Коли кабелі не підходять
07 Сер
2017
Полезное

Коли кабелі не підходять

Надземні лінії електропередачі є загрозою безпеки поблизу аеропортів. Можливим вирішенням цієї проблеми є подвійна газоізольована система, прокладена у вузькій траншеї.\

            Усе частіше і частіше проектувальники електричних мереж стикаються з ситуаціями, в яких для передачі високої напруги не підходять ні повітряні надземні лінії, ні підземні кабелі. Отже, їм доводиться звертатися до нового рішення: газоізольованих ліній (GIL).

            Опори високовольтних ліній передачі електроенергії можна знайти в будь-якому місці земної кулі. Вони пролягають через гори, перетинають пустелі і степи, їх жорсткі фігури, що нагадують роботів, забезпечують передачу великих обсягів енергії з одного місця в інше. Будучи досить поширеними, перетворившись у символ, опори ліній електропередачі стали обличчям електронної промисловості. Проте, існує безліч місць, де розміщувати їх не можна. І іноді використання навіть їх, найбільш поширених дублерів підземних кабелів теж виявляється проблематичним. Звернемо увагу, наприклад, на основну артерію гідроакумулюючої електростанції - лінію високої напруги між генераторною порожниною і зовнішньою розподільчою апаратурою. Або, наприклад, внутрішні і зовнішні з'єднання газоізольованого розподільника (GIS). Або ж на будь-яке місце, в якому висока напруга має бути поруч у тісному приміщенні з людьми, і з цінним обладнанням. Компанія Siemens пропонує власне рішення цієї проблеми: газоізольовані лінії передачі енергії (GIL). Починаючи з дебюту цього підходу, що відбувся в 1974 році на гідроелектростанції (яка, до речі, все ще працює без перерв), розташованої в південно-західній частині Німеччини, технологія GIL почала входити, як складова, в побудованій компанією Siemens в 30 різних місцях ліній електропередачі.

Наростання йде безперервно. Частина цих конструкцій була сертифікована в останні роки, і ще більше їх стоїть у черзі на сертифікацію.

Хоча обсяг GIL поки не загрожує символічному статусу опор високовольтних ліній електропередачі, і не є заміною всіх підземних кабелів, ця технологія очевидно знаходиться на підйомі. Щоб з'ясувати, чому це так, видавництво Living Energy вело бесіду із Стівеном Пехлером, експертом по технології GIL у відділенні енергетики компанії Siemens. Якщо коротко: технологія GIL вже зараз є основною можливістю для гідроелектростанцій, і її варто використовувати для інших незручних ситуацій. Ця технологія може бути застосована чотирма основними способами (див. нижче).

Газоізольовані лінії можуть прокладатися з дуже крутим нахилом (фото зверху: електростанція Limberg, Австрія), або проходити під землею (фото знизу: Kelsterbach, біля аеропорту Франкфурта, Німеччина, перед засипанням траншеї).

Чому?

         Як виявилося, переваг у GIL безліч, і вони дуже вагомі.

   - Велика пропускна здатність

По максимуму, GIL здатна передавати до 3700 МВА, але як зазначає Пехлер, це дійсно максимум, який вимагає посиленого охолодження для розсіювання тепла. Типове навантаження для GIL лежить у межах 2500 МВА.

Ця пропускна здатність легко конкурує з пропускною спроможністю надземних ліній електропередачі (маючи при цьому втрати в 2-3 рази нижчі), і набагато випереджає те, що може дати використання тільки підземних кабельних систем. Це виявилося критичним фактором при виборі GIL, введеної в експлуатацію в міжнародному аеропорту Франкфурта в Німеччині. Передавати подвійну потужність в 1800 МВА на підстанцію, розташовану поблизу нової злітно-посадкової смуги із застосуванням повітряних ліній передачі енергії виявилося неможливим, так як вони представляли б небезпеку для повітряного трафіку. Тому вибір слід зробити між GIL і підземним кабелем. Була обрана технологія GIL, оскільки, серед інших причин, траншея для її прокладки виявилася майже вдвічі вужча, ніж було потрібно для здвоєного підземного кабелю.

Для систем низької напруги, зазначає Пехлер, підземні кабелі, як правило, непогано виконують цю роботу. Однак в діапазоні 300-500 кВ, GIL починає ставати дуже конкурентоспроможною.

 - незаймистість

            “Уявіть, що ви на своїй кухні нагріваєте каструлю з водою, - розмірковує Пехлер. - А тепер подумайте про те, що ви нагріваєте ту ж каструлю, але без води”. Перша аналогія відповідає GIL, а друга - традиційному кабелю, ізольованого за допомогою XLPE (зшитий поліетилен, пластичний матеріал). Високий вміст металу в GIL поглинає більше тепла, ніж в кабелі, ізольованому XLPE, дозволяючи зберігати нижчі робочі температури навіть під навантаженням. Знову ж таки, завдяки своїй масивній, міцній конструкції, GIL набагато менше схильна до виникнення внутрішніх електричних дуг і коротких замикань. Як і в разі надземних ліній, на ній легко організувати автоматичне повторне включення.

Незаймистість була серед основних міркувань в останніх застосуваннях GIL на гідроелектростанціях. Наприклад, в Капруне (Австрія), введена в дію 150-метрова система GIL, а в провінції Сичуань (Китаю) будується 650-метрова лінія, що складається з 13 кілометрів труб GIL. В обох випадках енергія передається від генераторів, що знаходяться в глибині гори, на її вершину, де до споживачів вона доставляється повітряною високовольтною лінією електропередачі. Використання незаймистої GIL замість традиційного кабелю, який здатний спалахнути, має дві основні переваги. По-перше, в тунелі немає необхідності в установці брандмауерів, що перешкоджають поширенню вогню, і заразом блокуючих повітрообмін, що ускладнює охолодження. По-друге, гарантується доступність до системи, і безпеку обслуговуючого персоналу протягом усього часу експлуатації.

            - Гнучкість маршрутів прокладки

Завдяки своїм унікальним властивостям, системи GIL сьогодні використовуються у всьому світі в таких місцях, де складність завдань передачі енергії вимагає складних маршрутів прокладки ліній. Вони можуть бути розташовані будь-яким зручним способом у шахтах, що йдуть майже вертикально на висоту 200 метрів по крутих схилах. Також можуть проходити навколо будівель, зокрема, і навколо підземних споруд. Вони можуть наслідувати вигини серпантину в горах, не з'єднуючись під кутом. Можливі відстані до 70 кілометрів, зазначає Пехлер, при цьому не потрібна компенсація реактивної потужності. На противагу цьому, кабелі XLPE вимагають компенсації реактивної потужності приблизно у восьмикратному обсязі на лінії тієї ж самої довжини. Це не тільки збільшує вартість лінії. Компенсація реактивної потужності, як відомо, викликає розсіяний шум від повітряного охолодження і дратує людей, які живуть поблизу. Крім того, вона збільшує операційні втрати, що також є важливим фактором, який слід враховувати.

Але при цьому, Пехлер застерігає від необґрунтованих сподівань, що газоізольовані лінії повинні стати в майбутньому основною формою передачі високовольтної енергії. Значні переноси навантаження, очікувані для нових віддалених районів генерації, таких як південний захід США (сонячна і вітряна енергія), або Північне Море (енергія вітру і, можливо, припливів і хвиль) будуть здійснюватися, в основному, надземними лініях електропередачі. “А в областях підвищеної уваги, замість них можуть бути використані GIL, - зазначає він, - але в якості робочої конячки залишаться надземні лінії”.

- Прямий зв'язок з GIS

            Це, як батько і син: технологія GIL виросла з технології GIS (газоізольованого розподільного обладнання), і цей тривалий зв'язок робить їх природними партнерами. Вони володіють схожими або навіть ідентичними характеристиками, пов'язаними з передачею енергії, зі здібностями до перевантаження, з автоматичним повторним включенням і з іншими технічними факторами. Це робить їх з'єднання простіше, дешевше, і, як правило, компактніше.

            - Найслабше електромагнітне поле

Завдяки своїй конструкції "провід в трубі", яка нейтралізує індуктивний струм, електромагнітне поле, яке породжене газоізольованою лінією, в 15-20 разів слабкіше, ніж у традиційних кабелях. При цьому верхні межі утримуються на рівні не вище 1 рТ. Тому ця технологія більш придатна там, де є підвищені вимоги до електромагнітного випромінювання: в лікарнях, в центрах управління рухом або в комп'ютерних кластерах. Або, наприклад, у виставкових залах: На виставці Palexpo в Женеві (Швейцарія) в 2001 році була встановлена ​​500-метрова GIL на 300-кВ, яка дозволила побудувати новий виставковий зал безпосередньо над лінією електропередачі (що проходить на глибині декількох метрів під землею). При цьому високочутливе виставкове обладнання не відчуває ніяких перешкод.

            - Відсутність старіння

На відміну від ізоляції XLPE, яка руйнується в процесі використання, газ в GIL не старіє. Тому робота лінії електропередачі не погіршується з часом. А так як вона працює при більш низьких температурах, ніж традиційні кабелі, то GIL також піддається і меншому температурному навантаженню.

         Отже, що ж це?

         Неможливо точно сказати, чиє майбутнє найбільш важливо. Переконливість аргументів, зазначає Пехлер, варіюється від одного споживача до іншого. “І GIL не повинні бути єдиним рішенням, придатним для всіх, - додає він. - Але оскільки це технологія передачі енергії, вона буде розвиватися і рости”. Навряд чи вона стане  повною заміною надземних повітряних ліній електропередачі, але вона буде займати досить вагоме місце, щоб люди, які приймали рішення, відчували потребу знати про неї.

ТИПИ ДОДАТКІВ ПЕРЕДАЧІ ЕНЕРГІЇ

           Газоізольовані лінії (GIL) не є чимось новим, але вони мають привабливу альтернативу традиційним кабелям, хоча і навряд чи замінять їх. GIL використовуються в чотирьох різних типах додатків:

Надземні GIL, як правило, не схильні до впливу екстремальних умов. Найбільш високі потужності передачі енергії можуть бути досягнуті для GIL, що проходять над землею.

Тунельні системи GIL монтуються в тунелях, залишаючись доступними для інспекцій. Вони не схильні до ризику загоряння, і дозволяють використовувати тунель, в якому вони прокладені, також і для цілей вентиляції.

Вертикальні GIL можуть проходити під будь-яким нахилом, навіть вертикально, що робить їх дуже привабливими для застосування в гідронакопичувальних електростанціях, в яких генератори розташовуються в печерах.

Лінії, що укладаються безпосередньо в грунт, обмотуються поліетиленом, щоб захистити оболонку, і грунт, що знаходиться зверху, може бути відновлений ​​для сільськогосподарського застосування. Очікується, що такі системи будуть працювати більше 40 років.

СПЕЦИФІКАЦІЇ GIL

- максимальна пропускна здатність на одну систему 3 700 МВА

- максимальна напруга до 550 кВ

- максимальна дальність передачі енергії без компенсації реактивної потужності: до 70 км

- показники роботи не змінюються з часом; система не старіє

- пожежостійкість

- здатна до високих навантажень

- висока здатність витримувати короткі замикання

- функціональність автоматичного повторного включення

- дуже слабке електромагнітне поле.

Порівняння магнітного поля для різних систем передачі електрики високої напруги для здвоєної системи 400 кВ при навантаженні 2 х 1000 МВА.