Design och applicering av olje- och gasfyllda högspänningskablar

Underjordiska högspänningskablar har använts för att överföra el i många år och en rad olika tekniker har utvecklats under åren.

Isolerade gas- och oljeledningar har tekniska, miljömässiga och driftsmässiga egenskaper som gör dem till ett mycket bra alternativ när högspänningsöverföring krävs i ett begränsat utrymme, till exempel när det är omöjligt att använda. luftledningar.

Högspänningskablar i Spanien för spänning 400 kV

Gas- och oljeisolerade transmissionskablar (högtrycksgas- och oljekablar) är ett säkert och flexibelt alternativ till luftledningar och tar mycket mindre plats samtidigt som de ger samma kraftöverföring.

Eftersom de har liten eller ingen inverkan på landskapet och deras minimala elektromagnetiska emissioner innebär att de kan användas nära eller till och med i byggnader, kan olje- och gasfyllda högspänningskablar övervägas för ett brett spektrum av tillämpningar.

Den magnetiska indikeringen B som kan mätas nära en sådan struktur är mycket låg, mycket lägre än för en ekvivalent luftledning. På ett avstånd av 5 meter från rören är det mindre än 1 μT.

De är lämpliga för att tillhandahålla fortsättningen av underjordiska luftledningar, ansluta kraftverk till elnätet eller som ett kompakt sätt att ansluta stora industrianläggningar till det allmänna nätet.

När den används i kablar med ökat tryck ökar den dielektriska styrkan hos kabelisoleringen avsevärt, och dess tjocklek och följaktligen kostnaderna minskas. Det ökade trycket i olje- eller gasfyllda kablar genereras inuti isoleringen genom en ihålig kärna eller andra ledningar längs kabeln och appliceras utanför isoleringen om kabeln placeras i ett stålrör.

Anläggning av en kabelledning med högspänningsgasfyllda kablar

Gasfyllda kablar använder vattenimplementerad isolering med ett utarmat skikt, i vilket skikt det finns en inert gas under tryck, som har goda elektriska egenskaper och hög värmeledningsförmåga (kväve, SF6-gas, etc.). Genom att ersätta luften med kväve eller SF6-gas undviks oxidation av isoleringen.

Beroende på storleken på trycket särskiljs kablar med lågt (0,7 — 1,5 atm), medium (upp till 3 atm) och högt (12 — 15 atm) tryck. De två första typerna av kablar är huvudsakligen gjorda av trefas för 10 — 35 kV, och högtryckskablarna — enfas för 110 — 330 kV.

Enledade oljefyllda kablar för 110 kV är gjorda med en oljeledande kanal i mitten av den ihåliga kärnan, och för spänning 500 kV - med en central kanal i kärnan och kanaler under skyddsmanteln.

Trefas oljefylld design

Tryckökningen kräver förstärkning av det skyddande skalet genom att applicera förstärkande metallremsor över det, som skyddas från korrosion med lämpliga beläggningar, samt en pansar av galvaniserade ståltrådar.

En stor nackdel med den moderna högspänningsledningen gjord med oljefylld kabel är behovet av mycket dyr och komplex hjälputrustning, såsom: försörjningstankar, trycktankar, stopp, kopplingar och ändkontakter.

Kompensation av förändringar i impregneringskompositionens volymer utförs med hjälp av tillförselanordningar bestående av förrådstankar och en trycktank. Matningstankarna säkerställer att en stor mängd olja matas in i eller ut ur kabeln med liten tryckförändring, och trycktanken upprätthåller trycket i kabeln vid eventuell förändring i oljevolymen.

Oljan rör sig längs kabeln längs den centrala kanalen i den strömförande ledningen. Kabelledningen är uppdelad genom begränsningsbussningar i separata sminkdelar.

Oljefylld kabels starkaste konkurrent är trycksatt gaskabel. Jämfört med oljefylld högspänningsgasfylld kabel kräver den lägre ledningskonstruktionskostnader, behöver ingen komplex hjälputrustning och är mycket enkel i både installation och drift.

Installation av trefasledning med gasfyllda kablar

Den största fördelen med gasfyllda kablar jämfört med oljefyllda kablar är enkelheten att förse kabelledningen med gas, möjligheten att lägga kabeln på brant lutande och vertikala sträckor.

Gasfyllda kablar används mest för spänning 10 — 35 kV.Vid spänningar på 110 kV och högre har gasfyllda kablar, jämfört med oljefyllda, lägre impulsstyrka och högre termiskt motstånd. Därför används dessa kablar sällan i vårt land vid spänningar på 110 kV och högre.

I europeiska länder, tvärtom, används oljefyllda kablar (Oil Filled Cable) mindre ofta än gasfyllda kablar (gasisolerade transmissionsledningar, GIL).

Denna teknik började tillämpas i Europa ungefär på 70-talet. Den är speciellt utformad för att ge möjligheten att gräva ner högspänningsnät i stadsmiljö. För närvarande finns det många avslutade projekt med gasfyllda kablar för spänningar upp till 500 kV.

Fördelen med gasfyllda kablar är en relativt stor säkerhetsmarginal vid nödtrycksfall, vilket gör att de inte direkt kan kopplas bort när trycket sjunker.

Gasfylld kabeldesign

Kablar i en stålrörledning under tryckolja är tre enkelkärniga kablar med pappersisolering impregnerade med mineral- eller syntetisk olja (utan blymantel), som ligger i en stålrörledning med tryckolja upp till 15 atm.

Vanligtvis används mer viskösa oljor för att impregnera isoleringen, och mindre trögflytande oljor används för att fylla rörledningen. Sådana kabelledningar i stålrörledningar med trycksatt olja används för spänningar på 110 — 220 kV.

Isoleringen är täckt med en skärm av metalliserat papper eller perforerade kopparremsor, på vilken en tätande beläggning appliceras - en polyetenmantel som förhindrar att fukt kommer in i kabeln under transport.

Två eller tre halvcirkulära brons- eller koppartrådar appliceras spiralformigt på tätningsbeläggningen, som är utformade för att underlätta indragningen av kabeln i ledningen, dessutom håller de faserna på ett visst avstånd från varandra, vilket förbättrar cirkulation av oljan och säkerställer elektrisk kontakt mellan kabelskärmarna och rörledningen.

Stålröret, som upprätthåller trycket i kabeln, är ett pålitligt skydd mot mekanisk skada. Oljetrycket på isoleringen överförs genom polyetenhöljet.

Overhead till kabelövergång

Den svaga punkten hos en högspänningskabel är vanligtvis kontakterna. En av huvuduppgifterna vid utvecklingen av högspänningskabellinjer är skapandet av en kontakt som är bekväm för installation och har en elektrisk styrka som inte är mindre än kabelns.

Ändkontakter är installerade i ändarna av kabelledningen, och semi-stop-kontakter installeras var 1 - 1,5 km av linjen (de förhindrar fritt utbyte av olja mellan intilliggande sektioner av rörledningen).

Det förinställda oljetrycket i rörledningen upprätthålls av en automatiskt fungerande enhet som tillför olja till rörledningen när trycket sjunker och tar bort överskottsolja när trycket stiger.

I kontakterna på oljefyllda kablar sker den elektriska anslutningen av de strömförande ledningarna och anslutningen av kabelns oljekanaler.

Kärnorna pressas samman och oljekanalens kontinuitet säkerställs av ett ihåligt stålrör (svetsning eller hårdlödning är inte tillåten på grund av förekomsten av olja).

En jordskärm (förtennad kopparfläta) appliceras längs bussningens hela längd, och utsidan av bussningen är innesluten i ett metallhölje.

Kabelgenomföring av oljefylld högspänningskabel

Kablar i en trycksatt gasstålrörledning skiljer sig från den tidigare designen endast genom att i stället för mineralolja eller syntetisk olja fylls rörledningen med en komprimerad inert gas, vanligtvis kväve vid ett tryck på cirka 12-15 atm. Fördelen med sådana kablar är en betydande förenkling och kostnadsreduktion av linjeförsörjningssystemet.

Kabelisolering utsätts inte bara för kontinuerlig exponering för industriell frekvensspänning, utan också för impulsspänning, eftersom kablarna är anslutna direkt till luftledningar eller till elektrisk utrustning i öppna transformatorstationer och ställverk som uppfattar effekterna atmosfäriska vågor. 

Impulsstyrkan för en oljefylld kabel är högre än för en gasfylld kabel, oavsett olje- eller gastrycksvärdena i dem. För vilken typ av kabel som helst kan impulsbrytningsspänningen ökas genom att minska pappersremsornas tjocklek, d.v.s. genom att minska klyftorna mellan dem. Oljefyllda kablar eller kablar under externt gastryck, där luckorna i isoleringen är fyllda med en impregneringsmassa, har de högsta genombrottsspänningarna.

Gasfyllda högspänningskablar i ett underjordiskt grenrör (tunnel) kan enkelt flyttas mellan kablar, men denna typ av installation kräver nästan inget underhåll

Högtrycksgas- och oljeisolerade kabelrörledningar har redan bevisat sin tekniska tillförlitlighet i flera decennier, eftersom de ger exceptionell säkerhet i drift och även vid haverier, förutom sina mycket goda transmissionsegenskaper.

Tillståndet för isoleringen av kabelledningarna under drift kontrolleras genom förebyggande tester, som gör det möjligt att identifiera grova kränkningar av isoleringens integritet och defekter i den (fasjordning, ledningsbrott, etc.), samt att mät isolationsresistans, läckströmmar, dielektrisk förlustvinkel, etc.

Det bör noteras att för isolering av kabelledningar är förebyggande tester den enda metoden för att upptäcka defekta punkter i isoleringen, eftersom kabelledningen är otillgänglig för inspektion och förebyggande reparation. Därför bör förebyggande testning av isoleringen av kabelledningar snabbt identifiera defekter i isoleringen av kablar och därför minska nödsituationen i nätverket.

Förutom artikeln — Siemens utvecklar en gasledning

Den nya linjen är designad för att överföra upp till fem gigawatt (GW) effekt per system. Tysklands förbundsministerium för ekonomi och energi beviljar 3,78 miljoner euro för detta utvecklingsprojekt.

Likströms elektriska ledningar kommer att baseras på tekniken för den befintliga gasisolerade transmissionsledningen (TL), som består av två koncentriska aluminiumrör. En blandning av gaser används som isoleringsmedium, hittills fanns gasisolerade kabelledningar endast tillgängliga för växelström.

En utbyggnad av transmissionsnätet är nödvändig om 80 % av Tysklands elbehov ska tillgodoses med förnybara energikällor till 2050.

El genererad vindturbiner i den norra delen av landet och längs Tysklands kust, kommer att behöva transporteras så effektivt som möjligt till godscentralerna i södra Tyskland.DC-överföring är bäst lämpad för detta på grund av dess låga elektriska förluster jämfört med AC-överföring.

Nätutveckling med hjälp av högspänningslikström (HVDC) med luftledningar och gasisolerade likströmsledningar nedlagda under jord i vissa områden kan realiseras med betydligt mindre resurser än trefasteknik.

"Underjordisk likströmsöverföring är avgörande för Tysklands övergång till en ny elstruktur, eftersom utvecklingen till en början kommer att ske i Tyskland. Senare kommer förfrågningar från andra EU-länder eller andra länder runt om i världen att vara fullt möjliga. I vilket fall som helst, med utvecklingen av en likströmsgasöverföringsledning kommer Tyskland att spela en ledande roll i utformningen av framtida överföringssystem", säger Denis Imamovic, ansvarig för gasöverföringssystem på Siemens Energy Management.