תכנון ויישום של כבלי מתח גבוה מלאי נפט וגז
כבלי מתח גבוה תת קרקעיים שימשו להעברת חשמל במשך שנים רבות ופותחו במהלך השנים מספר טכנולוגיות שונות.
לצינורות גז ונפט מבודדים יש מאפיינים טכניים, סביבתיים ותפעוליים שהופכים אותם לחלופה טובה מאוד כאשר נדרשת הולכת מתח גבוה בשטח מוגבל, למשל כאשר אי אפשר להשתמש בהם. קווי חשמל עיליים.
כבלי מתח גבוה בספרד למתח 400 קילו וולט
כבלי תמסורת מבודדים גז ונפט (כבלי גז ונפט בלחץ גבוה) מהווים חלופה בטוחה וגמישה לקווים עיליים ותופסים הרבה פחות מקום תוך מתן העברת כוח זהה.
מכיוון שיש להם השפעה מועטה או ללא השפעה על הנוף והפליטות האלקטרומגנטיות המינימליות שלהם פירושו שניתן להשתמש בהם קרוב או אפילו בבניינים, ניתן לשקול כבלי מתח גבוה מלאי נפט וגז למגוון רחב של יישומים.
האינדיקציה המגנטית B שניתן למדוד ליד מבנה כזה נמוכה מאוד, נמוכה בהרבה מאשר לקו עילי שווה ערך. במרחק של 5 מטרים מהצינורות הוא פחות מ-1 μT.
הם מתאימים למתן המשך קווים עיליים תת קרקעיים, חיבור תחנות כוח לרשת החשמל או כדרך קומפקטית לחיבור מפעלי תעשייה גדולים לרשת הכללית.
בשימוש בכבלים עם לחץ מוגבר, החוזק הדיאלקטרי של בידוד הכבל גדל באופן משמעותי, ועוביו ובהתאם לכך מופחתים עלויות. הלחץ המוגבר בכבלים מלאי שמן או גז נוצר בתוך הבידוד דרך ליבה חלולה או צינורות אחרים לאורך הכבל ומופעל מחוץ לבידוד אם הכבל מונח בצינור פלדה.
בניית קו כבלים עם כבלים מלאי גז במתח גבוה
בכבלים מלאי גז נעשה שימוש בבידוד מיושם במים עם שכבה מדולדלת, בשכבתה קיים גז אינרטי בלחץ, בעל מאפיינים חשמליים טובים ומוליכות תרמית גבוהה (חנקן, גז SF6 וכו'). החלפת האוויר בחנקן או בגז SF6 מונעת חמצון של הבידוד.
לפי גודל הלחץ, כבלים נבדלים עם לחץ נמוך (0.7 - 1.5 אטמוספירה), בינוני (עד 3 אטמוספירה) וגבוה (12 - 15 אטמוספירה). שני סוגי הכבלים הראשונים עשויים בעיקר מתלת פאזי עבור 10 - 35 קילו וולט, והכבלים בלחץ גבוה - חד פאזי עבור 110 - 330 קילו וולט.
כבלים חד-ליביים מלאי שמן ל-110 קילו-וולט עשויים עם תעלה אחת מוליכת שמן במרכז הליבה החלולה, ולמתח 500 קילו-וולט - עם תעלה מרכזית בליבה ותעלות מתחת למעטפת המגן.
עיצוב תלת פאזי במילוי שמן
עליית הלחץ מחייבת חיזוק מעטפת המגן על ידי הנחת פסי מתכת חיזוקים מעליה, המוגנים מפני קורוזיה על ידי ציפויים מתאימים וכן שריון מחוטי פלדה מגולוונת.
חסרון מרכזי של קו המתח הגבוה המודרני המיוצר עם כבל מלא בשמן הוא הצורך בציוד עזר יקר ומורכב מאוד, כגון: מיכלי אספקה, מיכלי לחץ, מעצור, מצמדים ומחברי קצה.
פיצוי על שינויים בנפחי הרכב ההספגה מתבצע באמצעות מכשירי אספקה המורכבים ממיכלי אספקה ומיכל לחץ. מיכלי ההזנה מבטיחים הזנה של כמות גדולה של שמן לתוך הכבל או מחוצה לו עם שינוי קטן בלחץ, ומיכל הלחץ שומר על הלחץ בכבל עם כל שינוי בנפח השמן.
השמן נע לאורך הכבל לאורך הערוץ המרכזי של החוט נושא הזרם. קו הכבלים מחולק על ידי הגבלה של תותבים לחלקי איפור נפרדים.
המתחרה החזק ביותר של כבל מלא בשמן הוא כבל גז בלחץ. בהשוואה לכבל מלא במתח גבוה בגז, הוא דורש עלויות בניית קו נמוכות יותר, אינו זקוק לציוד עזר מורכב ופשוט מאוד הן בהתקנה והן בתפעול.
התקנת קו תלת פאזי עם כבלים מלאי גז
היתרון העיקרי של כבלים מלאי גז בהשוואה לכבלים מלאי שמן הוא הפשטות באספקת קו הכבלים בגז, אפשרות הנחת הכבל על מסלולים בעלי נטייה תלולה ואנכית.
כבלים מלאי גז נמצאים בשימוש הנפוץ ביותר עבור מתח 10 - 35 קילו וולט.במתחים של 110 קילו וולט ומעלה, לכבלים מלאי גז, בהשוואה למילוי שמן, יש חוזק דחף נמוך יותר והתנגדות תרמית גבוהה יותר. לכן, כבלים אלו נמצאים בשימוש נדיר בארצנו במתחים של 110 קילו וולט ומעלה.
במדינות אירופה, להיפך, משתמשים בכבלים מלאי שמן (Oil Filled Cable) בתדירות נמוכה יותר מאשר בכבלים מלאי גז (קווי תמסורת מבודדים בגז, GIL).
טכנולוגיה זו החלה להיות מיושמת באירופה בערך בשנות ה-70. הוא תוכנן במיוחד כדי לספק את האפשרות של הטמנת רשתות מתח גבוה בסביבה עירונית. נכון לעכשיו, ישנם פרויקטים רבים שהושלמו באמצעות כבלים מלאי גז עבור מתחים של עד 500 קילו וולט.
היתרון של כבלים מלאי גז הוא מרווח בטיחות גדול יחסית במקרה של ירידת לחץ חירום, המאפשר לא לנתק אותם מיד עם ירידת הלחץ.
עיצוב כבל מלא בגז
כבלים בצינור פלדה בלחץ שמן הם שלושה כבלים חד-ליבים עם בידוד נייר ספוג בשמן מינרלי או סינטטי (ללא מעטפת עופרת), הממוקמים בצינור פלדה עם שמן לחץ עד 15 אטמוספירה.
בדרך כלל, משתמשים בשמנים צמיגים יותר להספגת הבידוד, ושמנים פחות צמיגים משמשים למילוי הצינור. קווי כבלים כאלה בצינורות פלדה עם שמן בלחץ משמשים למתחים של 110 - 220 קילו וולט.
הבידוד מכוסה במסך עשוי נייר מתכתי או פסי נחושת מחוררים, עליו מוחל ציפוי איטום - מעטפת פוליאתילן המונעת כניסת לחות לכבל במהלך ההובלה.
שניים או שלושה חוטי ברונזה או נחושת חצי עגולים מיושמים בצורה ספירלית על ציפוי האיטום, שנועדו להקל על משיכת הכבל לתוך הצינור, בנוסף, הם שומרים על השלבים במרחק מסוים אחד מהשני, מה שמשפר את סירקולציה של השמן ומבטיחה מגע חשמלי של מסכי הכבלים עם הצינור.
צינור הפלדה, השומר על הלחץ בכבל, מהווה הגנה אמינה מפני נזק מכני. לחץ השמן על הבידוד מועבר דרך מעטפת הפוליאתילן.
מעבר ממעל לכבלים
נקודת התורפה של כבל מתח גבוה היא בדרך כלל המחברים. אחת המשימות המרכזיות בפיתוח קווי כבלים במתח גבוה היא יצירת מחבר נוח להתקנה ובעל חוזק חשמלי שאינו קטן מזה של הכבל.
מחברי קצה מותקנים בקצות קו הכבלים, ומחברי חצי-עצירה מותקנים כל 1 - 1.5 ק"מ מהקו (הם מונעים החלפה חופשית של שמן בין חלקים סמוכים של הצינור).
לחץ השמן שנקבע מראש בצנרת נשמר על ידי יחידה הפועלת אוטומטית המספקת שמן לצנרת כאשר הלחץ יורד ומסירה עודפי שמן כאשר הלחץ עולה.
במחברים של כבלים מלאי שמן מתבצע החיבור החשמלי של החוטים נושאי הזרם וחיבור תעלות השמן של הכבל.
הליבות נלחצות זו לזו והרציפות של תעלת השמן מובטחת על ידי צינור פלדה חלול (לא מותרים ריתוך או הלחמה עקב נוכחות שמן).
מגן קרקע (צמת נחושת משומר) מוחל לכל אורך התותב, והחלק החיצוני של התותב סגור בבית מתכת.
תותב כבל של כבל מתח גבוה מלא שמן
כבלים בצינור פלדת גז בלחץ נבדלים מהתכנון הקודם רק בכך שבמקום שמן מינרלי או סינטטי ממלאים את הצינור בגז אינרטי דחוס, בדרך כלל חנקן בלחץ של כ-12-15 atm. היתרון של כבלים כאלה הוא פישוט משמעותי והפחתת עלויות של מערכת אספקת הקו.
בידוד הכבלים חשוף לא רק לחשיפה מתמשכת למתח תדרים תעשייתי, אלא גם למתח דחף, שכן הכבלים מחוברים ישירות לקווים עיליים או לציוד חשמלי של תחנות משנה פתוחות ומתקני מתג הקולטים את ההשפעות. גלים אטמוספריים.
חוזק הדחף של כבל מלא בשמן גבוה מזה של כבל מלא בגז, ללא קשר לערכי לחץ הנפט או הגז שבו. עבור כל סוג של כבל, ניתן להגדיל את מתח פירוק הדחף על ידי הפחתת עובי רצועות הנייר, כלומר. על ידי צמצום הפערים ביניהם. כבלים מלאים בשמן או כבלים בלחץ גז חיצוני, כאשר הפערים בבידוד מלאים בתרכובת הספגה, הם בעלי מתחי הפירוק הגבוהים ביותר.
כבלים במתח גבוה מלאי גז בסעפת תת קרקעית (מנהרה) ניתנים בקלות להזזה בין כבלים, אך התקנה מסוג זה כמעט ואינה דורשת תחזוקה
צינורות כבלים מבודדי גז בלחץ גבוה ונפט כבר הוכיחו את אמינותם הטכנית כבר כמה עשורים, שכן הם מספקים בטיחות יוצאת דופן בפעולה ואף במקרה של תקלה, בנוסף למאפייני ההולכה הטובים מאוד שלהם.
מצב הבידוד של קווי הכבלים במהלך הפעולה נבדק באמצעות בדיקות מונעות, המאפשרות לזהות הפרות גסות בשלמות הבידוד ופגמים בו (הארקת פאזה, שבירות חוטים וכו'), וכן למדוד את התנגדות הבידוד, זרמי הדליפה, זווית ההפסד הדיאלקטרי וכו'.
יצוין כי לצורך בידוד קווי כבלים, בדיקות מונעות הן השיטה היחידה לגילוי נקודות פגומות בבידוד, שכן קו הכבלים אינו נגיש לבדיקה ותיקון מונע. לכן, בדיקה מונעת של בידוד קווי כבלים אמורה לזהות במהירות פגמים בבידוד הכבלים ולכן להפחית את מצב החירום של הרשת.
בנוסף למאמר - סימנס מפתחת קו תמסורת גז
הקו החדש נועד להעביר עד חמישה גיגה וואט (GW) של הספק לכל מערכת. משרד הכלכלה והאנרגיה הפדרלי של גרמניה מעניק 3.78 מיליון יורו לפרויקט פיתוח זה.
חוטי חשמל זרם ישר יתבסס על הטכנולוגיה של קו ההולכה הקיים מבודד גז (TL), המורכב משני צינורות אלומיניום קונצנטריים. תערובת גזים משמשת כתווך מבודד, עד כה, קווי כבלים מבודדים בגז היו זמינים רק לזרם חילופין.
הרחבת רשת ההולכה נחוצה אם 80% מהביקוש לחשמל בגרמניה יסופק על ידי מקורות אנרגיה מתחדשים עד 2050.
חשמל שנוצר טורבינות רוח בחלק הצפוני של המדינה ולאורך חופי גרמניה, יהיה צורך להעביר בצורה יעילה ככל האפשר למרכזי ההובלה בחלק הדרומי של גרמניה.שידור DC הוא המתאים ביותר לכך בגלל הפסדי החשמל הנמוכים שלו בהשוואה לשידור AC.
פיתוח רשת באמצעות זרם ישר במתח גבוה (HVDC) באמצעות קווי תמסורת עיליים וקווי תמסורת זרם ישר מבודדים בגז, המונחים מתחת לאדמה באזורים מסוימים, יכול להתממש תוך שימוש בפחות משאבים משמעותית מטכנולוגיה תלת פאזית.
"הולכת זרם ישר תת-קרקעית חיונית למעבר של גרמניה למבנה חשמל חדש, שכן פיתוחו יתבצע בתחילה בגרמניה. בהמשך, פניות ממדינות אחרות באיחוד האירופי או ממדינות אחרות ברחבי העולם יהיו אפשריות בהחלט. בכל מקרה, עם פיתוח קו הולכה של גז בזרם ישר, גרמניה תמלא תפקיד מוביל בתכנון מערכות ההולכה העתידיות", אמר דניס אימאמוביץ', האחראי על מערכות הולכת גז ב-Siemens Energy Management.