Проектиране и приложение на високоволтови кабели с пълнене на нефт и газ

Подземните кабели с високо напрежение се използват за предаване на електричество в продължение на много години и през годините са разработени редица различни технологии.

Изолираните газови и маслени газопроводи имат технически, екологични и експлоатационни характеристики, които ги правят много добра алтернатива, когато се изисква предаване на високо напрежение в ограничено пространство, например, когато е невъзможно да се използва въздушни електропроводи.

Кабели за високо напрежение в Испания за напрежение 400 kV

Трансмисионните кабели с газова и маслена изолация (кабели с високо налягане с газ и масло) са безопасна и гъвкава алтернатива на въздушните линии и заемат много по -малко място, като същевременно осигуряват същото предаване на енергия.

Тъй като те имат малко или никакво въздействие върху ландшафта, а минималното им електромагнитно излъчване означава, че те могат да се използват и в близост или дори в сгради, напълнените с масло и газ кабели за високо напрежение могат да бъдат разгледани за широк спектър от приложения.

Магнитната индикация В, която може да бъде измерена в близост до такава структура, е много ниска, много по -ниска, отколкото за еквивалентна въздушна линия. На разстояние 5 метра от тръбите е по -малко от 1 μT.

Те са подходящи за осигуряване на продължаване на подземни въздушни линии, свързване на електроцентрали към електропреносната мрежа или като компактен начин за свързване на големи промишлени предприятия към общата мрежа.

Когато се използва в кабели с повишено налягане, диелектричната якост на изолацията на кабела се увеличава значително, а дебелината му и съответно разходите се намаляват. Повишеното налягане в напълнени с масло или газ кабели се генерира вътре в изолацията през куха сърцевина или други тръбопроводи по кабела и се прилага извън изолацията, ако кабелът е поставен в стоманен тръбопровод.

Изграждане на кабелна линия с високоволтови газонапълнени кабели

В кабелите, пълни с газ, се използва изолация с имплементирана вода с обеднен слой, в слоя на която има инертен газ под налягане, който има добри електрически характеристики и висока топлопроводимост (азот, газ SF6 и др.). Замяната на въздуха с азот или SF6 газ избягва окисляването на изолацията.

Според големината на налягането се разграничават кабели с ниско (0.7 — 1.5 atm), средно (до 3 atm) и високо (12 — 15 at) налягане. Първите два вида кабели са изградени предимно от трифазни за 10 — 35 kV, а кабелите за високо налягане — еднофазни за 110 — 330 kV.

Едножилни маслонапълнени кабели за 110 kV са направени с един маслопроводен канал в центъра на кухата сърцевина, а за напрежение 500 kV-с централен канал в сърцевината и канали под защитната обвивка.

Трифазен дизайн, напълнен с масло

Увеличаването на налягането изисква укрепване на защитната обвивка чрез нанасяне на подсилващи метални ленти върху нея, които са защитени от корозия с подходящи покрития, както и броня от поцинковани стоманени проводници.

Голям недостатък на съвременната линия за високо напрежение, направена с маслонапълнен кабел, е необходимостта от много скъпо и сложно спомагателно оборудване, като: захранващи резервоари, резервоари под налягане, стоп, съединители и крайни съединители.

Компенсирането на промените в обемите на импрегниращия състав се извършва с помощта на захранващи устройства, състоящи се от захранващи резервоари и резервоар под налягане. Резервоарите за захранване гарантират, че голямо количество масло се подава във или извън кабела с малка промяна в налягането, а резервоарът под налягане поддържа налягането в кабела при всяка промяна в обема на маслото.

Маслото се движи по кабела по централния канал на токопроводящия проводник. Кабелната линия е разделена чрез ограничителни втулки на отделни части за грим.

Най-силният конкурент на маслонапълнения кабел е газовият кабел под налягане. Напълнен с газ кабел за високо напрежение в сравнение с напълнен с масло, в сравнение с него изисква по-ниски разходи за изграждането на линия, не се нуждае от сложно спомагателно оборудване и е много прост както при монтажа, така и при експлоатацията.

Монтаж на трифазна линия с напълнени с газ кабели

Основното предимство на напълнените с газ кабели в сравнение с напълнените с масло кабели е простотата на захранване на кабелната линия с газ, възможността за полагане на кабела по стръмно наклонени и вертикални трасета.

Напълнените с газ кабели са най -широко използвани за напрежение 10 — 35 kV. При напрежения от 110 kV и по-високи, газонапълнените кабели, в сравнение с маслонапълнените, имат по-ниска сила на импулса и по-високо термично съпротивление. Затова тези кабели рядко се използват у нас при напрежения 110 kV и повече.

В европейските страни, напротив, напълнените с масло кабели (Oil Filled Cable) се използват по-рядко от напълнените с газ кабели (газоизолирана трансмисия линии,GIL).

Тази технология технологията започна да се прилага в Европа приблизително при 70 -те години. Тя е специално проектиран да осигури възможност за погребване на мрежи с високо напрежение в градска среда. В момента има много завършени проекти, използващи напълнени с газ кабели за напрежение до 500 kV.

Предимството на напълнените с газ кабели е относително голяма граница на безопасност в случай на авариен спад на налягането, което им позволява да не се изключват веднага, когато налягането падне.

Дизайн на напълнен с газ кабел

Кабелите в стоманен тръбопровод с масло под налягане са три едножилни кабела с хартиена изолация, импрегнирана с минерално или синтетично масло (без оловна обвивка), които са разположени в стоманен тръбопровод с масло под налягане до 15 атм.

Обикновено се използват по -вискозни масла за импрегниране на изолацията, а по -малко вискозни масла се използват за запълване на тръбопровода. Такива кабелни линии в стоманени тръбопроводи с масло под налягане се използват за напрежения 110 — 220 kV.

Изолацията е покрита с екран, изработен от метализирана хартия или перфорирани медни ленти, върху който е нанесено уплътняващо покритие — полиетиленова обвивка, която предотвратява навлизането на влага в кабела по време на транспортиране.

Две или три полукръгли бронзови или медни проводници са нанесени спирално върху уплътняващото покритие, които са предназначени да улеснят изтеглянето на кабела в тръбопровода, освен това те държат фазите на известно разстояние една от друга, което подобрява циркулацията на маслото и осигурява електрически контакт на кабелните екрани с тръбопровода.

Стоманената тръба, която поддържа налягането в кабела, е надеждна защита срещу механични повреди. Налягането на маслото върху изолацията се пренася през полиетиленовата обвивка.

Преход на въздушна линия към кабел

Слабото място на кабел с високо напрежение обикновено са съединителите. Една от основните задачи при разработването на кабелни линии с високо напрежение е създаването на съединител, който е удобен за монтаж и има електрическа якост, която не е по-малка от тази на кабела.

В краищата на кабелната линия се монтират крайни съединители, а през всеки 1 — 1,5 км от линията — полуспирни съединители (предотвратяват свободната размяна на масло между съседни участъци от тръбопровода).

Предварително зададеното налягане на маслото в тръбопровода се поддържа от автоматично работещ блок, който захранва тръбопровода с масло, когато налягането спадне и премахва излишното масло, когато налягането се повиши.

В съединителите на маслонапълнени кабели се осъществява електрическото свързване на тоководещите проводници и свързването на маслените канали на кабела.

Сърцевините се свързват чрез пресоване, а непрекъснатостта на масления канал се осигурява от куха стоманена тръба (заваряване или спояване не се допуска поради наличието на масло).

Заземен щит (калайдисана медна оплетка) се прилага по цялата дължина на втулката, а отвън втулката е затворена в метален корпус.

Кабелна втулка на напълнен с масло кабел за високо напрежение

Кабелите в стоманен тръбопровод с газ под налягане се различават от предишния дизайн само по това, че вместо с минерално или синтетично масло, тръбопроводът се пълни със сгъстен инертен газ, обикновено азот при налягане от около 12-15 atm. Предимството на такива кабели е значително опростяване и намаляване на разходите на системата за подаване на линии.

Изолацията на кабелите е изложена не само на продължително излагане на индустриално честотно напрежение, но и на импулсно напрежение, тъй като кабелите са свързани директно към въздушни линии или към електрическо оборудване на отворени подстанции и разпределителни устройства, които възприемат ефектите атмосферни вълни. 

Силата на импулсите на напълнен с масло кабел е по-висока от тази на напълнен с газ кабел, независимо от стойностите на налягането на маслото или газа в тях. За всеки тип кабел, импулсното напрежение на разрушаване може да се увеличи чрез намаляване на дебелината на хартиените ленти, т.е. чрез намаляване на пролуките между тях. Напълнените с масло кабели или кабели под външно налягане на газ, при които празнините в изолацията са запълнени с импрегнираща смес, имат най-високите пробивни напрежения.

Напълнените с газ кабели за високо напрежение в подземен колектор (тунел) могат лесно да се преместват между кабелите, но този тип инсталация не изисква почти никаква поддръжка

Кабелните газопроводи с изолация с газ и масло с високо налягане вече са доказали своята техническа надеждност в продължение на няколко десетилетия, тъй като осигуряват изключителна безопасност при експлоатация и дори в случай на повреда, в допълнение към много добрите си характеристики на предаване.

Състоянието на изолацията на кабелните линии по време на работа се проверява чрез превантивни тестове, които дават възможност да се идентифицират груби нарушения на целостта на изолацията и дефекти в нея (фазово заземяване, прекъсвания на проводници и др.), Както и да се измери изолационното съпротивление, токовете на утечка, ъгъла на диелектрични загуби и др.

Трябва да се отбележи, че за изолация на кабелни линии превантивните тестове са единственият метод за откриване на дефектни петна в изолацията, тъй като кабелната линия е недостъпна за проверка и профилактичен ремонт. Следователно, превантивното изпитване на изолацията на кабелните линии трябва бързо да идентифицира дефекти в изолацията на кабелите и следователно да намали аварийността на мрежата.

В допълнение към статията — Siemens разработва газопреносна преносна линия

Новата линия е проектирана да предава до пет гигавата (GW) мощност на система. Федералното министерство на икономиката и енергетиката на Германия отпуска 3,78 милиона евро за този проект за развитие.

Електрически проводници с постоянен ток ще се основава на технологията на съществуващата газоизолирана преносна линия (TL), която се състои от две концентрични алуминиеви тръби. Смес от газове се използва като изолационна среда.Досега газоизолирани кабелни линии бяха достъпни само за променлив ток.

Разширяването на преносната мрежа е необходимо, ако 80 % от търсенето на електроенергия в Германия се задоволява от възобновяеми енергийни източници до 2050 г.

Генерирана електроенергия вятърни турбини в северната част на страната и край бреговете на Германия, ще трябва да бъдат транспортирани възможно най -ефективно до товарните центрове в южната част на Германия. DC предаването е най -подходящо за това поради ниските си електрически загуби в сравнение с AC предаването.

Развитието на мрежата с използване на високо напрежение с постоянен ток (HVDC), използващо въздушни преносни линии и газоизолирани преносни линии с постоянен ток, положени под земята в определени зони, може да бъде реализирано, като се използват значително по-малко ресурси от трифазната технология.

„Подземният пренос на постоянен ток е от съществено значение за преминаването на Германия към нова електроенергийна структура, тъй като нейното развитие първоначално ще се проведе в Германия. По -късно ще бъдат напълно възможни запитвания от други страни от ЕС или други страни по света. Във всеки случай, с развитието на газопреносна линия с постоянен ток, Германия ще играе водеща роля в проектирането на бъдещи преносни системи “, заяви Денис Имамович, отговорен за газопреносните преносни системи в Siemens Energy Management.