sub presiune diferă de proiectarea anterioară doar prin aceea că, în loc de ulei mineral sau sintetic, conducta este umplută cu un gaz inert comprimat, de obicei azot la o presiune de aproximativ 12-15 atm. Avantajul unor astfel de cabluri este o simplificare semnificativă și reducerea costurilor sistemului de alimentare cu linie.

Izolarea cablurilor este expusă nu numai la expunerea continuă la tensiunea de frecvență industrială, ci și la tensiunea de impuls, deoarece cablurile sunt conectate direct la linii aeriene sau la echipamentele electrice ale stațiilor deschise și al aparatelor de comutare care percep efectele. undele atmosferice. 

Puterea de impuls a unui cablu umplut cu ulei este mai mare decât cea a unui cablu umplut cu gaz, indiferent de valorile presiunii uleiului sau gazului din acestea. Pentru orice tip de cablu, tensiunea de rupere la impuls poate fi crescută prin reducerea grosimii benzilor de hârtie, adică. prin reducerea decalajelor dintre ele. Cablurile umplute cu ulei sau cablurile sub presiune exterioară a gazului, unde golurile din izolație sunt umplute cu un compus de impregnare, au cele mai mari tensiuni de rupere.

Cablurile de înaltă tensiune umplute cu gaz într-un colector subteran (tunel) pot fi mutate cu ușurință între cabluri, dar acest tip de instalație nu necesită aproape nicio întreținere

Conductele cu cablu izolate cu gaz și ulei de înaltă presiune și-au dovedit deja fiabilitatea tehnică de câteva decenii, deoarece oferă o siguranță excepțională în exploatare și chiar în cazul unei avarii, pe lângă caracteristicile de transmisie foarte bune.

Starea izolației liniilor de cablu în timpul funcționării este verificată prin teste preventive, care fac posibilă identificarea încălcărilor grave ale integrității izolației și a defectelor acesteia (împământare de fază, rupturi de fire etc.), precum și măsurați rezistența de izolație, curenții de scurgere, unghiul de pierdere dielectrică etc.

Trebuie remarcat faptul că, pentru izolarea liniilor de cablu, testele preventive sunt singura metodă de detectare a punctelor defecte din izolație, deoarece linia de cablu este inaccesibilă pentru inspecție și reparație preventivă. Prin urmare, testarea preventivă a izolației liniilor de cablu ar trebui să identifice rapid defectele de izolație a cablurilor și, prin urmare, să reducă situația de urgență a rețelei.

Pe lângă articol - Siemens dezvoltă o linie de transport de gaz

Noua linie este proiectată să transmită până la cinci gigawați (GW) de putere per sistem. Ministerul Federal al Afacerilor Economice și Energiei din Germania acordă 3,78 milioane de euro pentru acest proiect de dezvoltare.

Fire electrice de curent continuu se va baza pe tehnologia liniei de transport izolate cu gaz (TL) existentă, care constă din două conducte concentrice de aluminiu. Ca mediu izolator este folosit un amestec de gaze.Până în prezent, liniile de cablu izolate cu gaz erau disponibile doar pentru curent alternativ.

Extinderea rețelei de transport este necesară dacă 80% din cererea de energie electrică a Germaniei urmează să fie acoperită cu surse regenerabile de energie până în 2050.

Electricitate generată turbine eoliene în partea de nord a țării și de-a lungul coastei Germaniei, vor trebui transportate cât mai eficient până la centrele de marfă din partea de sud a Germaniei.Transmisia DC este cea mai potrivită pentru aceasta datorită pierderilor sale electrice reduse în comparație cu transmisia AC.

Dezvoltarea rețelei folosind curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) folosind linii de transport aeriene și linii de transport de curent continuu izolate cu gaz, amplasate în subteran în anumite zone, poate fi realizată folosind mult mai puține resurse decât tehnologia trifazată.

„Transmisia subterană de curent continuu este esențială pentru tranziția Germaniei la o nouă structură de energie electrică, deoarece dezvoltarea acesteia va avea loc inițial în Germania. Mai târziu, întrebările din alte țări UE sau din alte țări din întreaga lume vor fi destul de posibile. În orice caz, odată cu dezvoltarea unei linii de transport de gaze în curent continuu, Germania va juca un rol principal în proiectarea viitoarelor sisteme de transport”, a declarat Denis Imamovic, responsabil pentru sistemele de transport al gazelor la Siemens Energy Management.