Disseny i aplicació de cables d'alta tensió carregats de petroli i gas
Els cables subterranis d'alta tensió s'han utilitzat per transmetre electricitat durant molts anys i al llarg dels anys s'han desenvolupat diverses tecnologies.
Els oleoductes aïllats de gas i petroli tenen característiques tècniques, ambientals i operatives que els converteixen en una molt bona alternativa quan es requereix transmissió d'alta tensió en un espai limitat, per exemple quan és impossible d'utilitzar. línies elèctriques aèries.
Cables d'alta tensió a Espanya per a tensió 400 kV
Els cables de transmissió aïllats de gas i petroli (cables de gas i petroli d'alta pressió) són una alternativa segura i flexible a les línies aèries i ocupen molt menys espai alhora que proporcionen la mateixa transmissió d'energia.
Com que tenen poc o cap impacte en el paisatge i les seves mínimes emissions electromagnètiques fan que es puguin utilitzar a prop o fins i tot en edificis, els cables d'alta tensió plens de petroli i gas es poden considerar per a una àmplia gamma d'aplicacions.
La indicació magnètica B que es pot mesurar prop d'aquesta estructura és molt baixa, molt més baixa que per a una línia aèria equivalent. A una distància de 5 metres de les canonades és inferior a 1 μT.
Són adequades per donar continuïtat a línies aèries subterrànies, connectar centrals elèctriques a la xarxa elèctrica o com a forma compacta de connectar grans plantes industrials a la xarxa general.
Quan s'utilitza en cables amb pressió augmentada, la rigidesa dielèctrica de l'aïllament del cable augmenta significativament i es redueixen el seu gruix i, en conseqüència, els costos. L'augment de pressió en cables farcits d'oli o gas es genera dins de l'aïllament a través d'un nucli buit o altres conductes al llarg del cable i s'aplica fora de l'aïllament si el cable es col·loca en un conducte d'acer.
Construcció d'una línia de cable amb cables farcits de gas d'alta tensió
Els cables farcits de gas utilitzen un aïllament implantat per aigua amb una capa esgotada, en la capa de la qual hi ha un gas inert a pressió, que té bones característiques elèctriques i una alta conductivitat tèrmica (nitrogen, gas SF6, etc.). La substitució de l'aire per nitrogen o gas SF6 evita l'oxidació de l'aïllament.
Segons la magnitud de la pressió, els cables es distingeixen amb pressió baixa (0,7 - 1,5 atm), mitjana (fins a 3 atm) i alta (12 - 15 atm). Els dos primers tipus de cables estan fets principalment de trifàsics per a 10 - 35 kV i els cables d'alta pressió - monofàsics per a 110 - 330 kV.
Els cables d'oli d'un sol nucli per a 110 kV es fabriquen amb un canal conductor d'oli al centre del nucli buit i per a una tensió de 500 kV, amb un canal central al nucli i canals sota la funda protectora.
Disseny trifàsic farcit d'oli
L'augment de pressió requereix reforçar la carcassa protectora aplicant-hi tires metàl·liques de reforç, que estan protegides de la corrosió per recobriments adequats, així com una armadura de filferros d'acer galvanitzat.
Un desavantatge important de la línia d'alta tensió moderna feta amb cable ple d'oli és la necessitat d'equips auxiliars molt cars i complexos, com ara: dipòsits de subministrament, dipòsits de pressió, parada, acobladors i connectors finals.
La compensació dels canvis en els volums de la composició impregnant es realitza mitjançant dispositius de subministrament que consisteixen en dipòsits de subministrament i un dipòsit a pressió. Els dipòsits d'alimentació asseguren que s'introdueixi una gran quantitat d'oli dins o fora del cable amb pocs canvis de pressió, i el dipòsit de pressió manté la pressió al cable amb qualsevol canvi de volum d'oli.
L'oli es mou al llarg del cable al llarg del canal central del cable que transporta corrent. La línia de cable es divideix limitant els casquets en parts separades.
El competidor més fort del cable ple d'oli és el cable de gas a pressió. En comparació amb el cable farcit d'oli amb gas d'alta tensió, requereix costos de construcció de línia més baixos, no necessita equips auxiliars complexos i és molt senzill tant en la instal·lació com en el funcionament.
Instal·lació d'una línia trifàsica amb cables farcits de gas
El principal avantatge dels cables farcits de gas en comparació amb els cables farcits d'oli és la senzillesa de subministrar la línia de cable amb gas, la possibilitat de col·locar el cable en vies molt inclinades i verticals.
Els cables farcits de gas són els més utilitzats per a tensió de 10 a 35 kV.A tensions de 110 kV i superiors, els cables farcits de gas, en comparació amb els farcits d'oli, tenen una força d'impuls menor i una resistència tèrmica més alta. Per tant, aquests cables rarament s'utilitzen al nostre país a tensions de 110 kV i superiors.
Als països europeus, per contra, els cables farcits d'oli (Oil Filled Cable) s'utilitzen menys sovint que els cables farcits de gas (línies de transmissió aïllades en gas, GIL).
Aquesta tecnologia es va començar a aplicar a Europa aproximadament als anys 70. Està especialment dissenyat per oferir la possibilitat d'enterrar xarxes d'alta tensió en un entorn urbà. Actualment, hi ha molts projectes finalitzats que utilitzen cables farcits de gas per a tensions de fins a 500 kV.
L'avantatge dels cables farcits de gas és un marge de seguretat relativament gran en cas de caiguda de pressió d'emergència, que permet que no es desconnectin immediatament quan la pressió cau.
Disseny de cable farcit de gas
Els cables d'una canonada d'acer sota pressió d'oli són tres cables d'un sol nucli amb aïllament de paper impregnat d'oli mineral o sintètic (sense coberta de plom), que es troben en una canonada d'acer amb oli a pressió de fins a 15 atm.
Normalment, s'utilitzen olis més viscosos per impregnar l'aïllament i s'utilitzen olis menys viscosos per omplir la canonada. Aquestes línies de cable en canonades d'acer amb oli a pressió s'utilitzen per a tensions de 110 a 220 kV.
L'aïllament es cobreix amb una pantalla feta de paper metal·litzat o tires de coure perforades, sobre la qual s'aplica un recobriment de segellat: una funda de polietilè que evita que la humitat entri al cable durant el transport.
S'apliquen dos o tres fils semicirculars de bronze o coure en espiral sobre el recobriment de segellat, que estan dissenyats per facilitar l'estirada del cable al conducte, a més, mantenen les fases a una certa distància entre si, la qual cosa millora la circulació de l'oli i assegura el contacte elèctric de les pantalles del cable amb la canonada.
El tub d'acer, que manté la pressió al cable, és una protecció fiable contra danys mecànics. La pressió de l'oli sobre l'aïllament es transfereix a través de la funda de polietilè.
Transició aèria a cable
El punt feble d'un cable d'alta tensió solen ser els connectors. Una de les tasques principals en el desenvolupament de línies de cable d'alta tensió és la creació d'un connector convenient per a la instal·lació i amb una força elèctrica que no sigui inferior a la del cable.
Els connectors finals s'instal·len als extrems de la línia de cable i els connectors semi-stop s'instal·len cada 1-1,5 km de la línia (impedeixen el lliure intercanvi d'oli entre les seccions adjacents de la canonada).
La pressió de l'oli predeterminada a la canonada es manté mitjançant una unitat d'operació automàtica que subministra oli a la canonada quan la pressió baixa i elimina l'excés d'oli quan la pressió augmenta.
En els connectors de cables plens d'oli, es produeix la connexió elèctrica dels cables que transporten corrent i la connexió dels canals d'oli del cable.
Els nuclis es pressionen junts i la continuïtat del canal d'oli està assegurada per un tub d'acer buit (no es permet la soldadura ni la soldadura forta per la presència d'oli).
S'aplica un escut de terra (trença de coure llaunat) al llarg de tota la longitud del casquet i l'exterior del casquet està tancat en una carcassa metàl·lica.
Casquillo de cable d'alta tensió ple d'oli
Els cables d'una canonada d'acer de gas a pressió es diferencien del disseny anterior només perquè en comptes d'oli mineral o sintètic, la canonada s'omple amb un gas inert comprimit, normalment nitrogen a una pressió d'aproximadament 12-15 atm. L'avantatge d'aquests cables és una simplificació significativa i una reducció de costos del sistema de subministrament de línia.
L'aïllament dels cables està exposat no només a l'exposició contínua a la tensió de freqüència industrial, sinó també a la tensió d'impuls, ja que els cables estan connectats directament a línies aèries o a equips elèctrics de subestacions obertes i aparells de commutació que en perceben els efectes. ones atmosfèriques.
La força d'impuls d'un cable farcit d'oli és superior a la d'un cable farcit de gas, independentment dels valors de pressió d'oli o gas en ells. Per a qualsevol tipus de cable, la tensió de ruptura d'impuls es pot augmentar reduint el gruix de les tires de paper, és a dir. reduint els buits entre ells. Els cables plens d'oli o els cables sota pressió de gas externa, on els buits de l'aïllament s'omplen amb un compost impregnant, tenen les tensions de ruptura més altes.
Els cables d'alta tensió plens de gas en un col·lector subterrani (túnel) es poden moure fàcilment entre cables, però aquest tipus d'instal·lació gairebé no requereix manteniment.
Els gasoductes aïllats amb gas i petroli d'alta pressió ja han demostrat la seva fiabilitat tècnica des de fa diverses dècades, ja que ofereixen una seguretat excepcional en el funcionament i fins i tot en cas d'avaria, a més de les seves molt bones característiques de transmissió.
L'estat de l'aïllament de les línies de cable durant el funcionament es comprova mitjançant proves preventives, que permeten identificar les violacions greus de la integritat de l'aïllament i els defectes del mateix (connexió a terra de fases, trencaments de cables, etc.), així com mesura la resistència d'aïllament, corrents de fuga, angle de pèrdua dielèctrica, etc.
Cal tenir en compte que per a l'aïllament de línies de cable, les proves preventives són l'únic mètode per detectar punts defectuosos a l'aïllament, ja que la línia de cable és inaccessible per a la inspecció i reparació preventiva. Per tant, les proves preventives de l'aïllament de les línies de cable haurien d'identificar ràpidament els defectes en l'aïllament dels cables i, per tant, reduir l'emergència de la xarxa.
A més de l'article - Siemens està desenvolupant una línia de transport de gas
La nova línia està dissenyada per transmetre fins a cinc gigawatts (GW) de potència per sistema. El Ministeri Federal d'Afers Econòmics i Energia d'Alemanya atorga 3,78 milions d'euros per a aquest projecte de desenvolupament.
Fils elèctrics de corrent continu es basarà en la tecnologia de la línia de transmissió (TL) aïllada en gas existent, que consta de dues canonades concèntriques d'alumini. Com a mitjà aïllant s'utilitza una barreja de gasos, fins ara les línies de cable aïllades amb gas només estaven disponibles per a corrent altern.
L'ampliació de la xarxa de transport és necessària si el 80% de la demanda d'electricitat d'Alemanya es satisfà amb fonts d'energia renovables l'any 2050.
Electricitat generada aerogeneradors a la part nord del país i al llarg de la costa d'Alemanya, s'haurà de transportar de la manera més eficient possible als centres de mercaderies de la zona sud d'Alemanya.La transmissió de CC és la més adequada per a això a causa de les seves baixes pèrdues elèctriques en comparació amb la transmissió de CA.
El desenvolupament de la xarxa amb corrent continu d'alta tensió (HVDC) mitjançant línies de transmissió aèries i línies de transmissió de corrent continu aïllades en gas col·locades sota terra en determinades zones es pot realitzar utilitzant molt menys recursos que la tecnologia trifàsica.
"La transmissió de corrent continu subterrània és essencial per a la transició d'Alemanya cap a una nova estructura elèctrica, ja que el seu desenvolupament es produirà inicialment a Alemanya. Més endavant, seran molt possibles les consultes d'altres països de la UE o d'altres països del món. En qualsevol cas, amb el desenvolupament d'una línia de transmissió de gas de corrent continu, Alemanya tindrà un paper protagonista en el disseny dels futurs sistemes de transmissió", va dir Denis Imamovic, responsable de sistemes de transport de gas de Siemens Energy Management.