Пројектовање и примена високонапонских каблова пуњених нафтом и гасом

Подземни високонапонски каблови су коришћени за пренос електричне енергије дуги низ година и током година је развијен низ различитих технологија.

Изоловани гасоводи и нафтоводи имају техничке, еколошке и оперативне карактеристике које их чине веома добром алтернативом када је потребан пренос високог напона у ограниченом простору, на пример када је немогуће користити надземних далековода.

Високонапонски каблови у Шпанији за напон 400 кВ

Преносни каблови изоловани гасом и уљем (каблови за гас и уље високог притиска) су сигурна и флексибилна алтернатива надземним водовима и заузимају много мање простора док обезбеђују исти пренос енергије.

Како имају мали или никакав утицај на пејзаж и њихове минималне електромагнетне емисије значе да се могу користити у близини или чак у зградама, високонапонски каблови пуњени нафтом и гасом могу се узети у обзир за широк спектар примена.

Магнетна индикација Б која се може измерити у близини такве структуре је веома ниска, много нижа него за еквивалентни надземни вод. На удаљености од 5 метара од цеви то је мање од 1 μТ.

Погодни су за обезбеђивање наставка подземних надземних водова, повезивање електрана на електроенергетску мрежу или као компактан начин повезивања великих индустријских постројења на општу мрежу.

Када се користи у кабловима са повећаним притиском, диелектрична чврстоћа изолације кабла се значајно повећава, а његова дебљина и, сходно томе, смањују се трошкови. Повећани притисак у кабловима пуњеним уљем или гасом се ствара унутар изолације кроз шупље језгро или друге водове дуж кабла и примењује се изван изолације ако је кабл постављен у челични цев.

Изградња кабловске линије са високонапонским гасом пуњеним кабловима

Каблови пуњени гасом користе изолацију од воде са осиромашеним слојем, у чијем слоју се налази инертни гас под притиском, који има добре електричне карактеристике и високу топлотну проводљивост (азот, гас СФ6, итд.). Замена ваздуха са азотом или гасом СФ6 избегава оксидацију изолације.

Према величини притиска разликују се каблови са ниским (0,7—1,5 атм), средњим (до 3 атм) и високим (12—15 атм) притиском. Прва два типа каблова су углавном трофазни за 10 — 35 кВ, а каблови високог притиска — једнофазни за 110 — 330 кВ.

Једножилни каблови пуњени уљем за 110 кВ израђују се са једним уљним каналом у центру шупљег језгра, а за напон 500 кВ - са централним каналом у језгру и каналима испод заштитног омотача.

Трофазни дизајн пуњен уљем

Повећање притиска захтева јачање заштитног омотача наношењем преко њега арматурних металних трака које су од корозије заштићене одговарајућим премазима, као и оклопом од поцинкованих челичних жица.

Највећи недостатак савременог високонапонског вода од кабла пуњеног уљем је потреба за веома скупом и сложеном помоћном опремом, као што су: резервоари за напајање, резервоари под притиском, граничници, спојнице и крајњи конектори.

Компензација промена у запремини импрегнирајуће композиције врши се помоћу уређаја за напајање који се састоје од резервоара за напајање и резервоара под притиском. Напојни резервоари обезбеђују да се велика количина уља доводи у или из кабла са малом променом притиска, а резервоар под притиском одржава притисак у каблу са било којом променом запремине уља.

Уље се креће дуж кабла дуж централног канала жице која носи струју. Кабловска линија је подељена граничним чаурама на засебне делове за надокнаду.

Најјачи конкурент кабла пуњеног уљем је кабл за гас под притиском. У поређењу са високонапонским каблом пуњеним уљем, захтева ниже трошкове изградње водова, не захтева сложену помоћну опрему и веома је једноставан за инсталацију и рад.

Постављање трофазног вода са кабловима пуњеним гасом

Главна предност каблова пуњених гасом у односу на каблове пуњене уљем је једноставност снабдевања кабловске линије гасом, могућност полагања кабла на стрмо нагнутим и вертикалним трасама.

Каблови пуњени гасом се највише користе за напон 10 — 35 кВ.При напону од 110 кВ и више каблови пуњени гасом, у поређењу са уљем, имају мању импулсну снагу и већу топлотну отпорност. Због тога се ови каблови код нас ретко користе на напонима од 110 кВ и више.

У европским земљама, напротив, каблови пуњени уљем (Оил Филлед Цабле) се користе ређе него каблови пуњени гасом (гас-изоловани далеководи, ГИЛ).

Ова технологија је почела да се примењује у Европи отприлике 70-их година. Посебно је дизајниран да обезбеди могућност закопавања високонапонских мрежа у урбаном окружењу. Тренутно постоји много завршених пројеката који користе каблове пуњене гасом за напоне до 500 кВ.

Предност каблова пуњених гасом је релативно велика граница сигурности у случају хитног пада притиска, што омогућава да се не искључују одмах када притисак падне.

Дизајн каблова испуњених гасом

Каблови у челичном цевоводу под притиском уља су три једножилна кабла са папирном изолацијом импрегнирана минералним или синтетичким уљем (без оловног омотача), који се налазе у челичном цевоводу са уљем под притиском до 15 атм.

Типично, вискознија уља се користе за импрегнацију изолације, а мање вискозна уља се користе за пуњење цевовода. Такви кабловски водови у челичним цевоводима са уљем под притиском користе се за напоне од 110 — 220 кВ.

Изолација је прекривена екраном од метализованог папира или перфорираних бакарних трака, на које се наноси заптивни премаз - полиетиленски омотач који спречава улазак влаге у кабл током транспорта.

На заптивни премаз спирално се наносе две или три полукружне бронзане или бакарне жице, које су дизајниране да олакшају увлачење кабла у цев, поред тога држе фазе на одређеном растојању једна од друге, чиме се побољшава циркулацију уља и обезбеђује електрични контакт кабловских екрана са цевоводом.

Челична цев, која одржава притисак у каблу, је поуздана заштита од механичких оштећења. Притисак уља на изолацију се преноси кроз полиетиленски омотач.

Прелазак изнад главе на кабл

Слаба тачка високонапонског кабла су обично конектори. Један од главних задатака у развоју високонапонских кабловских водова је стварање конектора који је погодан за уградњу и има електричну снагу која није мања од кабла.

Крајњи конектори се постављају на крајевима кабловске линије, а полузауставни конектори се постављају на сваких 1 — 1,5 км водова (спречавају слободну размену уља између суседних делова цевовода).

Унапред подешени притисак уља у цевоводу одржава се помоћу јединице која аутоматски ради и која снабдева уље у цевовод када притисак падне и уклања вишак уља када притисак расте.

У конекторима каблова напуњених уљем одвија се електрична веза струјних жица и спајање уљних канала кабла.

Језгра су притиснута заједно и континуитет канала за уље је обезбеђен шупљом челичном цеви (заваривање или лемљење није дозвољено због присуства уља).

Уземљени штит (оплет од покалајног бакра) је постављен по целој дужини чауре, а спољашња страна чауре је затворена у метално кућиште.

Кабловска чаура високонапонског кабла пуњеног уљем

Каблови у челичном цевоводу за гас под притиском разликују се од претходног дизајна само по томе што се уместо минералног или синтетичког уља цевовод пуни компримованим инертним гасом, обично азотом под притиском од око 12-15 атм. Предност оваквих каблова је значајно поједностављење и смањење трошкова система водоснабдевања.

Изолација каблова је изложена не само сталном излагању напону индустријске фреквенције, већ и импулсном напону, јер су каблови повезани директно на надземне водове или на електричну опрему отворених трафостаница и расклопних уређаја који перципирају ефекте. атмосферски таласи. 

Импулсна јачина кабла пуњеног уљем је већа од снаге кабла пуњеног гасом, без обзира на вредности притиска уља или гаса у њима. За било коју врсту кабла, импулсни пробојни напон се може повећати смањењем дебљине папирних трака, тј. смањењем размака између њих. Највећи пробојни напони имају каблови пуњени уљем или каблови под спољним притиском гаса, где су празнине у изолацији попуњене импрегнационом масом.

Високонапонски каблови пуњени гасом у подземном разводнику (тунелу) могу се лако померати између каблова, али ова врста инсталације не захтева скоро никакво одржавање

Гасоводи високог притиска и нафтом изоловани су већ неколико деценија доказали своју техничку поузданост, јер поред веома добрих преносних карактеристика пружају изузетну сигурност у експлоатацији, па и у случају квара.

Стање изолације кабловских водова у току рада проверава се превентивним тестовима, који омогућавају да се идентификују груба кршења интегритета изолације и недостатака у њој (фазно уземљење, прекиди жица, итд.), као и измерите отпор изолације, струје цурења, угао диелектричног губитка итд.

Треба напоменути да су за изолацију кабловских водова превентивна испитивања једини метод откривања неисправних места у изолацији, пошто је кабловска линија недоступна за преглед и превентивну поправку. Стога превентивно испитивање изолације кабловских водова треба брзо да идентификује недостатке у изолацији каблова и самим тим смањи хаварију мреже.

Поред чланка - Сиеменс развија далековод за гас

Нова линија је дизајнирана да преноси до пет гигавата (ГВ) снаге по систему. Немачко савезно министарство за економију и енергетику даје 3,78 милиона евра за овај развојни пројекат.

Електричне жице једносмерне струје биће заснован на технологији постојећег гасно изолованог далековода (ТЛ) који се састоји од две концентричне алуминијумске цеви. Као изолациони медијум се користи мешавина гасова.До сада су кабловски водови изоловани гасом били доступни само за наизменичну струју.

Проширење преносне мреже је неопходно ако се до 2050. године 80% немачке потражње за електричном енергијом жели задовољити из обновљивих извора енергије.

Произведена електрична енергија ветрењаче у северном делу земље и дуж обале Немачке, мораће да се што ефикасније транспортује до теретних центара у јужном делу Немачке.ДЦ пренос је најпогоднији за ово због малих електричних губитака у поређењу са преносом наизменичне струје.

Развој мреже коришћењем високонапонске једносмерне струје (ХВДЦ) коришћењем надземних далековода и гасом изолованих једносмерних далековода положених под земљом у одређеним областима може се реализовати коришћењем знатно мање ресурса од трофазне технологије.

„Подземни пренос једносмерне струје је од суштинског значаја за прелазак Немачке на нову електроенергетску структуру, пошто ће се њен развој у почетку одвијати у Немачкој. Касније ће упити из других земаља ЕУ или других земаља широм света бити сасвим могући. У сваком случају, са развојем далековода једносмерне струје, Немачка ће играти водећу улогу у пројектовању будућих преносних система“, рекао је Денис Имамовић, одговоран за системе преноса гаса у Сиеменс Енерги Манагемент.