Petrol ve gaz dolgulu yüksek gerilim kablolarının tasarımı ve uygulaması

Yeraltı yüksek gerilim kabloları uzun yıllardır elektriği iletmek için kullanılmış ve yıllar içinde bir takım farklı teknolojiler geliştirilmiştir.

Yalıtımlı gaz ve petrol boru hatları, sınırlı bir alanda yüksek gerilim iletimi gerektiğinde, örneğin kullanılması imkansız olduğunda, onları çok iyi bir alternatif haline getiren teknik, çevresel ve operasyonel özelliklere sahiptir. havai enerji hatları.

İspanya'da 400 kV gerilim için yüksek gerilim kabloları

Gaz ve yağ izoleli iletim kabloları (yüksek basınçlı gaz ve yağ kabloları) havai hatlara göre güvenli ve esnek bir alternatiftir ve aynı güç iletimini sağlarken çok daha az yer kaplar.

Peyzaj üzerinde çok az etkisi olduğu veya hiç etkisi olmadığı ve minimum elektromanyetik emisyonları, binaların yakınında ve hatta binalarda kullanılabileceği anlamına geldiğinden, petrol ve gaz dolgulu yüksek gerilim kabloları çok çeşitli uygulamalar için düşünülebilir.

Böyle bir yapının yakınında ölçülebilen manyetik gösterge B çok düşüktür, eşdeğer bir havai hattan çok daha düşüktür. Borulardan 5 metre mesafede 1 μT'den azdır.

Yeraltı havai hatların devamını sağlamak, elektrik santrallerini elektrik şebekesine bağlamak veya büyük endüstriyel tesisleri genel şebekeye bağlamak için kompakt bir yol olarak uygundurlar.

Arttırılmış basınca sahip kablolarda kullanıldığında, kablo yalıtımının dielektrik dayanımı önemli ölçüde artar ve kalınlığı ve buna bağlı olarak maliyetler azalır. Yağ veya gazla doldurulmuş kablolardaki artan basınç, kablo boyunca içi boş bir çekirdek veya diğer kanallar yoluyla yalıtımın içinde üretilir ve kablo bir çelik boruya yerleştirilirse yalıtımın dışına uygulanır.

Yüksek voltajlı gaz dolu kablolarla bir kablo hattının inşası

Gazla doldurulmuş kablolar, katmanında iyi elektriksel özelliklere ve yüksek termal iletkenliğe (azot, SF6 gazı, vb.) sahip basınç altında inert bir gaz bulunan, tükenmiş bir katmana sahip suyla uygulanan yalıtım kullanır. Havanın nitrojen veya SF6 gazı ile değiştirilmesi, yalıtımın oksidasyonunu önler.

Basıncın büyüklüğüne göre, kablolar düşük (0,7 - 1,5 atm), orta (3 atm'ye kadar) ve yüksek (12 - 15 atm) basınçla ayırt edilir. İlk iki tip kablo, esas olarak 10 - 35 kV için üç fazlı ve 110 - 330 kV için tek fazlı yüksek basınçlı kablolardan yapılmıştır.

110 kV için tek damarlı yağ dolgulu kablolar, içi boş çekirdeğin ortasında bir yağ ileten kanal ve 500 kV voltaj için - çekirdekte merkezi bir kanal ve koruyucu kılıfın altındaki kanallar ile yapılır.

Üç fazlı yağ dolu tasarım

Basınçtaki artış, üzerine uygun kaplamalarla korozyona karşı korunan takviye edici metal şeritlerin yanı sıra galvanizli çelik tellerden oluşan bir zırh uygulanarak koruyucu kabuğun güçlendirilmesini gerektirir.

Yağ dolu kabloyla yapılan modern yüksek gerilim hattının önemli bir dezavantajı, besleme tankları, basınçlı tanklar, durdurucular, kuplörler ve uç konektörler gibi çok pahalı ve karmaşık yardımcı ekipmanlara ihtiyaç duyulmasıdır.

Emprenye bileşiminin hacimlerindeki değişikliklerin telafisi, besleme tankları ve bir basınç tankından oluşan besleme cihazları kullanılarak gerçekleştirilir. Besleme tankları, basınçta çok az değişiklikle büyük miktarda yağın kablonun içine veya dışına beslenmesini sağlar ve basınç tankı, yağ hacmindeki herhangi bir değişiklikle kablodaki basıncı korur.

Yağ, akım taşıyan telin merkezi kanalı boyunca kablo boyunca hareket eder. Kablo hattı, sınırlayıcı burçlarla ayrı makyaj parçalarına bölünür.

Yağlı kablonun en güçlü rakibi basınçlı gaz kablosudur. Yağ dolgulu yüksek gerilim gaz dolgulu kabloya göre daha düşük hat yapım maliyeti gerektirir, karmaşık yardımcı ekipmanlara ihtiyaç duymaz, hem kurulumu hem de çalıştırması çok basittir.

Gaz dolu kablolarla üç fazlı bir hattın montajı

Gaz dolgulu kabloların yağ dolgulu kablolara göre en büyük avantajı, kablo hattına gaz beslemesinin basit olması, dik eğimli ve dikey güzergahlarda kablo döşenebilmesidir.

Gazla doldurulmuş kablolar en çok 10 — 35 kV gerilim için kullanılır.110 kV ve daha yüksek gerilimlerde gaz dolgulu kablolar, yağ dolgulu kablolara göre daha düşük darbe dayanımına ve daha yüksek termal dirence sahiptir. Bu nedenle ülkemizde 110 kV ve üzeri gerilimlerde bu kablolar nadiren kullanılmaktadır.

Avrupa ülkelerinde ise, aksine, petrol dolgulu kablolar (Oil Filled Cable), gaz dolgulu kablolara (gaz yalıtımlı iletim hatları, GIL) göre daha az kullanılmaktadır.

Bu teknoloji Avrupa'da yaklaşık olarak 70'li yıllarda uygulanmaya başlandı. Yüksek gerilim şebekelerini kentsel bir ortama gömme imkanı sağlamak için özel olarak tasarlanmıştır. Şu anda, 500 kV'a kadar gerilimler için gaz dolgulu kabloların kullanıldığı birçok tamamlanmış proje var.

Gazla doldurulmuş kabloların avantajı, basınçta acil bir düşüş olması durumunda, basınç düştüğünde bağlantılarının hemen kesilmemesine izin veren nispeten büyük bir güvenlik marjıdır.

Gaz dolu kablo tasarımı

Basınçlı yağ altındaki bir çelik boru hattındaki kablolar, 15 atm'ye kadar basınçlı yağ içeren çelik bir boru hattına yerleştirilmiş, mineral veya sentetik yağ (kurşun kılıfsız) ile emprenye edilmiş kağıt yalıtımlı üç tek damarlı kablolardır.

Tipik olarak, yalıtımı emprenye etmek için daha viskoz yağlar kullanılır ve boru hattını doldurmak için daha az viskoz yağlar kullanılır. Basınçlı yağ içeren çelik boru hatlarındaki bu tür kablo hatları 110 - 220 kV gerilimler için kullanılır.

İzolasyon, metalize kağıttan veya delikli bakır şeritlerden yapılmış bir ekranla kaplanır ve üzerine bir sızdırmazlık kaplaması uygulanır - nakliye sırasında kabloya nemin girmesini önleyen bir polietilen kılıf.

Sızdırmazlık kaplaması üzerine, kablonun boru içine çekilmesini kolaylaştırmak için tasarlanmış iki veya üç adet yarım daire şeklinde bronz veya bakır tel spiral olarak uygulanır, ayrıca fazları birbirinden belirli bir mesafede tutarlar, bu da iyileşir. yağın sirkülasyonu ve kablo ekranlarının boru hattı ile elektriksel temasını sağlar.

Kablodaki basıncı koruyan çelik boru, mekanik hasara karşı güvenilir bir korumadır. İzolasyon üzerindeki yağ basıncı polietilen kılıf vasıtasıyla aktarılır.

Tepegözden kabloya geçiş

Bir yüksek voltaj kablosunun zayıf noktası genellikle konektörlerdir. Yüksek gerilim kablo hatlarının geliştirilmesindeki ana görevlerden biri, kurulum için uygun ve kablonunkinden daha az olmayan bir elektrik gücüne sahip bir konektör oluşturmaktır.

Uç konektörler kablo hattının uçlarına monte edilir ve yarı durdurucu konektörler hattın her 1 - 1,5 km'sinde bir kurulur (boru hattının bitişik bölümleri arasında serbest yağ değişimini önlerler).

Boru hattındaki önceden ayarlanmış yağ basıncı, basınç düştüğünde boru hattına yağ sağlayan ve basınç yükseldiğinde fazla yağı çıkaran otomatik olarak çalışan bir ünite tarafından korunur.

Yağlı kabloların konektörlerinde akım taşıyan tellerin elektrik bağlantısı ve kablonun yağ kanallarının bağlantısı yer alır.

Çekirdekler birbirine preslenir ve yağ kanalının devamlılığı içi boş bir çelik boru ile sağlanır (yağ varlığından dolayı kaynak veya sert lehim yapılmasına izin verilmez).

Burcun tüm uzunluğu boyunca bir topraklama kalkanı (kalaylı bakır örgü) uygulanır ve burcun dışı metal bir mahfaza içine alınır.

Yağ dolu yüksek gerilim kablosunun kablo burcu

Basınçlı gaz çelik boru hattındaki kablolar önceki tasarımdan yalnızca mineral veya sentetik yağ yerine boru hattının sıkıştırılmış inert bir gazla, genellikle yaklaşık 12-15 atm'lik bir basınçta nitrojenle doldurulmasıyla farklılık gösterir. Bu tür kabloların avantajı, hat besleme sisteminin önemli ölçüde basitleştirilmesi ve maliyetinin düşürülmesidir.

Kablo yalıtımı, yalnızca endüstriyel frekans voltajına sürekli maruz kalmaya değil, aynı zamanda darbe voltajına da maruz kalır, çünkü kablolar doğrudan havai hatlara veya etkileri algılayan açık trafo merkezlerinin ve şalt cihazlarının elektrikli ekipmanlarına bağlanır. atmosferik dalgalar. 

İçlerindeki yağ veya gaz basıncı değerleri ne olursa olsun, yağ dolgulu bir kablonun darbe dayanımı, gaz dolgulu bir kablodan daha yüksektir. Herhangi bir kablo türü için, kağıt şeritlerin kalınlığı azaltılarak impuls kırılma gerilimi artırılabilir, örn. aralarındaki boşlukları azaltarak. Yalıtımdaki boşlukların emprenye edici bir bileşikle doldurulduğu, yağ dolgulu kablolar veya harici gaz basıncı altındaki kablolar, en yüksek kırılma gerilimlerine sahiptir.

Bir yeraltı manifoldundaki (tünel) gazla doldurulmuş yüksek gerilim kabloları, kablolar arasında kolayca hareket ettirilebilir, ancak bu tür bir kurulum neredeyse hiç bakım gerektirmez.

Yüksek basınçlı gaz ve yağ yalıtımlı kablo boru hatları, çok iyi iletim özelliklerine ek olarak çalışma sırasında ve hatta bir arıza durumunda bile olağanüstü güvenlik sağladıkları için teknik güvenilirliklerini birkaç on yıldır zaten kanıtlamıştır.

Çalışma sırasında kablo hatlarının yalıtımının durumu, yalıtımın bütünlüğünün büyük ihlallerini ve içindeki kusurları (faz topraklaması, tel kopmaları vb.) yalıtım direncini, kaçak akımları, dielektrik kayıp açısını vb. ölçün.

Kablo hatlarının yalıtımı için, yalıtımdaki kusurlu noktaları tespit etmenin tek yönteminin önleyici testler olduğu unutulmamalıdır, çünkü kablo hattına inceleme ve önleyici onarım için erişilemez. Bu nedenle, kablo hatlarının yalıtımının önleyici testleri, kabloların yalıtımındaki kusurları hızlı bir şekilde belirlemeli ve bu nedenle ağın acil durumunu azaltmalıdır.

Makaleye ek olarak - Siemens bir gaz iletim hattı geliştiriyor

Yeni hat, sistem başına beş gigavata (GW) kadar güç iletmek üzere tasarlanmıştır. Almanya Federal Ekonomi ve Enerji Bakanlığı bu kalkınma projesi için 3,78 milyon avro hibe ediyor.

Doğru akım elektrik telleri iki eşmerkezli alüminyum borudan oluşan mevcut gaz yalıtımlı iletim hattının (TL) teknolojisine dayanacaktır. Yalıtım ortamı olarak bir gaz karışımı kullanılmaktadır.Şimdiye kadar gaz yalıtımlı kablo hatları sadece alternatif akım için mevcuttu.

Almanya'nın elektrik talebinin %80'inin 2050 yılına kadar yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması için iletim ağının genişletilmesi gerekiyor.

Üretilen elektrik rüzgar türbinleri ülkenin kuzey kesiminde ve Almanya kıyılarında, Almanya'nın güneyindeki nakliye merkezlerine mümkün olduğunca verimli bir şekilde taşınması gerekecektir.DC iletimi, AC iletimine kıyasla düşük elektrik kayıpları nedeniyle bunun için en uygun olanıdır.

Havai iletim hatları ve belirli alanlarda yeraltına döşenen gaz yalıtımlı doğru akım iletim hatları kullanılarak yüksek gerilimli doğru akım (HVDC) kullanan şebeke geliştirme, üç fazlı teknolojiden önemli ölçüde daha az kaynak kullanılarak gerçekleştirilebilir.

"Yeraltı doğru akım iletimi, Almanya'nın yeni bir elektrik yapısına geçişi için esastır, çünkü gelişimi ilk olarak Almanya'da gerçekleşecektir. Daha sonra, diğer AB ülkelerinden veya dünyadaki diğer ülkelerden sorgulamalar oldukça mümkün olacaktır. Siemens Energy Management'ta gaz iletim sistemlerinden sorumlu olan Denis Imamovic, "Her halükarda, bir doğru akım gaz iletim hattının geliştirilmesiyle Almanya, geleceğin iletim sistemlerinin tasarımında öncü bir rol oynayacaktır" dedi.