Öljyllä ja kaasulla täytettyjen suurjännitekaapeleiden suunnittelu ja asennus

Maanalaisia ​​suurjännitekaapeleita on käytetty sähkön siirtoon useiden vuosien ajan, ja vuosien varrella on kehitetty useita erilaisia ​​teknologioita.

Eristetyillä kaasu- ja öljyputkilla on tekniset, ympäristölliset ja toiminnalliset ominaisuudet, jotka tekevät niistä erittäin hyvän vaihtoehdon, kun suurjännitesiirtoa tarvitaan rajoitetussa tilassa, esimerkiksi kun sitä ei voida käyttää ilmajohtoja.

Korkeajännitekaapelit Espanjassa 400 kV jännitteelle

Kaasu- ja öljyeristetyt voimansiirtokaapelit (korkeapainekaasu- ja öljykaapelit) ovat turvallinen ja joustava vaihtoehto ilmajohdoille ja vievät paljon vähemmän tilaa samalla kun ne tarjoavat saman voimansiirron.

Koska niillä on vähän tai ei ollenkaan vaikutusta maisemaan ja niiden vähäiset sähkömagneettiset päästöt mahdollistavat niiden käytön rakennusten lähellä tai jopa niissä, öljyllä ja kaasulla täytettyjä suurjännitekaapeleita voidaan harkita monenlaisiin sovelluksiin.

Magneettinen indikaatio B, joka voidaan mitata tällaisen rakenteen läheltä, on hyvin alhainen, paljon pienempi kuin vastaavalla ilmajohdolla. 5 metrin etäisyydellä putkista se on alle 1 μT.

Ne soveltuvat maanalaisten ilmajohtojen jatkoksi, voimalaitosten liittämiseen sähköverkkoon tai kompaktiksi tapaksi liittää suuria teollisuuslaitoksia yleisverkkoon.

Käytettäessä kaapeleissa, joissa on korotettu paine, kaapelin eristyksen dielektrinen lujuus kasvaa merkittävästi ja sen paksuus ja vastaavasti kustannukset pienenevät. Öljy- tai kaasutäytteisissä kaapeleissa lisääntynyt paine syntyy eristeen sisäpuolelle onton sydämen tai muiden kaapelia pitkin olevien putkien kautta ja se kohdistetaan eristeen ulkopuolelle, jos kaapeli asetetaan teräsputkeen.

Kaapelilinjan rakentaminen suurjännitekaasutäytteisillä kaapeleilla

Kaasutäytteisissä kaapeleissa käytetään veteen toteutettua eristettä, jossa on tyhjennetty kerros, jonka kerroksessa on paineen alaista inerttiä kaasua, jolla on hyvät sähköominaisuudet ja korkea lämmönjohtavuus (typpi, SF6-kaasu jne.). Ilman korvaaminen typellä tai SF6-kaasulla välttää eristeen hapettumisen.

Paineen suuruuden mukaan kaapelit erotetaan matalan (0,7 - 1,5 atm), keskipaineisen (jopa 3 atm) ja korkean (12 - 15 atm) paineen kanssa. Ensimmäiset kaksi kaapelityyppiä ovat pääasiassa kolmivaiheisia 10-35 kV ja korkeapainekaapeleita yksivaiheisia 110-330 kV.

Yksijohtimiset öljytäytteiset kaapelit 110 kV on valmistettu yhdellä öljyä johtavalla kanavalla onton sydämen keskellä ja jännitteelle 500 kV - keskellä oleva kanava sydämessä ja kanavat suojavaipan alla.

Kolmivaiheinen öljytäytteinen malli

Paineen nousu vaatii suojakuoren vahvistamista asettamalla sen päälle vahvistemetallinauhat, jotka on suojattu korroosiolta sopivilla pinnoitteilla, sekä panssari sinkitystä teräslangasta.

Nykyaikaisen öljytäytteisellä kaapelilla valmistetun suurjännitejohdon suuri haittapuoli on erittäin kalliiden ja monimutkaisten apulaitteiden tarve, kuten: syöttösäiliöt, painesäiliöt, pysäyttimet, liittimet ja päätyliittimet.

Kyllästyskoostumuksen tilavuuksien muutosten kompensointi suoritetaan käyttämällä syöttölaitteita, jotka koostuvat syöttösäiliöistä ja painesäiliöstä. Syöttösäiliöt varmistavat, että suuri määrä öljyä syötetään kaapeliin tai siitä ulos pienellä paineen muutoksella, ja painesäiliö ylläpitää painetta kaapelissa öljymäärän muutoksilla.

Öljy liikkuu kaapelia pitkin virtaa kuljettavan langan keskikanavaa pitkin. Kaapelilinja on jaettu rajoitusholkeilla erillisiksi lisäosiksi.

Öljytäytteisen kaapelin vahvin kilpailija on painekaasukaapeli. Verrattuna öljytäytteiseen korkeajännitteiseen kaasutäytteiseen kaapeliin, se vaatii pienempiä linjan rakennuskustannuksia, ei vaadi monimutkaisia ​​apulaitteita ja on erittäin yksinkertainen sekä asennuksessa että käytössä.

Kolmivaiheisen johdon asennus kaasutäytteisillä kaapeleilla

Kaasutäytteisten kaapeleiden tärkein etu öljytäytteisiin kaapeleihin verrattuna on kaapelilinjan kaasun syöttämisen yksinkertaisuus, mahdollisuus asentaa kaapeli jyrkästi kaltevalle ja pystysuoralle reitille.

Kaasutäytteisiä kaapeleita käytetään yleisimmin jännitteelle 10–35 kV.110 kV:n ja sitä korkeammilla jännitteillä kaasutäytteisillä kaapeleilla on öljytäytteisiin verrattuna pienempi impulssivoimakkuus ja suurempi lämpövastus. Siksi näitä kaapeleita käytetään maassamme harvoin 110 kV:n ja sitä korkeammilla jännitteillä.

Päinvastoin, Euroopan maissa öljytäytteisiä kaapeleita (Oil Filled Cable) käytetään harvemmin kuin kaasulla täytettyjä kaapeleita (kaasueristetyt siirtolinjat, GIL).

Tätä tekniikkaa alettiin soveltaa Euroopassa noin 70-luvulla. Se on erityisesti suunniteltu tarjoamaan mahdollisuus upottaa suurjänniteverkkoja kaupunkiympäristöön. Tällä hetkellä on useita valmiita projekteja, joissa käytetään kaasutäytteisiä kaapeleita jopa 500 kV jännitteille.

Kaasutäytteisten kaapelien etuna on suhteellisen suuri turvamarginaali hätätilanteessa paineen laskussa, jolloin niitä ei voida irrottaa välittömästi paineen laskeessa.

Kaasulla täytetty kaapelirakenne

Paineöljyn alaisen teräsputken kaapelit ovat kolme yksijohtimista kaapelia, joissa on mineraali- tai synteettisellä öljyllä kyllästetty paperieristys (ilman lyijyvaippaa), jotka sijaitsevat teräsputkessa, jossa paineöljy on enintään 15 atm.

Tyypillisesti eristeen kyllästämiseen käytetään viskoosisempia öljyjä ja putkilinjan täyttämiseen vähemmän viskoosia öljyä. Tällaisia ​​kaapelilinjoja paineistettua öljyä sisältävissä teräsputkissa käytetään 110–220 kV jännitteillä.

Eristys peitetään metalloidusta paperista tai rei'itetyistä kupariliuskoista valmistetulla suojuksella, jolle levitetään tiivistyspinnoite - polyeteenivaippa, joka estää kosteuden pääsyn kaapeliin kuljetuksen aikana.

Tiivistepinnoitteelle levitetään spiraalimaisesti kaksi tai kolme puolipyöreää pronssi- tai kuparilankaa, jotka on suunniteltu helpottamaan kaapelin vetämistä putkeen, lisäksi ne pitävät vaiheet tietyllä etäisyydellä toisistaan, mikä parantaa öljyn kierto ja varmistaa kaapelin suojavaivojen sähköisen kosketuksen putkilinjaan.

Teräsputki, joka ylläpitää painetta kaapelissa, on luotettava suoja mekaanisia vaurioita vastaan. Eristeeseen kohdistuva öljynpaine siirtyy polyeteenivaipan läpi.

Siirtyminen yläpäästä kaapeliin

Korkeajännitekaapelin heikko kohta ovat yleensä liittimet. Yksi tärkeimmistä tehtävistä korkeajännitekaapelilinjojen kehittämisessä on sellaisen liittimen luominen, joka on kätevä asennettavaksi ja jonka sähköinen lujuus on vähintään kaapelin.

Kaapelilinjan päihin asennetaan päätyliittimet ja puolipysäytysliittimet linjan 1 - 1,5 km välein (ne estävät öljyn vapaan vaihdon putkilinjan vierekkäisten osien välillä).

Esiasetettua öljynpainetta putkistossa ylläpitää automaattisesti toimiva yksikkö, joka syöttää öljyä putkilinjaan paineen laskeessa ja poistaa ylimääräisen öljyn paineen noustessa.

Öljytäyttöisten kaapelien liittimissä tapahtuu virtajohtojen sähköliitäntä ja kaapelin öljykanavien kytkentä.

Sydämet puristetaan yhteen ja öljykanavan jatkuvuus varmistetaan ontolla teräsputkella (hitsaus tai juottaminen ei ole sallittua öljyn vuoksi).

Hiottu suoja (tinattu kuparipunos) levitetään läpiviennin koko pituudelle ja holkin ulkopuoli on suljettu metallikoteloon.

Öljytäytteisen suurjännitekaapelin kaapelin läpivienti

Paineistetun kaasuteräsputken kaapelit eroavat aikaisemmasta rakenteesta vain siinä, että mineraali- tai synteettisen öljyn sijasta putkisto on täytetty puristetulla inertillä kaasulla, yleensä typellä, jonka paine on noin 12-15 atm. Tällaisten kaapeleiden etuna on linjasyöttöjärjestelmän merkittävä yksinkertaistaminen ja kustannusten aleneminen.

Kaapelin eristys altistuu jatkuvalle teollisen taajuusjännitteen lisäksi myös impulssijännitteelle, koska kaapelit on kytketty suoraan ilmajohtoihin tai avoimien sähköasemien ja kytkinlaitteiden sähkölaitteisiin, jotka havaitsevat vaikutukset. ilmakehän aallot. 

Öljytäytteisen kaapelin impulssivoimakkuus on suurempi kuin kaasutäytteisen kaapelin, riippumatta niiden öljyn tai kaasun painearvoista. Minkä tahansa tyyppisissä kaapeleissa impulssin läpilyöntijännitettä voidaan lisätä vähentämällä paperiliuskojen paksuutta, ts. pienentämällä niiden välisiä välejä. Öljytäytteisillä kaapeleilla tai ulkoisen kaasupaineen alaisilla kaapeleilla, joissa eristeen välit on täytetty kyllästysaineella, on suurimmat läpilyöntijännitteet.

Kaasutäytteiset suurjännitekaapelit maanalaisessa jakotukkissa (tunnelissa) voidaan helposti siirtää kaapelien välillä, mutta tämäntyyppinen asennus ei vaadi juuri mitään huoltoa

Korkeapaineiset kaasu- ja öljyeristetyt kaapeliputket ovat todistaneet teknisen luotettavuutensa jo useiden vuosikymmenten ajan, sillä ne tarjoavat erittäin hyvien siirto-ominaisuuksiensa lisäksi poikkeuksellista turvallisuutta käytössä ja rikkoutuessakin.

Kaapelilinjojen eristyksen kunto käytön aikana tarkistetaan ennaltaehkäisevillä testeillä, joiden avulla voidaan tunnistaa eristyksen eheyden räikeät rikkomukset ja siinä olevat viat (vaiheen maadoitus, johdinkatkot jne.) mittaa eristysresistanssi, vuotovirrat, dielektrinen häviökulma jne.

On huomattava, että kaapelilinjojen eristyksen osalta ennaltaehkäisevät testit ovat ainoa tapa havaita eristeen vialliset kohdat, koska kaapelilinjaan ei päästä tarkastusta ja ennaltaehkäisevää korjausta varten. Siksi kaapelilinjojen eristyksen ennaltaehkäisevän testauksen pitäisi tunnistaa nopeasti kaapelien eristysvirheet ja vähentää siten verkon hätätilannetta.

Artikkelin lisäksi - Siemens kehittää kaasunsiirtolinjaa

Uusi linja on suunniteltu siirtämään jopa viisi gigawattia (GW) tehoa järjestelmää kohti. Saksan liittovaltion talous- ja energiaministeriö myöntää tälle kehityshankkeelle 3,78 miljoonaa euroa.

Tasavirtasähköjohdot perustuu nykyisen kaasueristetyn voimajohdon (TL) teknologiaan, joka koostuu kahdesta samankeskisestä alumiiniputkesta. Eristysväliaineena käytetään kaasuseosta, tähän asti kaasueristeisiä kaapelilinjoja oli saatavilla vain vaihtovirtaa varten.

Siirtoverkkoa on laajennettava, jos 80 prosenttia Saksan sähköntarpeesta katetaan uusiutuvilla energialähteillä vuoteen 2050 mennessä.

Sähköä tuotettu tuuliturbiinit maan pohjoisosassa ja Saksan rannikolla, on kuljetettava mahdollisimman tehokkaasti Etelä-Saksan rahtikeskuksiin.DC-siirto soveltuu parhaiten tähän, koska sen sähköhäviöt ovat pienet verrattuna AC-siirtoon.

Verkkokehitys korkeajännitteisellä tasavirralla (HVDC) käyttämällä ilmajohtoja ja tietyillä alueilla maan alle sijoitettuja kaasueristeisiä tasavirtajohtoja voidaan toteuttaa huomattavasti pienemmällä resurssilla kuin kolmivaiheteknologialla.

"Maalainen tasavirtasiirto on välttämätöntä Saksan siirtymiselle uuteen sähkörakenteeseen, sillä sen kehitys tapahtuu aluksi Saksassa. Myöhemmin tiedustelut muista EU-maista tai muista maista ympäri maailmaa ovat täysin mahdollisia. Joka tapauksessa tasavirtakaasun siirtolinjan kehittämisessä Saksa tulee olemaan johtavassa asemassa tulevaisuuden siirtojärjestelmien suunnittelussa", sanoi Siemens Energy Managementin kaasunsiirtojärjestelmistä vastaava Denis Imamovic.