Õli ja gaasiga täidetud kõrgepingekaablite projekteerimine ja paigaldamine

Maa-aluseid kõrgepingekaableid on elektri edastamiseks kasutatud juba aastaid ning aastate jooksul on välja töötatud mitmeid erinevaid tehnoloogiaid.

Isoleeritud gaasi- ja naftajuhtmetel on tehnilised, keskkonna- ja tööomadused, mis muudavad need väga heaks alternatiiviks, kui kõrgepinge edastamine on vajalik piiratud ruumis, näiteks kui seda ei ole võimalik kasutada õhuliinid.

Kõrgepingekaablid Hispaanias pingele 400 kV

Gaasi- ja õliisolatsiooniga ülekandekaablid (kõrgsurvegaasi- ja õlikaablid) on ohutu ja paindlik alternatiiv õhuliinidele ning võtavad palju vähem ruumi, pakkudes sama jõuülekande.

Kuna need mõjutavad maastikku vähe või üldse mitte ning nende minimaalne elektromagnetiline emissioon tähendab, et neid saab kasutada hoonete läheduses või isegi hoonetes, võib nafta- ja gaasitäidisega kõrgepingekaablite kasutamist kaaluda paljudes rakendustes.

Sellise konstruktsiooni lähedal mõõdetav magnetnäit B on väga madal, palju madalam kui samaväärse õhuliini puhul. 5 meetri kaugusel torudest on see alla 1 μT.

Need sobivad maa-aluste õhuliinide jätkamiseks, elektrijaamade ühendamiseks elektrivõrguga või kompaktseks viisiks suurte tööstusettevõtete ühendamiseks üldvõrguga.

Suurenenud rõhuga kaablites kasutamisel suureneb kaabli isolatsiooni dielektriline tugevus oluliselt ning selle paksus ja vastavalt vähenevad kulud. Suurenenud rõhk õli- või gaasitäidisega kaablites tekib isolatsiooni sees läbi õõnessüdamiku või muude kaablikanalite ning rakendatakse isolatsioonist väljapoole, kui kaabel asetatakse terastorusse.

Kõrgepinge gaasitäitega kaablitega kaabelliini ehitamine

Gaasitäidisega kaablites kasutatakse tühjendatud kihiga vettisolatsiooni, mille kihis on rõhu all olev inertgaas, millel on head elektrilised omadused ja kõrge soojusjuhtivus (lämmastik, SF6 gaas jne). Õhu asendamine lämmastiku või SF6 gaasiga väldib isolatsiooni oksüdeerumist.

Rõhu suuruse järgi eristatakse madala (0,7–1,5 atm), keskmise (kuni 3 atm) ja kõrge (12–15 atm) rõhuga kaableid. Kaks esimest tüüpi kaableid on peamiselt valmistatud kolmefaasilistest 10–35 kV ja kõrgsurvekaablid – ühefaasilistest 110–330 kV jaoks.

Ühesoonelised õliga täidetud kaablid 110 kV jaoks on valmistatud ühe õli juhtiva kanaliga õõnessüdamiku keskel ja pingele 500 kV - südamiku keskkanaliga ja kaitsekesta all olevate kanalitega.

Kolmefaasiline õliga täidetud disain

Rõhu tõus nõuab kaitsekesta tugevdamist, kandes selle peale tugevdavaid metallribasid, mis on korrosiooni eest kaitstud sobivate katetega, samuti tsingitud terastraadist soomust.

Moodsa õliga täidetud kaabliga valmistatud kõrgepingeliini suureks puuduseks on vajadus väga kallite ja keerukate abiseadmete järele, nagu: toitepaagid, survepaagid, stopper, liitmikud ja otsaühendused.

Impregneerimiskompositsiooni mahtude muutuste kompenseerimine toimub toitepaakidest ja survepaagist koosnevate toiteseadmete abil. Toitepaagid tagavad suure koguse õli söötmise kaablisse või sellest välja vähese rõhumuutusega ning survepaak hoiab rõhku kaablis igasuguse õlimahu muutumise korral.

Õli liigub mööda kaablit mööda voolu juhtiva juhtme keskkanalit. Kaabliliin on jaotatud piiravate läbiviikude abil eraldiseisvateks osadeks.

Õliga täidetud kaabli tugevaim konkurent on survegaasikaabel. Võrreldes õliga täidetud kõrgepinge gaasiga täidetud kaabliga nõuab see madalamaid liiniehituskulusid, ei vaja keerulisi abiseadmeid ning on väga lihtne nii paigaldamisel kui kasutamisel.

Kolmefaasilise liini paigaldamine gaasiga täidetud kaablitega

Gaasiga täidetud kaablite peamine eelis võrreldes õliga täidetud kaablitega on kaabelliini gaasiga varustamise lihtsus, kaabli paigaldamise võimalus järsu kaldega ja vertikaalsetele teedele.

Gaasitäitega kaableid kasutatakse enim pinge 10 — 35 kV jaoks.Pingetel 110 kV ja kõrgemal on gaasiga täidetud kaablitel võrreldes õliga täidetud kaablitel väiksem impulsitugevus ja suurem soojustakistus. Seetõttu kasutatakse neid kaableid meie riigis 110 kV ja kõrgemal pingel harva.

Euroopa riikides, vastupidi, kasutatakse õliga täidetud kaableid (Oil Filled Cable) harvemini kui gaasiga täidetud kaableid (gaasisolatsiooniga ülekandeliinid, GIL).

Seda tehnoloogiat hakati Euroopas kasutama umbes 70ndatel. See on spetsiaalselt loodud pakkuma kõrgepingevõrkude matmise võimalust linnakeskkonda. Praegu on lõpule viidud palju projekte, milles kasutatakse gaasiga täidetud kaableid pingele kuni 500 kV.

Gaasiga täidetud kaablite eeliseks on suhteliselt suur ohutusvaru avariilise rõhulanguse korral, mis võimaldab neid rõhu langemisel koheselt lahti ühendada.

Gaasiga täidetud kaabli disain

Surveõli all oleva terastorustiku kaablid on kolm ühesoonelist mineraal- või sünteetilise õliga immutatud paberisolatsiooniga (ilma pliikatteta) kaablit, mis paiknevad kuni 15 atm surveõliga terastorustikus.

Tavaliselt kasutatakse isolatsiooni immutamiseks viskoossemaid õlisid ja torujuhtme täitmiseks vähem viskoosseid õlisid. Selliseid surveõliga terastorustike kaabliliine kasutatakse pingetel 110–220 kV.

Isolatsioon on kaetud metalliseeritud paberist või perforeeritud vaskribadest ekraaniga, millele kantakse tihenduskate - polüetüleenkest, mis ei lase transportimisel niiskust kaablisse siseneda.

Tihenduskattele kantakse spiraalselt kaks või kolm poolringikujulist pronks- või vasktraati, mis on mõeldud kaabli torusse tõmbamise hõlbustamiseks, lisaks hoiavad need faasid üksteisest teatud kaugusel, mis parandab õli tsirkulatsiooni ja tagab kaabliekraanide elektrilise kontakti torustikuga.

Terastoru, mis hoiab kaablis rõhku, on usaldusväärne kaitse mehaaniliste kahjustuste eest. Õlirõhk isolatsioonile kantakse läbi polüetüleenkesta.

Üleminek õhuliinist kaablile

Kõrgepingekaabli nõrk koht on tavaliselt pistikud. Kõrgepingekaabliliinide arendamise üks peamisi ülesandeid on paigaldamiseks mugava pistiku loomine, mille elektriline tugevus ei ole väiksem kui kaabli oma.

Kaabliliini otstesse paigaldatakse otsaliitmikud ja iga 1–1,5 km liini järel poolstoppühendused (need takistavad õli vaba vahetust torujuhtme külgnevate lõikude vahel).

Eelseadistatud õlirõhku torustikus hoiab automaatselt töötav seade, mis varustab torustikku õliga, kui rõhk langeb, ja eemaldab liigse õli rõhu tõustes.

Õliga täidetud kaablite pistikutes toimub voolu juhtivate juhtmete elektriühendus ja kaabli õlikanalite ühendamine.

Südamikud pressitakse kokku ja õlikanali järjepidevuse tagab õõnes terastoru (keevitamine ega kõvajoodisjootmine pole õli olemasolu tõttu lubatud).

Kogu läbiviigu pikkuses kantakse lihvitud kilp (tinatatud vaskpunutis) ja puksi väliskülg on ümbritsetud metallkorpusega.

Õliga täidetud kõrgepingekaabli kaablipuks

Survegaasi terastorustiku kaablid erinevad varasemast konstruktsioonist vaid selle poolest, et mineraal- või sünteetilise õli asemel täidetakse torustik kokkusurutud inertgaasiga, tavaliselt lämmastikuga rõhul umbes 12-15 atm. Selliste kaablite eeliseks on liinitoitesüsteemi oluline lihtsustamine ja kulude vähendamine.

Kaabli isolatsioon on avatud mitte ainult pidevale kokkupuutele tööstusliku sagedusega pingega, vaid ka impulsspingega, kuna kaablid on ühendatud otse õhuliinidega või avatud alajaamade ja jaotusseadmete elektriseadmetega, mis tajuvad mõjusid. atmosfääri lained. 

Õliga täidetud kaabli impulsitugevus on suurem kui gaasiga täidetud kaablil, olenemata nende õli- või gaasirõhu väärtustest. Igat tüüpi kaabli puhul saab impulsi läbilöögipinget tõsta paberiribade paksuse vähendamisega, s.t. vähendades nendevahelisi vahesid. Suurima läbilöögipingega on õliga täidetud kaablid või välise gaasirõhu all olevad kaablid, kus isolatsiooni vahed on täidetud immutusseguga.

Maa-aluses kollektoris (tunnelis) olevaid gaasiga täidetud kõrgepingekaableid saab hõlpsasti kaablite vahel liigutada, kuid seda tüüpi paigaldus ei vaja peaaegu üldse hooldust

Kõrgsurvega gaasi- ja õliisolatsiooniga kaabeltorustikud on juba mitukümmend aastat tõestanud oma tehnilist töökindlust, kuna tagavad lisaks väga headele ülekandeomadustele erakordse ohutuse nii töötamisel kui ka rikke korral.

Kaabliliinide isolatsiooni seisukorda töö ajal kontrollitakse ennetavate testidega, mis võimaldavad tuvastada isolatsiooni terviklikkuse jämedaid rikkumisi ja selle defekte (faasimaandus, juhtmete katkemine jne), samuti mõõta isolatsioonitakistust, lekkevoolusid, dielektrilise kadu nurka jne.

Tuleb märkida, et kaabelliinide isolatsiooni puhul on ennetavad katsed ainus meetod isolatsiooni defektsete kohtade tuvastamiseks, kuna kaabelliinile ei pääse kontrollimiseks ja ennetavaks remondiks. Seetõttu peaks kaabelliinide isolatsiooni ennetav testimine kiiresti tuvastama kaablite isolatsiooni defektid ja vähendama seega võrgu hädaolukorda.

Lisaks artiklile — Siemens arendab gaasiülekandeliini

Uus liin on mõeldud kuni viie gigavatti (GW) võimsuse edastamiseks süsteemi kohta. Saksamaa föderaalne majandus- ja energeetikaministeerium eraldab selle arendusprojekti jaoks 3,78 miljonit eurot.

Alalisvoolu elektrijuhtmed hakkab põhinema olemasoleva gaasiisolatsiooniga ülekandeliini (TL) tehnoloogial, mis koosneb kahest kontsentrilisest alumiiniumtorust. Isolatsioonikeskkonnana kasutatakse gaaside segu.Seni olid gaasiisolatsiooniga kaabelliinid saadaval ainult vahelduvvoolu jaoks.

Põhivõrgu laiendamine on vajalik, kui 2050. aastaks tahetakse katta 80% Saksamaa elektrivajadusest taastuvatest energiaallikatest.

Toodetud elekter tuuleturbiinid riigi põhjaosas ja piki Saksamaa rannikut, tuleb transportida võimalikult tõhusalt Saksamaa lõunaosas asuvatesse kaubaveokeskustesse.Alalisvooluülekanne sobib selleks kõige paremini, kuna sellel on vahelduvvooluülekandega võrreldes madalad elektrikadud.

Võrgu arendamine kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) abil, kasutades teatud piirkondades maa alla paigutatud õhuliine ja gaasiisolatsiooniga alalisvoolu ülekandeliine, saab realiseerida oluliselt vähemate ressurssidega kui kolmefaasiline tehnoloogia.

„Saksamaa üleminekuks uuele elektristruktuurile on maa-alune alalisvoolu ülekanne hädavajalik, kuna selle väljatöötamine toimub esialgu Saksamaal. Hiljem on täiesti võimalik esitada päringuid ka teistest ELi riikidest või teistest maailma riikidest. Igal juhul on Saksamaal alalisvoolugaasi ülekandeliini arendamisega tulevaste ülekandesüsteemide projekteerimisel juhtiv roll,“ ütles Siemens Energy Managementi gaasi ülekandesüsteemide eest vastutav Denis Imamovic.