Design og bruk av olje- og gassfylte høyspentkabler

Underjordiske høyspentkabler har blitt brukt til å overføre elektrisitet i mange år og en rekke forskjellige teknologier har blitt utviklet gjennom årene.

Isolerte gass- og oljerørledninger har tekniske, miljømessige og operasjonelle egenskaper som gjør dem til et meget godt alternativ når det kreves høyspentoverføring på begrenset plass, for eksempel når det er umulig å bruke luftledninger.

Høyspentkabler i Spania for spenning 400 kV

Gass- og oljeisolerte overføringskabler (høytrykksgass- og oljekabler) er et trygt og fleksibelt alternativ til luftledninger og tar opp mye mindre plass samtidig som de gir samme kraftoverføring.

Siden de har liten eller ingen innvirkning på landskapet og deres minimale elektromagnetiske utslipp betyr at de kan brukes nær eller til og med i bygninger, kan olje- og gassfylte høyspentkabler vurderes for en lang rekke bruksområder.

Den magnetiske indikasjonen B som kan måles nær en slik struktur er svært lav, mye lavere enn for en tilsvarende luftledning. I en avstand på 5 meter fra rørene er det mindre enn 1 μT.

De er egnet for å gi videreføring av underjordiske luftledninger, koble kraftstasjoner til strømnettet eller som en kompakt måte å koble store industrianlegg til det generelle nettet.

Når den brukes i kabler med økt trykk, økes den dielektriske styrken til kabelisolasjonen betydelig, og dens tykkelse og følgelig kostnadene reduseres. Det økte trykket i olje- eller gassfylte kabler genereres inne i isolasjonen gjennom en hul kjerne eller andre ledninger langs kabelen og påføres utenfor isolasjonen dersom kabelen legges i et stålrør.

Bygging av kabelledning med høyspent gassfylte kabler

Gassfylte kabler bruker vannimplementert isolasjon med et utarmet lag, i laget som det er en inert gass under trykk, som har gode elektriske egenskaper og høy varmeledningsevne (nitrogen, SF6-gass, etc.). Ved å erstatte luften med nitrogen eller SF6-gass unngås oksidasjon av isolasjonen.

I henhold til størrelsen på trykket skilles kabler med lavt (0,7 - 1,5 atm), middels (opptil 3 atm) og høyt (12 - 15 atm) trykk. De to første kabeltypene er hovedsakelig laget av trefase for 10 — 35 kV, og høytrykkskablene — enfase for 110 — 330 kV.

Enkeltleder oljefylte kabler for 110 kV er laget med én oljeledende kanal i midten av hulkjernen, og for spenning 500 kV - med sentral kanal i kjernen og kanaler under beskyttelseskappen.

Trefaset oljefylt design

Økningen i trykk krever styrking av det beskyttende skallet ved å påføre forsterkende metallstrimler over det, som er beskyttet mot korrosjon av passende belegg, samt en rustning av galvaniserte ståltråder.

En stor ulempe med den moderne høyspentledningen laget med oljefylt kabel er behovet for svært kostbart og komplekst hjelpeutstyr, som: forsyningstanker, trykktanker, stopp, koblinger og endekoblinger.

Kompensasjon av endringer i volumene til impregneringsblandingen utføres ved hjelp av forsyningsanordninger bestående av forsyningstanker og en trykktank. Matetankene sørger for at en stor mengde olje mates inn eller ut av kabelen med liten trykkendring, og trykktanken opprettholder trykket i kabelen ved eventuell endring i oljevolum.

Oljen beveger seg langs kabelen langs den sentrale kanalen til den strømførende ledningen. Kabelledningen er delt opp ved å begrense gjennomføringer i separate sminkedeler.

Oljefylt kabels sterkeste konkurrent er trykksatt gasskabel. Sammenlignet med oljefylt høyspent gassfylt kabel krever den lavere ledningskonstruksjonskostnader, trenger ikke komplisert hjelpeutstyr, og er svært enkel både i installasjon og drift.

Installasjon av trefaseledning med gassfylte kabler

Hovedfordelen med gassfylte kabler sammenlignet med oljefylte kabler er enkelheten ved å forsyne kabelledningen med gass, muligheten for å legge kabelen på bratt skrånende og vertikale ruter.

Gassfylte kabler er mest brukt for spenning 10 — 35 kV.Ved spenninger på 110 kV og høyere har gassfylte kabler, sammenlignet med oljefylte, lavere impulsstyrke og høyere termisk motstand. Derfor brukes disse kablene sjelden i vårt land ved spenninger på 110 kV og over.

I europeiske land, tvert imot, brukes oljefylte kabler (Oil Filled Cable) sjeldnere enn gassfylte kabler (gassisolerte overføringslinjer, GIL).

Denne teknologien begynte å bli brukt i Europa omtrent på 70-tallet. Den er spesialdesignet for å gi muligheten til å grave ned høyspentnett i et urbant miljø. For tiden er det mange ferdigstilte prosjekter som bruker gassfylte kabler for spenninger opp til 500 kV.

Fordelen med gassfylte kabler er en relativt stor sikkerhetsmargin ved nødtrykkfall, som gjør at de ikke umiddelbart kan kobles fra når trykket faller.

Gassfylt kabeldesign

Kabler i stålrørledning under trykkolje er tre enlederkabler med papirisolasjon impregnert med mineral- eller syntetisk olje (uten blykappe), som ligger i en stålrørledning med trykkolje opp til 15 atm.

Vanligvis brukes mer viskøse oljer for å impregnere isolasjonen, og mindre viskøse oljer brukes til å fylle rørledningen. Slike kabelledninger i stålrørledninger med trykksatt olje brukes for spenninger på 110 — 220 kV.

Isolasjonen er dekket med en skjerm laget av metallisert papir eller perforerte kobberstrimler, som er påført et forseglingsbelegg - en polyetylenkappe som hindrer fuktighet i å komme inn i kabelen under transport.

To eller tre halvsirkulære bronse- eller kobbertråder påføres spiralformet på tetningsbelegget, som er designet for å lette trekkingen av kabelen inn i ledningen, i tillegg holder de fasene i en viss avstand fra hverandre, noe som forbedrer sirkulasjon av oljen og sikrer elektrisk kontakt av kabelskjermene med rørledningen.

Stålrøret, som opprettholder trykket i kabelen, er en pålitelig beskyttelse mot mekanisk skade. Oljetrykket på isolasjonen overføres gjennom polyetylenkappen.

Overhead til kabel overgang

Det svake punktet til en høyspentkabel er vanligvis kontaktene. En av hovedoppgavene i utviklingen av høyspentkabellinjer er å lage en kontakt som er praktisk for installasjon og har en elektrisk styrke som ikke er mindre enn kabelens.

Endekoblinger er installert i endene av kabelledningen, og semi-stop-koblinger er installert hver 1 - 1,5 km av linjen (de forhindrer fri utveksling av olje mellom tilstøtende deler av rørledningen).

Det forhåndsinnstilte oljetrykket i rørledningen opprettholdes av en automatisk opererende enhet som tilfører olje til rørledningen når trykket faller og fjerner overflødig olje når trykket stiger.

I kontaktene til oljefylte kabler skjer den elektriske koblingen av de strømførende ledningene og koblingen av ledningens oljekanaler.

Kjernene presses sammen og kontinuiteten til oljekanalen sikres av et hult stålrør (sveising eller lodding er ikke tillatt på grunn av tilstedeværelsen av olje).

En jordskjerm (fortinnet kobberfletting) påføres langs hele lengden av bøssingen, og utsiden av bøssingen er innelukket i et metallhus.

Kabelgjennomføring av oljefylt høyspentkabel

Kabler i en trykksatt gassstålrørledning skiller seg fra tidligere design bare ved at rørledningen i stedet for mineralsk eller syntetisk olje er fylt med en komprimert inertgass, vanligvis nitrogen ved et trykk på ca. 12-15 atm. Fordelen med slike kabler er en betydelig forenkling og kostnadsreduksjon av linjeforsyningssystemet.

Kabelisolasjon er ikke bare utsatt for kontinuerlig eksponering for industriell frekvensspenning, men også for impulsspenning, siden kablene er koblet direkte til luftledninger eller til elektrisk utstyr til åpne transformatorstasjoner og koblingsanlegg som oppfatter effektene. atmosfæriske bølger. 

Impulsstyrken til en oljefylt kabel er høyere enn for en gassfylt kabel, uavhengig av olje- eller gasstrykkverdiene i dem. For enhver type kabel kan impulsbruddspenningen økes ved å redusere tykkelsen på papirstrimlene, dvs. ved å redusere gapene mellom dem. Oljefylte kabler eller kabler under eksternt gasstrykk, hvor spaltene i isolasjonen er fylt med en impregneringsmasse, har de høyeste gjennomslagsspenningene.

Gassfylte høyspentkabler i en underjordisk manifold (tunnel) kan enkelt flyttes mellom kabler, men denne typen installasjon krever nesten ikke vedlikehold

Høytrykksgass- og oljeisolerte kabelrørledninger har allerede bevist sin tekniske pålitelighet i flere tiår, da de gir eksepsjonell sikkerhet i drift og til og med ved havari, i tillegg til deres meget gode overføringsegenskaper.

Tilstanden til isolasjonen til kabelledningene under drift kontrolleres gjennom forebyggende tester, som gjør det mulig å identifisere grove brudd på integriteten til isolasjonen og defekter i den (fasejording, ledningsbrudd, etc.), samt å måle isolasjonsmotstanden, lekkasjestrømmer, dielektrisk tapsvinkel, etc.

Det skal bemerkes at for isolering av kabellinjer er forebyggende tester den eneste metoden for å oppdage defekte flekker i isolasjonen, siden kabellinjen er utilgjengelig for inspeksjon og forebyggende reparasjon. Derfor bør forebyggende testing av isolasjon av kabellinjer raskt identifisere feil i isolasjon av kabler og derfor redusere nødsituasjonen i nettverket.

I tillegg til artikkelen — Siemens utvikler en gassoverføringslinje

Den nye linjen er designet for å overføre opptil fem gigawatt (GW) kraft per system. Tysklands forbundsdepartement for økonomi og energi gir 3,78 millioner euro til dette utviklingsprosjektet.

Likestrøms elektriske ledninger vil være basert på teknologien til den eksisterende gassisolerte overføringslinjen (TL), som består av to konsentriske aluminiumsrør. En blanding av gasser benyttes som isolasjonsmedium. Til nå var gassisolerte kabellinjer kun tilgjengelig for vekselstrøm.

Utvidelse av overføringsnettet er nødvendig dersom 80 % av Tysklands elektrisitetsbehov skal dekkes av fornybare energikilder innen 2050.

Elektrisitet generert vindturbiner i den nordlige delen av landet og langs kysten av Tyskland, vil måtte fraktes så effektivt som mulig til godssentrene i den sørlige delen av Tyskland.DC-overføring er best egnet for dette på grunn av dets lave elektriske tap sammenlignet med AC-overføring.

Nettverksutvikling ved bruk av høyspent likestrøm (HVDC) ved bruk av luftledninger og gassisolerte likestrømsledninger lagt under bakken i visse områder kan realiseres ved bruk av betydelig færre ressurser enn trefaseteknologi.

«Underjordisk likestrømsoverføring er avgjørende for Tysklands overgang til en ny elektrisitetsstruktur, ettersom utviklingen i første omgang vil finne sted i Tyskland. Senere vil henvendelser fra andre EU-land eller andre land rundt om i verden være fullt mulig. Uansett, med utviklingen av en likestrømsgasstransmisjonslinje, vil Tyskland spille en ledende rolle i utformingen av fremtidige transmisjonssystemer," sa Denis Imamovic, ansvarlig for gasstransmisjonssystemer hos Siemens Energy Management.