Suurjännitekaapeli

Suurjännitekenttä kaapeli on kaapeli , jota käytetään sähkön siirtämistä , onko se vaihtovirta tai tasavirta . Se koostuu eri osista, jotka on koottu samankeskisellä tavalla, ja pääosat ovat: keskellä johdin antaa mahdollisuuden kuljettaa sähköä, sitten tulee sähköeristys estämään virran virtaaminen kohti maata, kokonaisuutta ympäröi metallinen vaippa kaapelin sisäisen sähkökentän rajoittamiseksi ja ulkoinen suoja, joka varmistaa hyvät mekaaniset ominaisuudet ja suojaa sitä ulkoisilta hyökkäyksiltä. Korkea jännite virtajohdot , joita käytetään maanalaisten linjojen tai sukellusvene on erotettava korkeajännitejohtimet varten suurjännitelinjaan , että ne eivät ole eristys.

Voimme erottaa kolme suurta teknologista perhettä: massakyllästetyt paperikaapelit, paineistetut ja suulakepuristetut. Ensin mainittuja käytetään nyt vain erittäin suurjännitteisiin HVDC- liitäntöihin . Ne, jotka ovat paineen alaisia, jaetaan toisaalta öljyä käyttävien ja kaasun avulla paineen ylläpitämiseen ja johtimen jäähdyttämiseen sekä toisaalta sisäisessä paineessa olevien ja ulkoisessa paineessa olevien välillä. Nämä kaapelit ovat hyvin yleisiä, mutta niitä ei juuri koskaan asenneta. Itse asiassa suulakepuristettuja kaapeleita, pääasiassa silloitetulla polyeteenieristeellä , on perustettu kaikilla aloilla 1970-luvulta lähtien. Massaan kyllästettyjen ja paineistettujen paperikaapeleiden pitkä käyttöikä on kuitenkin pitkä, mutta ne ovat edelleen hyvin läsnä verkoissa .

Kaapelin tai kaapelin eri osien liittäminen sähkölaitteisiin on hankalaa, käytetään erityisiä liittimiä: kytkentärasiat kaapelien välillä, päät kaapelien ja muiden laitteiden välillä.

Suurjännitelinjojen hautaamisesta käydään jatkuvasti keskustelua. Kaapeleiden erittäin kapasitiivinen käyttäytyminen edellyttää sähkökompensointiaseman rakentamista säännöllisin väliajoin, 20 km 400 kV: n kohdalla , jotta sähkönsiirto olisi mahdollista vaihtovirrassa. Tämä selittää, miksi maanalaisten johtojen osuus yli 220 kV: n jännitteestä on hyvin pieni Ranskassa ja muualla maailmassa. Muiden kaapelisovellusten joukossa merenalaisen sähkönsiirto on tärkeä paikka. Edellä mainituista syistä tasavirran siirto, joka ei vaadi korvausta, on edullinen.

Suurjännitekaapelien valmistus on herkkä, laadun on oltava erityisen korkea tyydyttävän käyttöiän varmistamiseksi. Diagnostiikkatekniikoita on kehitetty kaapelin eheyden takaamiseksi toimituksen yhteydessä ja sitten käytön aikana.

Käynnissä olevasta kehityksestä XLPE-kaapeleiden tukemien jännitteiden odotetaan kasvavan. Niiden on myös oltava yhteensopivia linjakytkentäisten HVDC-asemien kanssa. Lisäksi suprajohtavat kaapelit ovat jo pienessä mittakaavassa kokeiluhankkeissa ja niitä tulisi kehittää tulevaisuudessa.

Historia

Suurjännitekaapeleiden edeltäjät ovat lennätinkaapelit. Ensimmäiset maanalaiset sähkönsiirtoyhteydet olivat huonosti toimivia primäärijärjestelmiä, mikä ei sallinut muutaman kymmenen voltin ylittämistä. Vuonna 1879 sveitsiläisen insinöörin Borelin keksimä putkipuristin mahdollisti muovata lyijyvaipan suoraan juuttikuiduilla eristettyihin johtimiin ja poistaa osittain kosteuden imeytymisongelmat tekemällä kaapelin vedenpitäväksi. Pian sen jälkeen kyllästämällä juuttieriste öljyn ja hartsin seoksella, voitiin valmistaa 3000 V: n monopolaarisia samankeskisiä kaapeleita, jotka asennettiin Pariisiin vuonna 1890.

Sebastian Ziani Ferrantista rakensi vuonna 1887 eristetyn kaapelin, joka oli valmistettu kuivasta paperista, johdin on kuparia, vaippa terästä. Se voi kantaa 11 kV: n jännitettä . Kierteisesti käärittyjen paperinauhojen ja lyijytupin yhdistys tehtiin Yhdysvalloissa vuonna 1893. Lisäksi vulkanoitu kumi patentoitiin vuonna 1844 Charles Goodyearin toimesta , sitä ei käytetty eristykseen. Kaapelit kokoonpanon keventämiseksi vasta 1880-luvulla. Kumieristettyä kaapelia käytettiin vuonna 1897 sähkönsiirtoon Niagara Fallsilta vuonna 1897 . Massakyllästetyt paperikaapelit ovat olleet kaupallisesti saatavilla vuodesta 1895 lähtien.

Kyllästetyt paperieristeiset kaapelit kehittyivät ja saavuttivat 15 kV : n jännitteen vuonna 1910, 30 ensimmäisen maailmansodan kynnyksellä , sitten 63 kV sen jälkeen. Eristyksen ja siten kaapeleiden koko pienenee myös ajan myötä. Ilman paineita tekniikka saavuttaa rajat, 3-johdinkaapelit mahdollistavat lähetyksen etenemisen.

Vuonna 1916 Martin Hochstadter patentoi puolijohdekerroksen, joka erottaa johtimen eristimestä. Se kantaa siis hänen nimeään. Tämä kerros on johtimen potentiaalilla. "Kartiot" antavat mahdollisuuden rajoittaa sähköistä jännitystä sen päissä. Ennen 1960-lukua nämä kartiot valmistettiin käsityönä kaapelin asennuksen jälkeen. Niitä suojasi pothead , toisin sanoen dielektrinen, jota ympäröi metallista ja posliinista valmistettu eristin ja joka sijoitettiin kaapelin ympärille. 1960-luvulta lähtien kehitettiin kumista tai elastomeeristä valmistettuja liittimiä, jotka on sijoitettu kaapelin päihin.

Vuonna 1917 italialainen insinööri Emmanuelli Pirelli- yhtiöstä jätti patentin, jossa kuvataan innovatiivisen kaapelin, jota myöhemmin kutsutaan nestemäiseksi öljykaapeliksi, periaatteet eli paineistetun öljykanavan keskellä. 132 kV: n kaapeli testattiin vuonna 1926 Yhdysvalloissa, sitten testit tehtiin vuosina 1932-1934 yrittäen saada maanalainen kaapeli toimimaan 225 kV : n käyttöjännitteellä . Näiden kaapeleiden eristys on myös optimoitu, niiden koko pienenee.

Kolminapaiset kaapelit, joissa on ulkoinen neutraalikaasupaine ja jotka siten koostuvat kolmesta typessä pidetystä johtimesta , kehitettiin 1930-luvun alussa Kölnissä . Samanlainen tulos on mahdollista myös käyttämällä öljyä ulkoisen paineen ylläpitämiseksi.

Polyeteeni kehitettiin vuonna 1938 Englannissa . Aloittaen toisen maailmansodan , erilaisia synteettisen kumin ja polyeteeniä käytettiin kaapelin eristeen. 63 kaapelit kV sisään pienitiheyksinen polyeteeni on otettu käyttöön 1960-luvulla korkean tiheyden polyeteeniä käytetään 10 vuosi myöhemmin, niiden käyttö- lämpötila voi olla korkeampi. Silloitettua polyeteeniä ovat niitä, kehitettiin 1950-luvulla.

Lisäksi ensimmäinen tasavirran suurjännitelinja rakennettiin vuonna 1954 Gotlantiin ja käytti sähkökaapelia saaren liittämiseen mantereeseen.

1990-luvulla pienitiheyksistä polyeteenikaapelia, jonka jännite oli 500 kV, käytettiin menestyksekkäästi Ranskassa. Vahvasta kehityksestään 1970-luvulla XLPE-kaapelit ovat vakiinnuttaneet asemansa melkein kaikissa sovelluksissa. Niitä käytettiin ensimmäisen kerran veden alla vuonna 1973. HVDC-kaapeleita lukuun ottamatta vuonna 2010 asennettiin melkein vain tämän tyyppisiä kaapeleita.

XLPE-kaapelien odotetaan nousevan korkeampiin jännitteisiin lähitulevaisuudessa, mutta ne pystyvät silti kestämään HVDC-LCC -asemien polaarisuussuunnassa tapahtuvia muutoksia.

Korkean lämpötilan suprajohtavia johtimia , on YBCO esimerkiksi, on kehitteillä. Nämä voisivat mahdollistaa suurten virtojen siirtämisen kompaktilla tavalla ja pienellä häviöllä. Niiden ominaisuuksien vuoksi erittäin korkean jännitteen käyttö on myös valinnaista, 1000 MW: n siirtämiseen riittää 66 kV: n suprajohtava johto, kun taas tavanomaiselle kaapelille se vie 275 kV , jolloin muuntaja voidaan säästää. Viimeinen etu on, että oikosulun sattuessa virta tulee erittäin suureksi, suprajohtava materiaali menettää suprajohtavan tilansa ja rajoittaa siten virtaa. Vuonna 2002 materiaalien, kaapelien asennuksen ja kaukojäähdytyksen osalta oli kuitenkin tehtävä vielä merkittävää kehitystyötä.

Vuonna 2011 National Institute of Standards and Technology ilmoitti löytäneensä, kuinka suprajohtavat kaapelit voidaan tehdä 10 kertaa ohuempia kuin aiemmin, mutta jotka pystyvät johtamaan samaa virtaa.

Vuoden 2012 alussa Nexans ilmoitti, että suprajohtavat kaapelit ovat valmiita siirtymään kaupalliseen vaiheeseen. HTS Triax tytäryhtiö NKT kaapeleita , myös suorittaa useita projekteja suprajohde, kuten voimalaitos vihittiin 2006 Columbus on Ohiossa .

Rakentaminen

Suurjännitekaapelit valmistetaan pienjännitekaapeleiden tavoin kolmessa pääosassa: johdin, eristys ja suojavaippa. Toisin kuin pienjännitekaapelit, lisätään lisäkerros siten, että sähkökenttä on homogeeninen johtimen ympärillä.

Johtava sielu

Johtava ydin tai johdin on valmistettu joko kuparista tai alumiinista . Sen pääominaisuus on sen voimakkuus ja vastus. Koska kuparilla on parempi sähkönjohtavuus , nämä kaksi parametria ovat parempia kuparin kuin alumiinin kanssa. Lohkoa voidaan siten pienentää ja kaapelin muut elementit tallentaa. Jälkimmäinen mahdollistaa kuitenkin kevyempien kaapeleiden hankkimisen. Suurimmalla osalla nykyisistä merikaapeleista on kuparijohdin. Kaapeleille, joiden paperilla on kyllästetty massa, poikkileikkaus on 2 500 mm 2 niille, joilla on 3000 mm 2 öljyä .

Ne ovat erityyppisiä:

yksi, enintään 400 mm 2 : n osille ; tässä osassa rajoitetaan käytännön käyttö noin 150 kV: n jännitteisiin . Etuna on, että sen rakentaminen on helppoa. Se voi olla pyöreä tai soikea;
segmentoitu: johdin on jaettu useisiin segmentteihin;
punottu ja puristettu: useita sylinterimäisiä johtimia kierretään yhteen. Noin 92%: n täyttökerroin voidaan saavuttaa, ja johtimet voidaan eristää sähköisesti toisistaan ihovaikutuksen rajoittamiseksi ;
profiloitu tai kompakti: profilointi säästää täyttökerrointa, joka voi nousta 96%: iin;
ontto: onttoja johtimia käytetään öljyn kierron sallimiseksi tietyissä kaapeleissa. Keskusspiraali voidaan rakentaa estämään johtimet päätymästä kanavan keskelle.

Eristävä kotelo tai eristys

Eristyksen tehtävänä on erottaa kaksi pintaa, joilla on hyvin erilainen potentiaali: johdin toisaalta ja maa toisaalta. Ihanteellisella eristöllä on korkea vastus (joka määrittää vuotovirran), korkea dielektrinen ominaisuus, pieni lämpökerroin , pieni kosteuden imeytyminen, pieni läpäisevyys (joka määrittää kaapelin kapasitanssin), on palamaton, kemiallisesti vakaa, sillä on suuri mekaaninen lujuus , korkea viskositeetti kyllästyslämpötilassa, korkea vetolujuus ja plastisuus . Lisäksi sen on oltava säännöllinen, ilman epäpuhtauksia, kestävä aikaa ja johtimen kuumentumisesta johtuvaa lämpötilaa vastaan. Lopuksi polymeerien polarisaatiosta ja varausten liikkeistä johtuvien dielektristen häviöiden on oltava pieniä. Havaittu hajoamistekijä tai häviötekijä edustaa resistiivisen vuotovirran ja kapasitiivisen vuotovirran suhdetta, ja sen pitäisi olla pieni. ${\ displaystyle \ tan (\ delta)}$

Pienjännitteille voidaan käyttää luonnonkumia, vulkanoituja, guttapercha- ja PVC-eristeitä, mutta niiden ominaisuudet ovat liian rajoitetut suurjännitteelle. Kaapeleille, joiden jännite on yli 10 kV, käytetään käytännössä seuraavia eristyksiä:

öljyllä kyllästetty paperi ;
matalatiheyksinen polyeteeni (lyhennetty LDPE);
suuritiheyksinen polyeteeni ;
silloitettu polyeteeni (lyhennetty XLPE).

Eteeni-propeeni (EPR), voidaan myös käyttää, mutta se on vahva dielektristä häviötä ja dielektriset ominaisuudet yleensä huonompi kuin PEX.

Kyllästetty paperieriste koostuu monista ohuista matalatiheyksisestä paperiliuskasta, jotka on kääritty kerroksittain johtimen ympärille. Mitä suurempi sähköinen jännitys, sitä ohuempien nauhojen on oltava. Valittu massa on vähän epäpuhtautta ja pitkiä kuituja. Se on valmistettu käyttäen Kraft-prosessia. Suuri tiheys on etu dielektrisille ominaisuuksille, mutta virhe läpäisevyydelle ja häviökertoimelle. Ne kyllästetään sitten mineraaliöljyllä tai 1980-luvulta lähtien lineaarisella alkyylibentseenillä . Jälkimmäisen etuna on kemiallisesti stabiili erityisesti hapen läsnä ollessa. Sillä on myös hyvät dielektriset ominaisuudet, matala läpäisevyys, matala viskositeetti ja absorboi vetyä . Siksi siitä on tullut vakio. Kyllästetty paperieriste on hyvin herkkä kosteudelle, onteloita muodostuu myös ajan myötä, ellei paperia pidetä paineessa. Se on tarpeen kuivata tyhjiössä. Lisäksi öljy voi syttyä palamaan, mikä on suuri ongelma tunneleissa. Kyllästetyllä paperilla tehdyillä eristeillä saavutetaan vaihtovirrassa noin 15 kV / mm eristysarvot. Yksi mahdollinen parannus paperin eristämisessä on sijoittaa polypropeenikerros kahden paperikerroksen väliin. Tämä kutsutaan ” paperi polypropeeni laminaatti ” (PPL). Tämä tekniikka parantaa dielektristä eristystä.

Polyeteenillä on vika, että se ei siedä johtimen lämpötilaa, joka on korkeampi kuin 70-80 ° C sulamisvaikeuksien vuoksi. Silloitetulla polyeteenillä, jolla on kiteinen rakenne, on parempi lämpökäyttäytyminen ja se voi kestää 90 ° C tasaisessa tilassa ja yli 200 ° C oikosulun (siis muutaman sekunnin) aikana. Sen dielektrinen lujuus on noin 15 kV / mm.

Suurin eristyslämpötila

Materiaali	Suurin nimellislämpötila (° C)	Suurin oikosulkulämpötila (° C)
LDPE	70	125
XLPE	90	250
EPR	90	250
Massakyllästetty paperi	50-55
Öljykyllästetty paperi, öljyjäähdytetty	85-90
Öljyllä kyllästetty paperi, kaasujäähdytteinen	65-85

Puolijohdeseulat

Puolijohdeseinä sijoitetaan toisaalta johtimen ja eristeen väliin sekä toisaalta eristeen ja sitä seuraavien kerrosten väliin. Siten puolijohdeseulat sijaitsevat eristimen sisä- ja ulkopinnoilla. Tätä kokoonpanoa kutsutaan joskus "Triplexiksi", kun se valmistetaan koekstruusiolla. Niiden tehtävänä on tehdä sähkökentästä homogeeninen johtimen ympärillä, välttäen siten huippuvaikutuksia, jotka voivat johtaa osittaisiin purkauksiin, jotka voivat vahingoittaa eristystä. Erityisesti on välttämätöntä välttää onteloiden muodostumista metallin (ydin, seula) ja eristimen välillä, mikä saattaa olla sähkökentän voimakkaiden heterogeenisuuksien paikka.

Erityisesti XLPE-kaapeleille tämä kerros valmistetaan käyttämällä puolijohdeseosta, joka perustuu silloitettuun polyeteeniin ja grafiittiin, seosta, jolla on suuri homogeenisuus ja erittäin alhainen karheus. Tämän kerroksen paksuus on 1-2 mm, ja sen hinta on korkea tämän raaka-aineen hinnan vuoksi.

Kyllästetyllä paperilla eristetyissä kaapeleissa tämä kerros valmistetaan grafiittipaperilla tai kuparikerroksella. Sitä kutsutaan Hochstadter-kerrokseksi.

Metallinen näyttö

Ulkoinen johdin on maadoitettu ja palvelee vuoto- ja oikosulkuvirtoja. Sen tehtävänä on myös suojata kaapelia veden tunkeutumiselta. Lopuksi se tekee ulkoisen sähkökentän melkein nollaksi.

Näytön maadoitus on tärkeää määritettäessä kaapelin suurin mahdollinen virta. Ihannetapauksessa maadoitusjärjestelmä rajoittaa kiertovirtaa (lämmönlähde, se vähentää kaapelin siirtokapasiteettia) ja indusoitu jännite nousee missä tahansa linkin kohdassa käyttötilanteessa. Käytännössä on kolme mahdollisuutta:

Maadoitus kaapelin toisessa päässä
Maadoitus kaapelin molemmissa päissä
Transponoitu maadoitus: ristisidos

Ensimmäisessä tapauksessa, koska näyttö on kytketty maahan vain yhdessä pisteessä, virta ei voi virrata sen läpi. Siksi pyörrevirtahäviöitä ei ole . Jännite maadoittamattomassa päässä voi kuitenkin nousta korkeaksi. On mahdollista rajoittaa sitä ylijännitesuojalla . Ulkoisen eristeen mitoituksessa on kuitenkin otettava tämä korkea jännite huomioon. Toisessa tapauksessa ydin voi indusoida näytössä suuren virran ja aiheuttaa suuria häviöitä. Toisaalta jännitys on nolla. Viimeinen ratkaisu koostuu kunkin vaiheen näyttöjen saattamisesta osiin säännöllisin väliajoin. Jos jokainen osa on kolmasosa kaapelin kokonaispituudesta ja jos kolmivaiheinen järjestelmä on tasapainossa, indusoidut virrat sulkevat toisensa ( ). Jännitettä rajoittavat salamanpysäyttimet kussakin transponoinnissa. Jos kolmivaiheinen järjestelmä on epätasapainossa, on olemassa nollasekvenssikomponentti . Toisessa päässä maadoitetun kaapelin nollasekvenssi-impedanssi on ääretön, molemmissa päissä maadoitetun kaapelin ja transponoidun maadoituksen impedanssi on identtinen. ${\ displaystyle I_ {screen1} + I_ {screen2} + I_ {screen3} = 0}$

Näyttö laitettu kaapelin toiseen päähän. Jännitettä toisessa päässä ei ole rajoitettu.
Näyttö on maadoitettu molemmista päistä. Sielun aiheuttama virta näytöllä virtaa maan läpi.
Transponoidut näytöt. Kunkin näytöissä olevan sielun aiheuttama virta kompensoi ja peruuttaa toisensa.

Tämän ruudun rakentamiseen on neljä mahdollisuutta: lyijyputki, alumiiniputki, kierteiset kuparilangat tai kuparin ja lyijyn yhdistelmä. Materiaalit erotetaan niiden resistanssista ja painosta. Muut valinnat, kuten hinta, korroosionkestävyys tai jäykkyys, voidaan ottaa huomioon tässä valinnassa. Näytön sähköisen resistiivisyyden on oltava riittävän pieni rajoittamaan lämmitystä oikosulun aikana ja välttämään siten vierekkäisten materiaalien hajoamista. Mitä pienempi resistiivisyys, sitä vahvemmat indusoidut virrat rajoittavat kaapelin siirtokapasiteettia. Lyijyllä on verrattuna muihin metalleihin korkea sähkövastus, joka on kompensoitava suuremmalla paksuudella. Sen tärkeimmät puutteet ovat se, että se on kallista, raskasta ja myrkyllistä. Alumiini on kevyt, suhteellisen taloudellinen, sillä ei ole ongelmia kosteuden kanssa, sen resistiivisyys on pieni. Kuparin matala sähköinen vastus mahdollistaa tyydyttämisen yksinkertaisilla johtimilla massiivisen putken sijaan keveyden, hinnan ja jäykkyyden hyväksi. Selkeä etäisyys mahdollistaa optisen kuidun ohittamisen tietyissä tapauksissa. Lopuksi useiden materiaalien yhdistelmä voi mahdollistaa niiden etujen yhdistämisen jakamalla näytöltä odotetut toiminnot, mutta voi tuottaa galvaanisia kytkimiä. Lyijyvaipan ja kuparilangan pari on tunnistettu kalliiksi ja myrkylliseksi. Kaapeleissa, joissa on ulkoinen paine, toiminto suoritetaan jäykällä putkella, teräksestä, lyijystä tai alumiinista.

Ulkosuojus

Ulompi suojavaippa tai vaippa on yhtenäinen ja yhtenäinen vuori, joka ympäröi johtinta tai johtosarjaa ja varmistaa näiden johtimien suojan kosteudelta ja mekaanisen tai kemiallisen alkuperän pilaantumiselta. Se suojaa myös kaapelin mekaanisilta vaurioilta ja öljyhäviöltä. Se on valmistettu PVC: stä tai polyeteenistä.

Teknologiat

Yksi- ja kolmivaiheinen kaapeli

Kaapelit voivat olla joko yksi- tai kolmivaiheisia. Ensimmäisessä tapauksessa vain yksi johdin ylittää kaapelin, 3 kaapelia tarvitaan AC-verkoissa tavallisen kolmivaiheisen järjestelmän toteuttamiseksi. Kolmivaiheisten kaapeleiden tapauksessa kolme vaihetta ovat yhdessä vaipassa, läsnä on 3 johtoa ja eristekoteloa. Yksivaiheisen ratkaisun etuna on, että tarvitaan halkaisijaltaan pienempiä kaapeleita, minkä jälkeen voidaan valmistaa suurempi pituus kaapeliosaa kohden. Ne voivat myös kuljettaa enemmän virtaa. Niiden kaarevuussäde (tai kaarevuus) pienenee, tämä yhdistettynä niiden pienempään painoon tekee niistä helpompia asentaa. Niitä on myös helpompi korjata. Hätäkaapelin asennus on mahdollista myös tässä tapauksessa: ylimääräinen yksivaiheinen kaapeli aiheuttaa 33%: n lisäkustannuksen, kun taas kolmivaiheinen lisäkustannus on 100%. Toisaalta yksivaiheiset kaapelit vievät yleensä enemmän tilaa. Koska niiden järjestely ei ole symmetrinen, on tarpeen tehdä transpositiot Kaapeleiden välinen. Lopuksi yhden vaiheen aiheuttamaa magneettikenttää ei peruta yksivaiheisen kaapelin muiden vaiheiden voimakkuus, tämä indusoi virtaa metalliseulassa ja aiheuttaa siten menetyksiä.

Massakyllästetty paperikaapeli

Massakyllästetyissä paperikaapeleissa käytetään erittäin viskoosia öljyä, joka ei virtaa varsinkaan vaurioiden tai kytkentärasioiden tasolla . Tämän tyyppiset kaapelit ovat yleensä hyvin vanhoja. Ne rajoittuvat pien- ja keskijännitteisiin vaihtovirrassa, maksimijännitteen ollessa noin 60 kV . Tämä tekniikka soveltuu hyvin syvyyteen. Ne sisältävät 1 tai 3 vaihtovirtajohtoa. Niiden halkaisija on noin 110-140 mm ja ne painavat 30-60 kg / m . Niiden ainoa sovellus vuonna 2005 on suurjännitteiset tasavirtayhteydet. Tasavirrassa onteloiden ja muiden paperissa esiintyvien vikojen aktiivisuus vähenee, mikä mahdollistaa kyllästetyn paperimassan kaapeleiden käytön myös tasavirran suurjännitteillä. XLPE-kaapelien kehitys, joka saavuttaa suuremmat jännitteet, voi saada ne katoamaan. Tätä tekniikkaa käytetään useimmissa nykyisissä DC-sukellusveneyhteyksissä.

Paineistettu öljykyllästetty paperikaapeli

Sisäinen paine

Öljy voi olla paineistettu tyhjiöiden ja osittaisten tyhjenemisten välttämiseksi ja siten maadoituskaapeleilla saatavia suurempien jännitteiden saavuttamiseksi. Jäykkä tai puolijäykkä alumiini- tai lyijykotelo ylläpitää tätä painetta. Öljykanava kulkee johtimen keskustan läpi sen jäähdyttämiseksi ja eristeen säilyttämiseksi tarvittavan paineen aikaansaamiseksi. Tämä on 2 ja 4 baarin välillä. Öljyä varten on järjestettävä suuret painesäiliöt, jotta öljyn ylimäärä ylittyy lämpölaajenemisen aikana ja öljynpaine säilyy korkeammalla kuin merivesikaapelin tapauksessa. Niiden halkaisija on noin 110-160 mm ja ne painavat välillä 40-80 kg / m .

Ne voivat saavuttaa erittäin korkeat jännitteet. Toisaalta niiden pituus on rajoitettu noin 30-60 km: iin , jos välipainesäiliötä ei ole, sen lisäksi öljyn hyvää kiertoa ei voida enää taata. Öljykaapelien valmistus on myös suhteellisen monimutkaista.

Ne ovat ensisijaisia ratkaisuja merikaapeleille, joissa on XLPE. Vuonna 1996 ne edustivat suurinta osaa kaapeleista, joiden jännite oli yli 150 kV . Toisaalta niitä käytetään hyvin vähän tasavirrassa. Kyllästettyjä paperikaapeleita käytetään 1960-luvulla yhä vähemmän, mutta niiden pitkä käyttöikä selittää, miksi monet tämän tyyppiset kaapelit ovat edelleen käytössä kaikkialla maailmassa.

Ulkoinen paine

Jopa suurempia paineita, luokkaa 15 baaria, voidaan käyttää parempien dielektristen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Se voi saavuttaa 60 kV / mm . Öljy valitaan tällöin hyvin juoksevaksi. Kolme johtinta sijoitetaan paineenkestävään putkeen. Tämä aiheuttaa kuitenkin suuria öljyhäviöitä vuotojen sattuessa. Nämä kaapelit, joita toisinaan markkinoidaan öljystaattisen tuotemerkin alla, olivat suhteellisen yleisiä Yhdysvalloissa ja Neuvostoliitossa , mutta harvat muualla. Ne soveltuvat jakeluun kaupungeissa, joissa niiden kestävyyttä arvostetaan. Putket ovat melko kalliita verrattuna sisäisten paineiden kaapeleiden metallivaippoihin, ja lisäksi se, että kolme vaihetta asetetaan ilman metallista suojausta niiden välillä, lisää häviöitä.

Pakotetut jäähdytyskaapelit

1970-luvulla hankkeissa yritettiin lisätä sähkökaapeleiden sähkönsiirtokapasiteettia sisäisessä tai ulkoisessa paineessa jäähdyttämällä niitä vedellä, ilmalla tai höyryllä. Yhden tai useamman kaapelin on tällöin toimittava lähtöpiirinä, toisten paluupiirinä.

Kaasukaapeli

Sisäinen paine

Sisäiset kaasupainekaapelit toimivat samalla periaatteella kuin ulkoiset öljynpainekaapelit. Kaasu, itse asiassa typpi , korvaa öljyn kyllästetyn paperieristyksen puristamiseksi ja on erottamaton osa dielektristä eristystä. Öljyyn verrattuna kaasulla on se etu, että se ei ole syttyvää.

Muut kohdat ovat vähemmän yksimielisiä; joten vaikka RK Rahkut väittää, että kaasukaapelit hyödyntävät sitä, että kaasun konvektio on suurempi kuin öljyn, mikä on etu jäähdytykselle, MA Laughton huomauttaa, että kaasujäähdytteisiä eristyksiä ei voida lämmittää 65-85 ° C: seen öljyjäähdytteiset voidaan saattaa 90 ° C: seen. Samoin huollossa Nexans väittää, että kaasunpaineen ylläpitojärjestelmä tarvitsee enemmän huoltoa kuin öljylle, kun taas RK Rahkut kirjoittaa, että kaasukaapeleita käytetään siellä, missä öljyn laajentuminen on ongelma, mikä saattaa tuntua ristiriitaiselta.

Ulkoinen paine

Suurin ero sisäisten ja ulkoisten painekaasukaapelien välillä on, että toisessa tapauksessa metallivaippa, yleensä lyijy, peittää kukin johtavan eristekokoonpanon erikseen, kun taas sisäiselle paineelle ne ovat paljaita. Johtimet on järjestetty kolmioon ja niitä ympäröi painekalvo. Ne täytetään kaasulla noin 15 baarin paineessa . Tämä kaasu pitää paperin paineen alaisena, mutta ei ole osa dielektristä eristystä. Nämä kaapelit vaativat yleensä vähän huoltoa, mutta ovat kalliita.

Kaasulla eristetty kaapeli

Ulkoiset kaasun painekaapelit voivat käyttää joko kiertävää tai staattista kaasua. Ne voivat saavuttaa korkeimmat jännitteet.

Kaasueristeiset kaapelit ovat jäykkiä johtimia käyttäen alumiini- johdin, eristeen tehty kaasuseos typen - SF 6 ja ulompi alumiini metallikuori. Niiden kapasiteetti maahan nähden on pienempi kuin muilla kaapeleilla, mikä rajoittaa sähkökompensoinnin tarvetta . Ne voivat saavuttaa korkeimmat jännitteet, joita käytetään energian poistamiseen voimalaitoksista, ja niiden etuna on, että ne voidaan asentaa pystysuoraan. Tätä käytetään erityisesti vesivoimalaitoksissa. Nämä järjestelmät mahdollistavat myös usean suurjännitelinjan ylityksen.

XLPE-synteettinen eristetty puristettu kaapeli

Synteettiset eristetyt kaapelit ovat suosituimpia nykyään, erityisesti ne, joissa on XLPE-eristys. Ensimmäisillä XLPE-luokitelluilla, silloitetuilla polyeteenieristeillä kaapeleilla oli maine epäluotettavina, koska ne halusivat muodostaa sähköisiä puita veden läsnä ollessa. Nykyaikaiset suulakepuristusmenetelmät ovat ratkaisseet tämän ongelman. Sen erinomaiset dielektriset ominaisuudet, vastustuskyky ikääntymiselle ja hyvä luotettavuus tekevät siitä valinnanvaraisen ratkaisun vedenalaiseen ja maanalaiseen käyttöön.

XLPE: hin käytetyt johtimet ovat usein pienikokoisia. Näiden kaapeleiden halkaisija on noin 90-120 mm ja ne painavat 20-35 kg / m . Niiden mekaaninen lujuus on pienempi kuin kyllästetyillä paperieristeillä, koska ne ovat herkkiä paperin repeämiselle.

Suurimpiin jännitteisiin ei pääse XLPE-merikaapeleille, mikäli sopivia kytkentärasioita ei ole. Kytkentärasioiden raja vuonna 2012 on 245-345 kV . Siksi 550 kV: n XLPE-kaapeleita on olemassa, mutta ei niiden kytkentärasioita. Siksi niiden pituutta rajoittaa teollinen kyky rakentaa se yhtenä kappaleena, 170 kV: n kaapeleille tämä pituus on 50 km .

Niiden etuna on, että ne eivät sisällä öljyä, joten vuotoriski on poistettu.

Päätteet ja liitäntäkotelot

Päättyy

Kaapelin päissä, liittimissä, sähkökenttä ei saa saavuttaa materiaalien (kiinteä tai kaasumainen eristin) rikkoutumiskynnystä. Siksi on välttämätöntä hallita metallipintojen muoto potentiaalien "mallintamiseksi" (jotta ne eivät tule liian lähelle).

Näiden ekvipotentiaalilinjojen, toisin sanoen sähkökentän arvon, hallitsemiseksi käytetään eristemateriaalista ja metallikalvosta valmistettua deflektoria vastakkaisena piirrettynä.

1 kpl järjestelmä keksi NKF on Delft vuonna 1964. Tämän jälkeen hänet yleistää valmistajien, erityisesti laitteiden kirjekuoria .

Vuodesta 2011 lähtien päät kestävät jopa 500 kV : n XLPE-kaapeleiden jännitteitä .

Liitäntärasiat

Suurjännitekaapelin kahden osan liittäminen aiheuttaa kaksi suurta ongelmaa. Ensimmäinen on se, että ulompi johdin ei ulotu sinne, tämän ei pitäisi johtaa samanlaiseen sähkökentän pitoisuuteen kuin päätelaitteella. Toinen on, että eristysten ja johtimien kohtaamispaikalle tulisi luoda tyhjä kenttäalue. Nämä ongelmat ratkaisi NKF Delftissä vuonna 1965 ottamalla käyttöön kytkentärasian.

Vastakkaisessa kuvassa on valokuva tällaisen laitteen osasta. Sähkökenttä taipuu toisen kuvan mukaisesti.

Liitäntärasioita on useita:

valmiiksi valettu tai nauhoitettu
1 osassa tai 3,
kylmä kutistuu taukolla näyttöjen välillä tai ei.

Teipatut liitokset ovat suositeltavia jopa 110 kV asti valmiiksi valettuihin. Ensimmäisessä tapauksessa kaapelin eristävä vaippa valmistetaan uudelleen paikan päällä, tämä ratkaisu on taloudellinen. Sen tuotannon laatu ja siten sen luotettavuus riippuvat voimakkaasti sen muodostavan liittimen asenteesta. Banded-tekniikka, vaikkakin vaikea hallita ja aikaa vievä, on edullista sukellusveneille, koska se tuottaa vain vähän ylimääräistä paksuutta. Tämä mahdollistaa suoraan tehtaalla tuotettujen pituuksien yhdistämisen ennen niiden lataamista köysialukseen. Valmiiksi valetut koostuvat yhdestä elektrodista ja kahdesta ohjainkartiosta. 3-osainen on koottava paikan päällä. Niin sanotut siirtymäkaapit mahdollistavat myös erityyppisten kaapelien yhdistämisen toisiinsa.

Päätelaitteen tai liitäntäkotelon kokoaminen on herkkä toimenpide. Risteyksen laadun varmistamiseksi se on suoritettava tietyllä ulkolämpötila-alueella ja kaiken kosteuden tunkeutumista on vältettävä. Kaapelit on leikattava ja irrotettava niiden päästä, ja kerrokset on asetettava uudelleen yksi kerrallaan. Ytimien liittämistä varten on olemassa useita tapoja: aseta kuparisylinteri johtimien ympärille ja purista ne yllä sopivilla pihdeillä (puristusliitos tai rei'itetty liitos) tai ruuvaamalla ne johtimiin domino-tapaan (liitos ruuvattu) ), tai juota johtimet yhteen (juotettu liitäntä). Sitten eristys on paljastettava, ohjainelementti asetetaan sitten sen ympärille. Tämä toimenpide on monimutkainen ja vaatii koulutettua henkilöstöä.

Merikaapeleiden kytkentärasioiden vikaantumisaste on korkeampi kuin muiden komponenttien.

Vuodesta 2011 alkaen liitäntäkotelot kestävät jopa 400 kV : n XLPE-kaapeleiden jännitteitä .

Sovellukset

Maanalainen vaihtovirta

Puhumme suurjännitteestä, kun jännite on suurempi kuin 1 kV . Kaapeleita on varmasti 3 ja 6 kV , mutta useimmilla jännitteet ovat yli 10 kV . Niitä, joiden jännite on välillä 1–50 kV, kutsutaan yleisesti HTA: ksi, yli 50 kV: n HTB: ksi.

Maanalaisten kaapeleiden tapauksessa ne on haudattu noin 1–1,5 metrin syvyyteen. Merituuliturbiinit kytketään yleensä XLPE-kaapeleilla, joiden jännite vaihtelee välillä 10-36 kV , alustaan, joka lisää jännitettä, sitten tältä alustalta, joka on kytketty maahan käyttämällä kaapelia, jonka jännite on yli 100 kV .

Maanalaisten kaapeleiden vertailu ilmajohtoihin

Vaihtovirran siirtäminen kaapelilla on ongelmallista. Tietyn matkan, noin 60-80 km maanalaisten tai sukellusveneyhteyksien yli, kapasitiivisen virran merkitys tekee sähkön siirtämisestä vaihtovirrassa houkuttelevaksi. AC-kaapeleilla on todellakin kapasitiivinen käyttäytyminen maan suhteen. Heidän latauksensa ja purkautumisensa kuluttavat lopulta kaiken käytettävissä olevan virran. Toisin sanoen kaapelin kuljettama teho muuttuu täysin reaktiiviseksi. Tämän kapasitiivisen vaikutuksen vähentämiseksi asennetaan tavanomaisiin sidoksiin kompensoinnin AC-reaktanssi , mikä on kallista. Koska tämä kompensointitarve lisääntyy jännitteen myötä, suurjännitelinjoja haudataan harvoin. Näin ollen 400 kV: n linjaa varten kompensointiasema tarvitsisi suunnilleen 20 km: n välein .

Tämä ilmiö ilmestyy vain tasavirralle, kun virta kytketään tai päinvastainen päinvastainen (VSC: llä ei ole edes käänteistä napaisuutta). Tasaisessa tilassa, kun virta on jatkuva, kaapelin loiskapasitanssi ei lataudu tai purkaudu. Siksi HVDC: lle ei ole teoreettista rajaa. Siksi se soveltuu erityisen hyvin sähköenergian siirtämiseen kaapelilla.

Vaihtovirtaiset maanalaiset linjat ovat tyypillisesti 7-20 kertaa kalliimpia kuin ilmajohdot, mutta tämä riippuu monista parametreista: esimerkiksi maaperän tyypistä. Tämä kerroin kasvaa jännitetason mukana. Kaapeleita käytetään siksi pääasiassa kaupunkialueilla, joissa ylijohtojen rakentaminen on vaikeaa. Koska kaapelit eivät ole visuaalisesti vaikuttaneet maapallon tulo- ja poistumispaikan ulkopuolelle, väestö hyväksyy kaapelit paljon paremmin kuin korkeajännitteiset ilmajohdot. He käyttävät myös vähemmän maata ja johtavat vähemmän ympäröivän kiinteistön devalvaatioon. Näin ollen Europacable vahvistaa, että 5 GW: n tehon kuljettamiseen tarvitaan vähintään 50 m leveä käytävä, jossa on ilmajohto, kun taas 12 riittää kaapeleille. Jalanjäljen pienentämiseksi edelleen on mahdollista ryhmitellä useita kaapeleita yhteen "nippuun" , esimerkiksi sijoittaa 2 sähkökaapelia rinnakkain ja liittää ne optiseen kuituun.

On kuitenkin huomattava, että niiden rakentamisen aikana kaapelit aiheuttavat enemmän häiriöitä kuin ilmajohdot, reitin kaivaminen on pidempi kuin pylväiden asennus. Kaapeleissa esiintyy vähemmän sähkövikoja kuin ilmanjohdoissa. Esimerkiksi salamat tai myrskyt eivät vaikuta niihin . Vaikka poistamme oikotiet (jos salama on salama, leikkaus kestää muutaman millisekunnin), ylijohdoilla on enemmän pitkiä katkoksia. Tämä on kuitenkin määriteltävä sillä, että vikaa on vaikea löytää kaapelista (kun taas ilmajohdoille silmämääräinen tarkastus riittää suurimman osan ajasta), korjaus on myös pidempi, noin kolmen viikon luokkaa. Kaapeleiden huolto on myös vähäisempää, esimerkiksi puiden karsimista ympäristössä ei ole tarpeen, mikä on merkittävä budjetti. Siksi HVDC-kaapeleiden käyttökustannukset ovat vähäiset.

Vuonna 1996 CIGRÉ kirjasi seuraavat tilastot maanalaisten ja ilmajohtojen jakautumisesta:

Maanalaisten ja ilmajohtojen jakautuminen jännitetason mukaan

Jännitetaso (kV)	Nykyisten maanalaisten linjojen osuus (%)	Suunniteltujen ja hyväksyttyjen metrolinjojen osuus (%)
110-219	3.1	11
220-362	0,94	1.9
363-764	0,26	0,33

Nämä luvut osoittivat, että suuntaus on varmasti kohti enemmän hautausmaita kuin aikaisemmin, mutta suurin osa linjoista on edelleen antenni. Kansalliskokouksen numeron 3477 raportissa todetaan, että Ranska oli tuolloin 813 km : n hautautuneilla 225 kV: n johtimilla johtava asema tällä alalla. 225 ja 400 kV linjan osuus on merkityksetön. Yleinen kysyntä on edelleen tärkein syy kaapeleiden hautaamiseen.

Sukellusvenekaapelit

Kuten maanalaisten kaapeleiden kohdalla, vaihtovirralla varustetun sähkökaapelin enimmäispituus on noin 60-80 km , minkä lisäksi on tarpeen käyttää kompensointia. Tästä syystä tasavirta on usein edullinen.

Merikaapeleiden korjaus on monimutkaista, on tarpeen paikantaa vika, leikata vaurioitunut osa, laittaa varakaapeli ja asentaa kytkentärasiat merelle.

Merikaapeleiden kustannukset riippuvat monista tekijöistä: sähköiset ominaisuudet, pituus, reitti, syvyys, asennettavat suojat jne. Tästä syystä on vaikea antaa yleistä käsitystä. Voidaan kuitenkin sanoa, että HVDC-linkkien tapauksessa kaapelien kustannukset ylittävät yleensä muunninasemien kustannukset useita kertoja.

DC-kaapeli

Vaikka tasavirtaa kuljettavan kaapelin rakenne on samanlainen kuin vaihtovirtajohdon, eräitä eroja on huomattava. Jako eri osiin on identtinen, toisaalta eristystä rajoittava fysiikka on erilainen, myös testit.

Yksi ongelmista, joita XLPE-kaapelit kohtaavat tasavirran läsnä ollessa, on varausten kertyminen eristyksen tietyissä paikoissa, jotka rajoittavat niiden dielektrisiä ominaisuuksia. Kentänmuutos saa heidät kulkeutumaan luomalla virtaa eristykseen, mikä tuottaa joulehäviöitä ja lämmittää sitä. Lisäksi näiden varausten synnyttämä sähkökenttä voi johtaa valokaareen. Niinpä XLPE-kaapeleilla on myös vaikeuksia kestää linjojen (LCC) kytkemien HVDC-asemien polaarisuussuuntaisia muutoksia, joten ne on varattu jännitelähdeasemille (VSC), joilla on vakaa napaisuus. Näiden eristykseen siirtyvien varausten ongelmien ratkaisemiseksi japanilaiset tutkijat, jotka työskentelevät J-Powerin ja Viscasin palveluksessa, ovat kehittäneet polyeteenin, joka vangitsee varaukset ja jolla on parempi äänenvoimakkuuden kestävyys. Kenttä on säännöllisempi eristys. Vuonna 2004 he ilmoittivat kehittäneensä polyeteenin, joka vangitsee varaukset ja jolla on parempi äänenvoimakkuuden kestävyys. Kenttä on säännöllisempi eristys. Tasavirran sähkökaapeli, jonka jännite on 500 kV, on testattu onnistuneesti. Vuonna 2011 he ilmoittivat voittaneensa ongelman ja voivansa käyttää XLPE-kaapelia LCC-aseman kanssa.

Vuonna 2012 HVDC: n XLPE-kaapelit rajoitetaan +/- 320 kV: n jännitteisiin ja 1000 MW: n bipolitehoon . Erittäin suurille jännitteille tarvitaan edelleen massalla kyllästettyjä paperikaapeleita. Nestemäisiä öljykaapeleita ei juurikaan käytetä HVDC: ssä. Ne voivat saavuttaa +/- 500 kV: n jännitteet (ABB markkinoi jopa 550 kV ), kun teho on 1600 MW per bipoli, mikä edustaa johtimen poikkileikkausta 2500 mm 2 . Ne eroavat toisistaan vaihtovirtaöljykaapeleista, koska tasavirtajohdot eivät altistu dielektriselle häviölle, joten ne voivat käyttää tiheämpää paperia. Huomaa, että XLPE-kaapelit tarvitsevat suuremman määrän liitoksia samalla etäisyydellä kuin kyllästetyllä maadoitetulla paperilla varustetut kaapelit.

Vuodesta 2012 suurin osa HVDC-kaapeleista käytetään sukellusveneyhteyksiin, koska vaihtovirta ei ole riittävä kuljettamaan tehoa yli 80 km: n etäisyydellä . HVDC kaapelit eivät ilmenee ongelmia matkan, joten pisin merikaapeli vuonna 2012 on kuin NorNed hankkeen , joka yhdistää Norjan ja Alankomaiden , joka on 580 km pitkä ja siinä on 700 MW . Suurjännitetasasovelluksista sähkökaapeleiden kanssa löydämme offshore-alustoja, jotka yhdistävät tuulipuistoja kaukana maasta, ja jotka ovat tällä hetkellä pääasiassa Pohjanmerellä .

HVDC-linjojen osalta Europacable puhuu kustannuksista, jotka vaihtelevat 1–2,5 miljoonaa euroa kilometriä kohden maanalaisille linjoille, tai 2–3 kertaa kalliimpia kuin ilmajohdot.

Kaapelit röntgenlaitteille

Suurjännitekaapelit laitteiden röntgenkuvien röntgenputkien liittämistä varten ovat melko erilaiset kuin ne, joita käytetään voimansiirtoon. Niitä kulkee suhteellisen heikko virta: muutama milliampeeri 30-200 kV : n jännitteellä . Ne ovat joustavia, eristettyjä kumilla tai elastomeerillä, niiden johdin on punottu ja niissä on kuparilangan vaippa.

Asettaa

Maanalaisten kaapeleiden asentamiseen on kolme vaihtoehtoa:

tunnelissa
tupoissa, joissa on trefoil-järjestely
vaipoissa kaapeleiden kanssa, jotka on yksinkertaisesti purettu tasaiselle pinnalle, arkiksi

Kun kaapeli haudataan suoraan, kaivetaan kaivanto, kaapeli asennetaan kovalle pohjalle ja peitetään sitten erityisen matalalla lämmönkestävällä hiekalla (tai laihalla sementillä), minkä jälkeen kaivos täytetään. Tämä ratkaisu on taloudellisempi kuin tunnelin rakentaminen. Toisaalta jälkimmäisessä tapauksessa kaapelien osa on vähemmän tärkeä ja kaapelin on tarkoitus kulkea jäykässä putkessa. Kaapeliosien pituutta rajoittaa kelojen kuljetus. Tyypillisesti nämä osuudet ylittävät kilometrin, kelat painavat jopa 40 tonnia. RTE puhuu risteysten välisestä etäisyydestä, joka vaihtelee 500 m: stä 1 km: iin .

Merikaapeleiden asennus on jonkin verran erilainen, erityiset alukset, kuten Giulio Verne, kuljettavat ja asentavat kaapelin. He voivat kuljettaa noin 100 km vakiokaapelia kerrallaan. Cometa-hanketta varten, Espanjan ja Mallorcan välillä , kaapeli on ohuempi, ja se voidaan asentaa yhtenä kappaleena 242 km pitkä. Jos merivirta on voimakas tai haluat sijoittaa kaapelin tarkasti, meren pohjassa käytetään robottia kaapelin asettamiseksi paikalleen. Hän kaivaa kaivannon suojaamaan kaapelia mahdollisilta vaurioilta, kuten laivan ankkurit tai pyydykset. Hyvin syvällä alueella näitä riskejä ei ole, joten hautaaminen ei ole tarpeen. Kaivannon avaamiseen on useita tapoja: kaivinkone, ketju, " jetointi " ... Kaapelin suojauksen parantamiseksi sen reittiin voidaan sijoittaa patja, joka on valmistettu sementti- tai hiekkasäkistä. Se voidaan myös asettaa koteloon. On huomattava, että kaapelin asennuksen aikana jälkimmäinen "roikkuu" veneestä, mitä suurempi syvyys, sitä suurempi kaapeliin kohdistuva mekaaninen rasitus. Yksi ratkaisu on käyttää teräsvaippaa hyvien mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi, toinen on alumiinivaipan käyttäminen kaapelin keventämiseen.

Valmistus, laatu, testaus ja diagnostiikka

Valmistus

Kaapeli- ja materiaalivalmistajien välinen yhteistyö on mahdollistanut erityyppisten XLPE-tyyppien määrittelyn erittäin tiukoilla vaatimuksilla. Tuottajat vaativat yleensä " erittäin puhdasta " polymeeriä , joka varmistaa, että hiukkasten lukumäärä ja koko pysyy alhaisena. Raaka-aineen varastointi täysin puhtaassa, puhtaassa huoneessa on kaapelintuottajan kannalta välttämätöntä. Kehittäminen suulakepuristimet Ristikytkettyjen muovien on tehnyt mahdolliseksi saada virheetön puristamiseen kaapeleita.

Ne voivat olla kolmea erilaista: pystysuora jatkuva vulkanointi, VCV, jatkuva ajojohdon vulkanointi , CCV tai jatkuva vulkanointi, joka tunnetaan nimellä Mitsubishi Dainichi, MDVC. Ensimmäisessä tapauksessa kaapeli on pystysuora, toisessa se muodostaa jatkojohdon ja viimeinen on vaakasuora puristamisen aikana.

Laatu

Suurjänniteeristyksen kehitystä rajoittavat kaksi laatukysymystä. Ensinnäkin puolijohdekerrosten on oltava täysin homogeenisia, ilman mitään ulkonemaa, jopa muutaman mikronin. Samoin eristeen ja näiden kerrosten on oltava täydellisessä kosketuksessa: halkeamat, ilmataskut ja muut mikronin suuruiset viat voivat heikentää kaapelin dielektrisiä ominaisuuksia.

Tällöin itsessään eristys ei saa sisältää ulkopuolisia hiukkasia, onteloita tai muita vikoja. Kaapelin eristyksessä voi ilmetä seuraavia puutteita:

Sähköpuu
Tyhjä käyttöliittymässä
Tyhjiöeriste
Saasteaine
Ulkonema puolijohteessa
Päästö epäpuhtaudesta
Poisto tyhjiöstä
Eristeen purkaus
Purkautuminen johtimesta
Kosteus

Mikä tahansa vika lyhentää kaapelin käyttöikää, joka on yleensä noin 30 vuotta tai enemmän.

Luotettavuus

Luotettavuuden kannalta korkeajännitteisillä sähkökaapeleilla on seuraavat tilastotiedot valitusta eristyksestä riippuen:

Maanalaisten ja ilmajohtojen jakautuminen jännitetason mukaan

Komponentti	Yksikkö	Paperieriste	XLPE
Kaapeli	oletus / 100 yksikköä / km / vuosi	0,05	0,05 - 0,07
Risteys	oletus / 100 yksikköä / vuosi	0,08	0,01
Loppu	oletus / 100 yksikköä / vuosi	0,07	0,04

Testit ja diagnostiikka

Haluttomasti kaapelin johtimen ympärille järjestetty eristys vanhenee ja heikkenee ajan myötä. Kaapeleille on sen vuoksi tehtävä säännöllinen diagnoosi, jonka päätehtävänä on tarkistaa niiden eristeen laatu. Paperieristeisten kaapeleiden kohdalla nämä diagnostiikat määrittävät yleisen ikääntymisen, kun taas XLPE: n kohdalla sähköakselit ovat erityisen haluttuja. Diagnostiikka antaa mahdollisuuden tietää kaapelin ikääntyminen ja suunnitella tarvittava huolto.

Kaapeleilla voi olla erityyppisiä vikoja. Erilaisia testi- ja diagnoosimenetelmiä käytetään sen vuoksi kaapelien vaatimustenmukaisuuden vahvistamiseen: osittaisten purkausten , häviökertoimen mittaamiseen . Kaapeleissa ei saa olla osittaista purkautumista, mikä on merkki eristeen heikkenemisestä.

Kaapeleiden hyvin kapasitiivinen käyttäytyminen estää näitä testejä suorittamasta nimellistä verkkotaajuutta; verkolta tarvittaisiin liian paljon tehoa. Siksi tasasähkötestit on kehitetty kaapeleille, joissa on kyllästetty paperieristys. XLPE-kaapeleiden kohdalla ne osoittautuivat kuitenkin hyvin epäherkiksi. Jännitystä voidaan sitten lisätä, mutta se voi vahingoittaa kaapelia. Tämä menetelmä on hyödyllinen vain metallivaipan testaamiseen. Siksi käytetään matalataajuisia menetelmiä (tunnetaan nimellä VLF-menetelmä) osittaisten päästöjen mittaamiseksi. Käytetyt taajuudet ovat välillä 0,01 - 0,1 Hz .

Muita menetelmiä on olemassa, kuten yksi taajuudella 50 Hz on-line, ts. Kaapelia ei ole irrotettu verkosta toisin kuin 50 Hz: n off-line-menetelmä, ja lopuksi menetelmä " Vaimennetut AC-jännitteet virtaa " lyhennettynä OWTS. Jos kaapelia ei ole irrotettu, tarvitaan enemmän signaalinkäsittelyä osittaisten päästöjen erottamiseksi melusta. Yksi vaikeuksista on löytää vika kaapelissa.

Suurtaajuuden käyttäminen on parempi erottamaan valkoinen kohina signaalista, entinen vähenee taajuuden kasvaessa. 100 MHz: n taajuuksia käytetään tyypillisesti. Signaalit mitataan induktiivisilla tai kapasitiivisilla antureilla.

Vesipuita voidaan havaita mittaamalla kaapelin häviökerroin tai mittaamalla osittaiset päästöt. Diagnostiikan aikana mitattuja arvoja on verrattava tehtaalla testeissä saatuihin arvoihin, mikä mahdollistaa erityisesti kokoonpanovirheiden havaitsemisen. ${\ displaystyle \ tan (\ delta)}$

Myös akustisia ja ultraäänisiä osittaisen purkauksen ilmaisumenetelmiä voidaan käyttää.

Ympäristövaikutukset

Öljykaapelit syyllistyvät vuotamaan öljyä ympäristöön. Niillä on hyvin vähän visuaalista vaikutusta. Huolet keskittyvät enemmän sähkökenttään. Niiden maankäyttö on rajoitetumpaa kuin ilmajohtojen.

Valmistajat

Luettelo suurjännitekaapelien valmistajista:

ABB , ruotsalainen-sveitsiläinen konserni.
Borealis , norjalais-suomalainen bändi
Condumex , meksikolainen ryhmä
Furukawa , japanilainen ryhmä
J-Power Systems , japanilainen ryhmä erityisesti Hitachi- kaapeleista.
JDR Cables , brittiläinen ryhmä
LS Cable & System , korealainen ryhmä LG Groupilta
Nexans , ranskalainen ryhmä
nkt Cables , tanskalainen ryhmä
NSW , saksalainen ryhmä
Prysmian , entinen Pirelli
Solidal , portugalilainen ryhmä
Southwire , amerikkalainen ryhmä
Sumitomo , japanilainen ryhmä
Viskat , japanilainen ryhmä
ZTT , Kiinan valtion ryhmä

Lisätarvikkeita, kuten muiden valmistajien kytkentärasioita, lisää tällainen Pfisterer .

Sovellettavat standardit

IEC 60141 - Nestemäisten öljykaapeleiden, kaasun painekaapeleiden ja niiden lisälaitteiden testaus - versio 1993
IEC 60502-2 puristetulla eristyksellä varustetut virtajohdot ja niiden lisävarusteet nimellisjännitteelle 1 kV (Um = 1,2 kV) - 30 kV (Um = 36 kV) - Osa 2: Kaapelit, joiden nimellisjännite on 6 kV (Um = 7,2 kV) 30 kV: iin (Um = 36 kV)
IEC 60840 - Suulakepuristetulla eristyksellä varustetut virtajohdot ja niiden varusteet yli 30 kV (Um = 36 kV) ja enintään 150 kV (Um = 170 kV) nimellisjännitteille - Testausmenetelmät ja vaatimukset - versio 2011
IEC 62067 - Suulakepuristetulla eristyksellä varustetut virtajohdot ja niiden varusteet yli 150 kV (Um = 170 kV) ja 500 kV (Um = 550 kV) nimellisjännitteille - Testausmenetelmät ja vaatimukset - versio 2011

Viitteet

" 100 vuotta High Voltage Pariisi " (näytetty on 1 st päivänä helmikuuta 2013 )
(en) Houssem Rafik ja El- Hana Bouchekara , sähkön siirto ja jakelu ,2010( lue verkossa )
(en) Underground Systems Reference Book , New York, Edison Electric Institute,1957
Kreuger 1991 , s. Kuva 10.7
(de) " Catalog nkt " ( katsottu 4. helmikuuta 2013 )
(in) RM Black , Sähköjohtojen ja kaapeleiden historia , Lontoo, Peter Pergrinus,1983, 290 Sivumäärä ( ISBN 0-86341-001-4 )
Worzyk 2009 , s. 17
Worzyk 2009 , s. 1
Worzyk 2009 , s. 18
Kuechler 2005 , s. 427-435
" sähköenergiankulutuksen esittely jicable-laitteelle " (käytetty 30. tammikuuta 2013 )
(in) -työryhmä 38.01.11 , Suprajohtavat kaapelit vaikuttavat verkon rakenteeseen ja hallintaan , CIGRE, al. "Esite",Helmikuu 2002, luku. 199
(in) " Super-thin Superconducting Cables " (katsottu 25. tammikuuta 2013 )
Thierry Lucas , " Suprajohtavat kaapelit ovat valmiita siirtymään kaupalliseen vaiheeseen ", L'usine nouvelle ,21. helmikuuta 2012( luettu verkossa , kuultu 25. tammikuuta 2013 )
(in) " Project Columbus " [ arkisto13. elokuuta 2012] , HTS Triaxissa (käytetty 25. tammikuuta 2013 )
" Sähkökaapeleiden turvallisuus " , on Élia ( katsottu 23. tammikuuta 2013 )
Worzyk 2009 , s. 10
(en) " Johdanto korkeajännitteisiin (HVDC) vedenalaisiin kaapelijärjestelmiin " (käytetty 28. tammikuuta 2013 )
" HVDC-kaapeliesitys " [ arkisto12. elokuuta 2011] (käytetty 24. tammikuuta 2013 )
Worzyk 2009 , s. 11
(de) Wilfried Knies ja Klaus Schierack , Elektrische Anlagentechnik , Hanser,2006, 463 Sivumäärä ( ISBN 978-3-446-40574-5 ja 3-446-40574-7 , lue verkossa )
(en) RK Rajkut , Sähkövirran käyttö , New Delhi, LAXMI-julkaisu,2006( lue verkossa )
(en) A. Haddad ja D. Warne , Suurjännitetekniikan edistysaskeleet , Lontoo, IET-teho- ja energiasarjat,2004, 647 Sivumäärä ( ISBN 978-0-85296-158-2 , lue verkossa )
Worzyk 2009 , s. 23
(en) Hugh M. Ryan , Suurjännitetekniikka ja -testaus , Lontoo, Sähköinsinöörien instituutti,2001( ISBN 0-85296-775-6 , lue verkossa )
Worzyk 2009 , s. 24
(en) MA Laughton ja DF Warne , sähköinsinöörin käsikirja , Oxford, Elsevier Science,2003( ISBN 0-7506-4637-3 , lue verkossa )
(sisään) Gianluigi Migliavacca , Tulevaisuuden siirtoverkkojen kehittyneet tekniikat , Springer ( lue verkossa ) , s. 64
katso [3] ja Kreuger 1992 , s. 118
Worzyk 2009 , s. 19
Worzyk 2009 , s. 20
Worzyk 2009 , s. 27
Worzyk 2009 , s. 30
(en) ” Nexans Brochure ” (katsottu 6. helmikuuta 2013 )
(sisään) OE Gouda ja Adel Farag , " Bonding Methods of Underground Cable " on ResearchGate (käyty 21. tammikuuta 2017 )
IEC 60840, versio 2011, lauseke 4.4
(in) Ravindra Arora ja Wolfgang Mosxh , korkea jännite ja sähköeristys tekniikan , John Wiley and Sons,2011, 352 Sivumäärä ( ISBN 978-0-470-60961-3 , lue verkossa )
(in) " kaapeliyhteys NorNed HVDC tehonsiirtojärjestelmä valtatie entre Norjan ja Alankomaiden " on ABB: n (näytetty 24 päivänä tammikuuta 2013 )
Worzyk 2009 , s. 26
Cigré 110 1996 , s. 11
(en) Gianluigi Migliavacca , kehittyneet tekniikat tulevaisuuden siirtoverkkoihin , Lontoo, Springer,2012, 400 Sivumäärä ( ISBN 978-1-4471-4548-6 , lue verkossa )
(de) Joseph Kindersberger , Isoliertechnik TU München, 2010/2011, s. 280
(de) Elektrische Kraftwerke und Netze , Springer,2011( lue verkossa )
(in) " Ilmajohdot ja maanalaiset kaapelit " (katsottu 4.2.2013 )
(in) " Alstom GIL " (käytetty 29. tammikuuta 2013 )
(in) " Kun kaapelit eivät " (käytetty 30. tammikuuta 2013 )
" Ranskan ja Espanjan välistä linkkiä koskeva vuoden 2008 raportti " [ arkisto28. syyskuuta 2014] (käytetty 30. tammikuuta 2013 )
" Silloitettu polyeteeni "
Kreuger 1991 , s. 147-153
Alankomaiden patentti 123795, Netherlands Cable Works NKF , jätetty 21-4-1964, myönnetty 27-3-1968
vastaava tapaus Kreuger 1991 , s. 160
Vastaava tapaus Kreuger 1991 , s. 157
Cigré 476 2011 , s. 4
Kreuger 1991 , s. 156
Kreuger 1991 , s. 154
Alankomaiden Cable Works NKF: n hollantilainen patentti 149955 , jätetty 4-11-1965, myönnetty 17-11-1976
Cigré 476 2011 , s. 40-44
Cigré 476 2011 , s. 10-40
Kreuger 1991 , s. 133-137
Worzyk 2009 , s. 4
" Raportin numero 3477, 9. joulukuuta 2001, UUDEN TEKNOLOGIAN OSUUDESTA KORKEIDEN JA ERITTÄIN KORKEAJÄNNITTEISTÄ KÄYTETTÄVIEN VINKKIEN KIINTEISTÖSSÄ " , kansalliskokouksessa (katsottu 28. tammikuuta 2013 )
(in) MP Bahrman , HVDC-lähetyksen yleiskatsaus , IEEE,2008( lue verkossa )
Cigré 110 1996 , s. 12
Cigré 110 1996 , s. 14
(en) " Johdanto suurjännitteisiin tasavirtoihin (HVDC) maanalaisiin kaapeleihin " (käytetty 25. tammikuuta 2013 )
Cigré 110 1996 , s. 9
Muut luvut " Sähköenergiankulutuksen esittely jicablessa " ( haettu 30. tammikuuta 2013 )
Muut luvut ovat saatavilla " Ranskan ja Espanjan välisen linkin vuoden 2008 raportissa " [ arkisto du 28. syyskuuta 2014] (käytetty 30. tammikuuta 2013 )
Cigré 110 1996 , s. 10
(in) " HVDC Submarine Virtakaapelit World " on tutkimuskeskuksen (näytetty 21 tammikuu 2017 )
Kreuger 1992 , s. 15-19
(in) " 500 kV DC XLPE -kaapelijärjestelmän kehittäminen " , Furukawa Review , n o 25,2004( luettu verkossa , kuultu 25. tammikuuta 2013 )
(in) HVDC XLPE -kaapelijärjestelmät, joita voidaan käyttää korkeamman lämpötilan ja napaisuuden kääntämiseen , Versailles Jicable,2011( lue verkossa )
(in) " Site ABB HVDC -kaapelit " (katsottu 6. helmikuuta 2013 )
Kreuger 1991 , s. 65, 133
“ CESI-raportti (Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano)] nro B4023551, 74 sivua, RTE: n tilausnro. 4500547131 / R0DI, Préfecture du Nord - ympäristötoimiston pyytämä raportti osana 400 kV: n Avelin-Gavrelle-linjan jälleenrakennushanketta: Vastaukset kuulemisvaiheessa esitettyihin kysymyksiin " (tarkastettu 5. helmikuuta 2015 )
Kreuger 1992 , s. Kuva 8.1e
Lebas 2008 , s. 7
Kreuger 1992 , s. 87-91
Lebas 2008 , s. 1
Lebas 2008 , s. 27
Lebas 2008 , s. 33
(in) MV- ja HV-jakelukaapeleiden online-seuranta VHF: n osittaisen purkauksen tunnistuksella , Pariisi, CIGRE,2008, "D1-202"
(in) " Selitys häviökertoimen laajuudesta kaapeleiden diagnosoimiseksi " (katsottu 3. helmikuuta 2013 )
(in) " Selitys osittaisen purkauksen mittauksesta kaapeleiden diagnosoimiseksi " (katsottu 3. helmikuuta 2013 )
(in) -työryhmä D1.33 , Ohjeet epätavanomaisille osittaisen purkauksen mittauksille , CIGRE, al. "Esite",joulukuu 2010, luku. 444
(in) " Tutkimus suurjännitekaapelimarkkinoista " [ arkisto24. tammikuuta 2013] , pikeresearchissä (käytetty 24. tammikuuta 2013 )
" Prysmian's Story " (käytetty 24. tammikuuta 2013 )
(in) " ZTT Introducing " (käytetty 24. tammikuuta 2013 )
" Pfisterer " (käytetty 25. tammikuuta 2013 )

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Kaasulla eristetty kaapeli

Käännökset

yhden pisteen liimaus
Liimattu kahdessa pisteessä tai Kiinteä liimaus
" bi-manchet "
" esimuotoiltuja "
" napautettu "
" Slip on " tai ei,
- " Slip over "
" röntgenkaapeli "
" pystysuora jatkuva vulkanointi "
" jatkojohtojen jatkuva vulkanointi "
" Mitsubishi Dainichi jatkuva vulkanointi "

Bibliografia

(en) FH Kreuger , teollinen korkeajännite , t. 1, Delft University Press,1991, 180 Sivumäärä ( ISBN 90-6275-561-5 )
(en) FH Kreuger , teollinen korkeajännite , t. 2, Delft University Press,1992, 167 Sivumäärä ( ISBN 90-6275-562-3 )
(en) E. Kuffel ja WS Zaengl , Suurjännitetekniikka , Oxford, Pergamon Press,2004( ISBN 0-7506-3634-3 )
(en) Houssem Rafik ja El-Hana Bouchekara , sähkön siirto ja jakelu ,2010( lue verkossa )
(en) Thomas Worzyk , sukellusveneiden virtajohdot , Dordrecht, Springer,2009( ISBN 978-3-642-01269-3 , lue verkossa )
(en) Työryhmä 21 / 22.01 , Suurjännitelinjojen ja maanalaisten kaapeleiden vertailu , Cigré, coll. "Esite",Joulukuu 1996, luku. 110
(en) Työryhmä B1.22 , Suulakepuristettujen suurjännitekaapeleiden kaapelitarvikkeet , Cigré, coll. "Esite",lokakuu 2011, luku. 476
Pierre Lebas , maanalaisten kaapeleiden diagnoosi osittaisten päästöjen havaitsemisen avulla , Liègen yliopisto,2008( lue verkossa )
(de) Andreas Kuechler , Hochspannungstechnik, Grundlagen, Technologie, Anwendungen , Berliini, Springer,2005, 543 Sivumäärä ( ISBN 3-540-21411-9 , lue verkossa ) , s. 224-232 ja 376-389