Desain dan aplikasi kabel tegangan tinggi yang diisi minyak dan gas

Kabel tegangan tinggi bawah tanah telah digunakan untuk mengirimkan listrik selama bertahun-tahun dan sejumlah teknologi berbeda telah dikembangkan selama bertahun-tahun.

Pipa gas dan minyak berinsulasi memiliki karakteristik teknis, lingkungan, dan operasional yang menjadikannya alternatif yang sangat baik ketika transmisi tegangan tinggi diperlukan di ruang terbatas, misalnya ketika tidak memungkinkan untuk digunakan. saluran listrik di atas kepala.

Kabel tegangan tinggi di Spanyol untuk tegangan 400 kV

Kabel transmisi berinsulasi gas dan oli (kabel gas dan oli bertekanan tinggi) adalah alternatif yang aman dan fleksibel untuk saluran udara dan memakan lebih sedikit ruang sambil menyediakan transmisi daya yang sama.

Karena mereka memiliki sedikit atau tidak ada dampak pada lanskap dan emisi elektromagnetik minimal mereka berarti mereka dapat digunakan di dekat atau bahkan di gedung, kabel tegangan tinggi yang diisi minyak dan gas dapat dipertimbangkan untuk berbagai aplikasi.

Indikasi magnetik B yang dapat diukur di dekat struktur seperti itu sangat rendah, jauh lebih rendah daripada saluran udara yang setara. Pada jarak 5 meter dari pipa kurang dari 1 μT.

Mereka cocok untuk menyediakan kelanjutan saluran udara bawah tanah, menghubungkan pembangkit listrik ke jaringan listrik atau sebagai cara kompak untuk menghubungkan pabrik industri besar ke jaringan umum.

Ketika digunakan dalam kabel dengan tekanan yang meningkat, kekuatan dielektrik dari insulasi kabel meningkat secara signifikan, dan ketebalannya serta, karenanya, biayanya berkurang. Tekanan yang meningkat pada kabel berisi minyak atau gas dihasilkan di dalam insulasi melalui inti berongga atau saluran lain di sepanjang kabel dan diterapkan di luar insulasi jika kabel ditempatkan di saluran baja.

Konstruksi jalur kabel dengan kabel berisi gas tegangan tinggi

Kabel yang diisi gas menggunakan insulasi yang diimplementasikan air dengan lapisan terkuras, di lapisan yang terdapat gas lembam di bawah tekanan, yang memiliki karakteristik listrik yang baik dan konduktivitas termal yang tinggi (nitrogen, gas SF6, dll.). Mengganti udara dengan gas nitrogen atau SF6 menghindari oksidasi insulasi.

Menurut besarnya tekanan, kabel dibedakan dengan tekanan rendah (0,7 — 1,5 atm), sedang (hingga 3 atm) dan tinggi (12 — 15 atm). Dua jenis kabel pertama terutama terbuat dari tiga fase untuk 10 — 35 kV, dan kabel tekanan tinggi — fase tunggal untuk 110 — 330 kV.

Kabel berisi oli inti tunggal untuk 110 kV dibuat dengan satu saluran penghantar oli di tengah inti berongga, dan untuk tegangan 500 kV - dengan saluran pusat di inti dan saluran di bawah selubung pelindung.

Desain berisi oli tiga fase

Peningkatan tekanan membutuhkan penguatan cangkang pelindung dengan mengaplikasikan strip logam penguat di atasnya, yang dilindungi dari korosi dengan pelapis yang sesuai, serta pelindung dari kabel baja galvanis.

Kerugian utama dari saluran tegangan tinggi modern yang dibuat dengan kabel berisi oli adalah kebutuhan akan peralatan bantu yang sangat mahal dan rumit, seperti: tangki pasokan, tangki tekanan, penghenti, skrup, dan konektor ujung.

Kompensasi perubahan volume komposisi impregnasi dilakukan dengan menggunakan perangkat suplai yang terdiri dari tangki suplai dan tangki tekanan. Tangki umpan memastikan bahwa sejumlah besar oli dimasukkan ke dalam atau keluar dari kabel dengan sedikit perubahan tekanan, dan tangki tekanan mempertahankan tekanan pada kabel dengan setiap perubahan volume oli.

Oli bergerak di sepanjang kabel di sepanjang saluran pusat dari kabel pembawa arus. Jalur kabel dibagi dengan membatasi busing menjadi bagian make-up yang terpisah.

Pesaing terkuat kabel berisi oli adalah kabel gas bertekanan. Dibandingkan dengan kabel berisi gas tegangan tinggi berisi oli, kabel ini membutuhkan biaya konstruksi saluran yang lebih rendah, tidak memerlukan peralatan tambahan yang rumit, dan sangat sederhana baik dalam pemasangan maupun pengoperasian.

Pemasangan saluran tiga fase dengan kabel berisi gas

Keuntungan utama dari kabel yang diisi gas dibandingkan dengan kabel yang diisi minyak adalah kesederhanaan dalam memasok jalur kabel dengan gas, kemungkinan meletakkan kabel pada jalur yang miring dan vertikal.

Kabel berisi gas paling banyak digunakan untuk tegangan 10 — 35 kV.Pada tegangan 110 kV dan lebih tinggi, kabel yang diisi gas, dibandingkan dengan yang diisi oli, memiliki kekuatan impuls yang lebih rendah dan ketahanan panas yang lebih tinggi. Oleh karena itu, kabel ini jarang digunakan di negara kita pada tegangan 110 kV ke atas.

Di negara-negara Eropa, sebaliknya, kabel berisi minyak (Oil Filled Cable) lebih jarang digunakan daripada kabel berisi gas (saluran transmisi berinsulasi gas, GIL).

Teknologi ini mulai diterapkan di Eropa kira-kira tahun 70-an. Ini dirancang khusus untuk memberikan kemungkinan mengubur jaringan tegangan tinggi di lingkungan perkotaan. Saat ini banyak proyek yang telah selesai menggunakan kabel berisi gas untuk tegangan hingga 500 kV.

Keuntungan dari kabel berisi gas adalah margin keamanan yang relatif besar jika terjadi penurunan tekanan darurat, yang memungkinkannya untuk tidak segera diputuskan saat tekanan turun.

Desain kabel berisi gas

Kabel dalam pipa baja di bawah oli bertekanan adalah tiga kabel inti tunggal dengan insulasi kertas yang diresapi dengan oli mineral atau sintetis (tanpa selubung timbal), yang terletak di pipa baja dengan oli bertekanan hingga 15 atm.

Biasanya, minyak yang lebih kental digunakan untuk menghamili isolasi, dan minyak yang kurang kental digunakan untuk mengisi pipa. Saluran kabel seperti itu pada pipa baja dengan minyak bertekanan digunakan untuk tegangan 110 — 220 kV.

Insulasi ditutup dengan layar yang terbuat dari kertas logam atau strip tembaga berlubang, di mana lapisan penyegel diterapkan - selubung polietilen yang mencegah kelembaban memasuki kabel selama transportasi.

Dua atau tiga kabel perunggu atau tembaga setengah lingkaran diterapkan secara spiral pada lapisan penyegelan, yang dirancang untuk memfasilitasi penarikan kabel ke dalam saluran, selain itu, mereka menjaga fase pada jarak tertentu satu sama lain, yang meningkatkan sirkulasi minyak dan memastikan kontak listrik dari layar kabel dengan pipa.

Tabung baja, yang mempertahankan tekanan pada kabel, merupakan perlindungan yang andal terhadap kerusakan mekanis. Tekanan oli pada insulasi ditransfer melalui selubung polietilen.

Overhead ke transisi kabel

Titik lemah kabel tegangan tinggi biasanya adalah konektornya. Salah satu tugas utama dalam pengembangan jalur kabel tegangan tinggi adalah pembuatan konektor yang nyaman untuk dipasang dan memiliki kekuatan listrik yang tidak kalah dengan kabel.

Konektor ujung dipasang di ujung jalur kabel, dan konektor semi-stop dipasang setiap 1 — 1,5 km dari jalur (mereka mencegah pertukaran oli bebas antara bagian pipa yang berdekatan).

Tekanan oli yang telah diatur dalam pipa dipertahankan oleh unit operasi otomatis yang memasok oli ke pipa saat tekanan turun dan membuang kelebihan oli saat tekanan naik.

Di konektor kabel berisi oli, sambungan listrik dari kabel pembawa arus dan sambungan saluran oli kabel terjadi.

Inti ditekan bersama dan kontinuitas saluran minyak dipastikan dengan tabung baja berongga (pengelasan atau mematri tidak diperbolehkan karena adanya minyak).

Pelindung arde (jalinan tembaga kaleng) dipasang di sepanjang busing, dan bagian luar busing ditutup dengan rumah logam.

Kabel bushing kabel tegangan tinggi diisi minyak

Kabel dalam pipa baja gas bertekanan berbeda dari desain sebelumnya hanya karena alih-alih minyak mineral atau sintetis, pipa diisi dengan gas lembam terkompresi, biasanya nitrogen pada tekanan sekitar 12-15 atm. Keuntungan dari kabel tersebut adalah penyederhanaan yang signifikan dan pengurangan biaya dari sistem pasokan saluran.

Insulasi kabel terpapar tidak hanya pada paparan tegangan frekuensi industri secara terus menerus, tetapi juga pada tegangan impuls, karena kabel terhubung langsung ke saluran udara atau ke peralatan listrik gardu induk terbuka dan gardu induk yang merasakan efeknya gelombang atmosfer. 

Kekuatan impuls kabel berisi minyak lebih tinggi daripada kabel berisi gas, terlepas dari nilai tekanan minyak atau gas di dalamnya. Untuk semua jenis kabel, tegangan tembus impuls dapat ditingkatkan dengan mengurangi ketebalan strip kertas, mis. dengan mengurangi kesenjangan di antara mereka. Kabel atau kabel yang diisi oli di bawah tekanan gas eksternal, di mana celah pada insulasi diisi dengan senyawa impregnasi, memiliki tegangan tembus tertinggi.

Kabel tegangan tinggi berisi gas di manifold bawah tanah (terowongan) dapat dengan mudah dipindahkan di antara kabel, tetapi jenis instalasi ini hampir tidak memerlukan perawatan.

Pipa kabel berinsulasi gas dan minyak bertekanan tinggi telah membuktikan keandalan teknisnya selama beberapa dekade, karena memberikan keamanan yang luar biasa dalam pengoperasian dan bahkan jika terjadi kerusakan, selain karakteristik transmisinya yang sangat baik.

Kondisi insulasi saluran kabel selama operasi diperiksa melalui uji pencegahan, yang memungkinkan untuk mengidentifikasi pelanggaran berat terhadap integritas insulasi dan cacat di dalamnya (pembumian fase, pemutusan kabel, dll.), serta untuk mengukur resistansi isolasi, arus bocor, sudut kehilangan dielektrik, dll.

Perlu dicatat bahwa untuk insulasi jalur kabel, uji pencegahan adalah satu-satunya metode untuk mendeteksi titik cacat pada insulasi, karena jalur kabel tidak dapat diakses untuk inspeksi dan perbaikan preventif. Oleh karena itu, pengujian pencegahan insulasi jalur kabel harus segera mengidentifikasi cacat pada insulasi kabel dan karenanya mengurangi keadaan darurat jaringan.

Selain artikel- Siemens sedang mengembangkan saluran transmisi gas

Saluran baru ini dirancang untuk mentransmisikan daya hingga lima gigawatt (GW) per sistem. Kementerian Urusan Ekonomi dan Energi Federal Jerman memberikan 3,78 juta euro untuk proyek pembangunan ini.

Kabel listrik arus searah akan didasarkan pada teknologi saluran transmisi berinsulasi gas (TL) yang ada, yang terdiri dari dua pipa aluminium konsentris. Campuran gas digunakan sebagai media isolasi.Hingga saat ini, jalur kabel berinsulasi gas hanya tersedia untuk arus bolak-balik.

Perluasan jaringan transmisi diperlukan jika 80% permintaan listrik Jerman ingin dipenuhi oleh sumber energi terbarukan pada tahun 2050.

Listrik dihasilkan turbin angin di bagian utara negara itu dan di sepanjang pantai Jerman, harus diangkut seefisien mungkin ke pusat pengangkutan di bagian selatan Jerman.Transmisi DC paling cocok untuk ini karena kehilangan listriknya yang rendah dibandingkan dengan transmisi AC.

Pengembangan jaringan menggunakan arus searah tegangan tinggi (HVDC) menggunakan jalur transmisi overhead dan jalur transmisi arus searah berinsulasi gas yang diletakkan di bawah tanah di area tertentu dapat direalisasikan dengan menggunakan sumber daya yang jauh lebih sedikit daripada teknologi tiga fase.

“Transmisi arus searah bawah tanah sangat penting untuk transisi Jerman ke struktur listrik baru, karena pengembangannya akan dilakukan di Jerman. Nanti, pertanyaan dari negara UE lain atau negara lain di seluruh dunia akan sangat mungkin dilakukan. Bagaimanapun, dengan pengembangan jalur transmisi gas arus searah, Jerman akan memainkan peran utama dalam desain sistem transmisi masa depan," kata Denis Imamovic, penanggung jawab sistem transmisi gas di Siemens Energy Management.